Un ampli stéréo multifonctions, piloté par microcontrôleur, s'intercalant entre une box et un téléviseur. En l'occurrence une Freebox Revolution et une TV LG. Mais le concept peut très bien s'appliquer à d'autres ensembles.
Autrefois, les choses étaient simples. Un téléviseur, auquel était raccordé un décodeur satellite, et éventuellement un magnétoscope lecteur DVD ainsi qu'un ampli. L'apparition des box, loin de simplifier les choses, a ajouté les raccordements WAN, LAN et téléphoniques sous la télé.
L'idée de Free, avec la Freebox Revolution (la v6), est séduisante : séparer la partie réseau et téléphonie de la partie multimédia. Les deux appareils peuvent être reliés par réseau local de type Ethernet, ou par des boitiers CPL. En pratique, les CPL Freeplug ne présentent que des inconvénients :
Résultat : un bordel inimaginable, fait de blocs secteur et de fils de toutes sortes.
Faire le brassage sous le téléviseur est illogique, et absolument pas pratique. Pourtant, il y en a un minimum à faire, pour les liaisons vers les appareils multimédia. Il faut au moins une connexion pour le Player, une pour le téléviseur (par exemple pour les mises à jour firmware), et une pour un serveur NAS RAID de forte capacité. Il ne reste alors qu'une seule connexion, et il devient indispensable d'installer un switch supplémentaire pour la distribution vers les pièces de l'habitation.
Résultat, il n'y a aucun intérêt à séparer les deux box. Une installation moderne comporte une baie de brassage quelque part et une prise par pièce. La façon la plus logique d'organiser les choses est alors de placer les deux box à proximité du téléviseur, avec liaison par un câble Ethernet direct. Ainsi, aucun risque de freezes sur la lecture de fichiers vidéo HD, et une seule prise murale Ethernet nécessaire. Le Server est relié à la prise Ethernet en provenance du switch principal. Les autres appareils multimédia réseau sont reliés au Server qui sert de switch local.
Même avec cette topologie, cela fait pas mal de fils, auxquels s'ajoutent les deux gros CPL indispensables à l'alimentation du Server et du Player.
(le seul cas dans lequel il est réellement indispensable de placer le Server à un endroit particulier est celui de la diffusion du WiFi et de la téléphonie DECT ; dans ce cas, l'emplacement est dicté par la qualité de réception des signaux...)
Il reste une autre source de bordel : les télécommandes. Si on se contente d'une installation basique :
Chaque fois qu'on allume ou éteint l'ensemble, il faut au moins deux télécommandes, et actionner les autres appareils ou leurs télécommandes respectives.
Fonction CEC (Consumer Electronics Control) : une foutaise ! D'une part, le fonctionnement est aléatoire, d'autre part il est illogique, et peut varier d'une installation à une autre, faute d'une vraie norme. Dans le cas présent, qui semble assez fréquent, allumer et éteindre le Freebox Player n'a aucun effet sur le téléviseur. En revanche, allumer le téléviseur met en marche le Player. Mais l'extinction du téléviseur est sans effet sur le Player. Donc activer la fonction CEC du Player n'a strictement aucun intérêt, sauf à vouloir absolument piloter la box avec la zapette du téléviseur. (ce qui ne semble pas gagné à en lire les forums).
L'utilisation basique d'une box multimédia se résume à commander ladite box avec sa télécommande : la box sert de tuner TNT, TV ADSL, lecteur de fichiers audio et vidéo, et lecteur de CD, DVD, Bluray, etc. Si la télécommande de la box pouvait tout faire, tout irait pour le mieux dans le meilleur des mondes. Mais voilà, elle est incapable d'allumer et éteindre les trois autres accessoires indispensables : le DAC, l'ampli, et la TV.
La télécommande de la Freebox Revolution est une télécommande radio. Beaucoup détestent. Personnellement, j'adore.
Si le Player est la seule source dont on se sert, moyennant un peu d'électronique, on peut se passer dans 99% des cas de toute autre télécommande ou action sur des boutons, à l'exception du passage 2D-3D pour le téléviseur. Il suffit d'asservir les autres appareils (ampli, DAC et TV) à la mise en route de la box. C'est une télécommande très ergonomique. Pourquoi vouloir autre chose ?
Dans une installation audio vidéo, ce qui peut être auto construit facilement, c'est l'amplificateur audio. Qu'il soit 2.0 (stéréo) ou 5.1, on peut ajouter dans son coffret ce que l'on veut : le ou les amplis bien sûr, mais aussi le convertisseur numérique analogique, un DSP, des alimentations pour les box et pour remplacer des blocs secteur (quelle plaie, les blocs secteur...). On peut aussi y intégrer des alimentations secteur commandées.
Le tout en se basant sur des modules prêts à l'emploi.
Il ne reste plus qu'à ajouter des entrées et sorties, et un microcontrôleur pour gérer le tout. Une sorte le boite noire (blackbox). D'où le titre. Au départ, le nom, c'était "box-son". Mais ce nom ne convient guère à un RDBA (RDBA = Réducteur De Bordel Ambiant). Donc "Blackbox", ça ira très bien. Ce nom évoque à la fois l'aspect, et le concept : des entrées, des sorties, et un machin qui travaille entre les deux, agissant sur les sorties en fonction de ce qui se passe aux entrées.
Il existe une solution ultra bourrin (très con, pour faire court...) remplissant partiellement ce cahier des charges : une relais secteur commandé par une prise USB du Player, et sur lequel sont branchés le DAC, l'ampli et le téléviseur. Ca marche assez bien, et c'est la solution qui a été adoptée provisoirement, durant près d'un an, le temps de réaliser l'ampli multifonctions... Ca marche, simplement parce que le téléviseur, un LG, mémorise le dernier canal sélectionné et le resélectionne à la remise en route : lorsque son alimentation secteur est rétablie, il se rallume et se place sur le dernier canal utilisé. Gros défaut du simple relais commandé, dans le cas présent : les bruits de commutation. Autre gros défaut : si le téléviseur est éteint par un relais commandé par la box, il est nécessaire d'allumer cette dernière pour se servir par exemple d'une console de jeu. A moins de placer un bypass sur le boitier du relais. C'est tout sauf pratique.
Côté Player, on peut exploiter deux "signaux" :
Le port USB est facile à exploiter. Malheureusement, depuis la version 1.2.5 du firmware, il n'est plus possible de couper le 5V des périphériques USB lors du passage en veille. Le 5V reste présent, même si l'option d'économie d'énergie des périphériques USB est activée dans le menu Système... Bug dont se sont plaints de nombreux utilisateurs, mais toujours pas corrigé à ce jour (version 1.2.7). A moins qu'il ne s'agisse d'une volonté de Free, mais pour quelle raison ?? Elle se trouve peut-être dans l'épaisse norme de l'USB...
Par conséquent, si on veut exploiter la tension d'alimentation USB comme commande, il faut paramétrer "Eteindre" pour l'appui sur le bouton correspondant de la télécommande, et non "Veille". Ce n'est pas forcément un inconvénient grave, mais le démarrage est bien plus long. De plus, en cas de détection d'un nouveau firmware, il faudra se farcir la mise à jour automatique au risque de louper le début du film (c'est du vécu...).
Le signal blanking (commutation rapide) st de ce fait plus intéressant : il passe de 3V à 0.4V, que le Player soit placé en veille ou arrêté. Le seul inconvénient est que le Player est muni d'une prise ronde peu courante : mini DIN 9 broches. Pour récupérer ce signal, il faudra charcuter le cordon SCART livré avec le Player, ou y relier un adaptateur construit autour d'une prise SCART femelle (augmentation du bordel ambiant...). Ou, mieux, se procurer la fameuse prise ronde et fabriquer un cordon spécifique. Cette prise ronde n'est pas en vente partout, mais se trouve sans grande difficulté sur le net.
Le signal switching (commutation lente) n'a pas été utilisé, parce que son niveau est trop élevé pour le circuit qui a été réalisé : 12V. Voir plus bas pour comprendre : le courant risquerait d'être destructeur pour la LED de l'optocoupleur, initialement prévu pour être commandé par 5V. Ceci dit, il serait plus logique d'exploiter le switching. Il le sera dans une évolution future. Le blanking a été utilisé comme pis aller, en attendant l'approvisionnement de la connectique nécessaire.
En attendant la réception d'une fiche mini DIN 9 broches à souder, un cordon provisoire a été réalisé en reliant deux fils munis de pins mâles à un cordon. Ces fils sont des fils utilisés sur les breadboards. Leur pin fait 0.6 mm de diamètre, ce qui est parfait. Un peu de gaine thermorétractable poour isoler et cacher les soudures.
Connexion établie sur la prise à l'arrière du Player... Le blanking "+" est en haut à gauche sur la prise, le "-" commun est en haut à droite. Il ne reste qu'à exploiter ce signal.
D'autres appareils sont équipés de prises de ce type, consoles de jeu en particulier. On peut imaginer un système bien plus complexe que celui décrit ici, et capable de gérer d'autres sources. Cette réalisation ne prévoit que deux canaux remote, mais comme avec toute réalisation DIY, les évolutions sont possibles.
Elle est très simple, et à la portée de n'importe quel bricoleur.
Vue d'ensemble, plus lisible sous forme de modèle que sur les photographies qui suivent :
A l'arrière, différentes connexions :
L'appareil est très dépouillé et discret. C'est un rack 19" 2 unités en ABS. Sa faible profondeur ne facilite pas l'implantation des modules : la place est comptée. Mais cette profondeur est exactement celle du player et du Server qui viennent se poser dessus. Il est un peu plus large que les box, et la place restante correspond précisément, en hauteur et largeur, à un serveur NAS deux disques. Pratique, encombrement minimum pour l'ensemble audio vidéo complet. Ni laid, ni beau. Juste discret : une simple boîte noire.Il reste possible de lui faire une face avant plus esthétique, par exemple en la doublant par de l'aluminium anodisé, ou du plexi fumé. L'ensemble peut aussi être caché dans un meuble grâce à la géniale télécommande radio.
Face avant : une LED dans le coin inférieur gauche, et le jack de programmation dans le coin supérieur gauche.
A l'arrière, les prises secteur et les entrées sorties.
L'amplificateur est un classe D basé sur un chip de Texas Instruments : le TAS5630. Entrée analogique (et non numérique). Il s'alimente avec une seule tension, et il est en fait constitué de 4 amplificateurs, bridgés deux à deux. Il peut fournir une puissance très élevée : jusqu'à plus de 2 x 150 W sur une charge de 4 ohms. Ici, il est alimenté sous 42V, et non 50 V, ce qui limite la puissance à 2 x 70 W environ sur 8 ohms. Avec des enceintes de rendement moyen (92 à 95 dB/1W/1m), c'est suffisant pour obtenir une dynamique satisfaisante.
Pour plus de détails, voir Amplificateur audio classe D TAS5630.
Le choix de l'alimentation... Cet amplificateur est sans contre réaction. Technologie Pure Path de Texas Instruments. Ceci impose une contrainte. Comme l'amplificateur est incapable de compenser les variations de la tension d'alimentation, il faut en principe une alimentation régulée. Ce type d'ampli est idéalement associé à une alimentation à découpage. Texas Instruments propose à cet effet son propre chipset, également intitulé Pure Path. Mais je n'ai pas trouvé une telle alimentation (50 V).
Donc, plan B : réutilisation d'un transformateur récupéré sur un ampli Mircomega 2 x 75 W, travaillant en classe AB, et grillé il y a longtemps. Ce transformateur est un Iskra de 500 VA comportant 4 enroulements de 30 VAC, plus d'autres qui servaient à alimenter l'électronique de contrôle : 3V, 5V, 24V.
L'ampli Micromega Tempo 2 sur lequel a été récupéré le transformateur ; excellent ampli, mais bien trop fragile. Comme beaucoup, il a présenté une panne "DC OUT" au bout de deux ans...
Ce transfo conviendra bien : compte tenu du rendement de la classe D, 500 VA associés à 44 000 µF de filtrage limiteront les inévitables variations de tension d'alimentation, et donc la distorsion qu'elles engendrent. En pratique, pas de souci. Mais il faudra faire un jour des mesures, et observer les variations de la tension d'alimentation en fonction de la sortie... Dur, car cet ampli est utilisé au quotidien !
Entre les capas de filtrage et l'ampli, la liaison se fait par du fil de 6 mm² sur quelques centimètres, afin de limiter la résistance au strict minimum. De plus, la carte de l'ampli comporte 7 capas de 470µF réparties aux points stratégiques (réduction de l'ESR).
Lors du choix d'un ampli, ne pas oublier que, contrairement à une idée reçue, il faut surdimensionner par rapport à la puissance nominale. La surpuissance est moins dangereuse que la saturation. Par exemple, pour les enceintes JBL L36 utilisées ici, de 50 W nominaux, le fabricant conseillait 100 à 150 W. Avec 2 x 70 W, c'est un peu juste.
Le schéma...
X1 : en provenance du redresseur, fixé au châssis avec interposition de pâte thermique (il chauffe pas mal à puissance maxi sur du sinus).
La carte comporte une deuxième alim raccordée sur un enroulement 9VAC du transformateur. Cette deuxième alim est celle du convertisseur digital analogique (5VDC).
Le circuit imprimé avec les capas de filtrage ; gros bornier de sortie pouvant recevoir du fil de 6 mm². Même bornier que celui de l'ampli. Assez difficile à trouver, d'ailleurs.
Les pistes de cuivre sont insuffisantes pour les courants en jeu. Elles sont doublées par du fil de cuivre rigide de 2.5 mm², et tartinées d'étain larga manu afin d'obtenir une section respectable. Technique classique.
Le DAC utilisé est un modèle assez courant sur eBay et d'autres sites. On le trouve à des prix allant d'une trentaine d'euros jusqu'à plus de 150 € (!).
Acheté au moins cher sur eBay UK, comme solution d'attente, et n'ayant après plusieurs mois d'utilisation pas grand chose à lui reprocher, il a été adopté comme solution définitive.
Seul défaut, qui peut être gênant : lorsque son entrée est coupée, ou encore que le câble est débranché, il produit un bruit blanc assez désagréable. Il faut donc veiller à ce que sa sortie ou son alimentation soit coupée avant la source. Attention aux tweeters s'ils sont de bas de gamme, ils peuvent ne pas apprécier. Défaut facile à contourner... Eviter également de débrancher le câble de l'entrée audio si l'ampli est en marche : ça surprend !
Deux entrées numériques, une coaxiale, une optique.
Rien de particulier : il s'agit des blocs à découpage de 36W : 12V, 3A visibles sur les photos, au centre du rack, entre le transformateur et l'ampli. On les trouve pour quelques dollars sur eBay en direct de Chine. 12V 3A, c'est exactement la puissance des CPL Freeplugs. Il n'ont besoin d'aucune ventilation particulière. Contrairement aux Freeplugs, ces alimentations ne sont pas enfermées dans des boitiers hermétiques, et elles chaufferont très peu.
Deux relais. L'un commande l'alimentation de la partie audio (transfo...), l'autre la prise secteur programmable. Les bobines sont gérées par le microcontrôleur. Les diodes de roue libre ne sont pas sur ce module, mais sur celui du microcontrôleur. Par ailleurs, contrairement à ce que laissent supposer les borniers, ce ne sont pas des relais bipolaires : introuvables sous ce facteur de forme en 230V 18A ; il faut largement sous classer dès qu'il s'agit de commander une charge réactive telle qu'un transformateur.
Cette carte est provisoire. Une des entéres remote USB type B sera remplacée par une entrée par embase DIN 9 broches.
C'est un Picaxe 14M2. Le fonctionnement ne sera pas correct si l'ancienne version M est montée.
L'alimentation se fait à partir d'une des alimentations 12V 3A à découpage. Pour abaisser la tension à 5V et assurer une isolation galvanique, c'est un convertisseur DC/DC qui est utilisé. Avantage : éviter les boucles de masse et autres joyeusetés. Important : la diode D1 a été interposée entre sa sortie et la ligne Vcc alimentant le circuit. Le but est de chuter 0.6 Volt. En effet, après test de deux convertisseurs 12V / 5V, il s'est avéré qu'ls fournissaient jusqu'à 5.8 V à vide, et 5.5 V en charge. Or, 5.5 V, c'est le maximum admissible par un PICAXE. Ainsi, avec la diode, Vcc ne dépasse pas 5 Volts. Ces convertisseurs sont donnés pour une précision de +- 10%. Là, ils étaient à +10%, ce qui est risqué.
Il y a deux entrées : les pin headers X2 et X3. Pour bénéficier d'une isolation galvanique, et pour éviter les perturbations extérieures, des optocoupleurs sont utilisés. Avec les résistances de 330 ohms, le courant est limité à 10 mA pour 5V, ce qui est suffisant. Aucun problème avec les 3V du signal blanking d'une prise Peritel. Les capas C3 et C4 sont inutiles, et n'ont pas été montées. Ni même testées. Ce sont simplement des emplacements prévus sur le PCB, au cas où. Valeur quelconque, choisie simplement pour 5.08 mm..
X4 est destiné à la programmation : un jack placé en façade, pour un cordon PICAXE standard, afin de mettre au point le software et de le faire évoluer.
X5 : le voyant fait d'une LED RGB dont seuls le rouge et le bleu sont utilisés. Les résistances de 330 ohms sont un peu faibles. Même avec leur commande PWM réglée sur un rapport cyclique de 1% seulement (le minimum), ça brille un poil trop dans l'obscurité quand on regarde un film. 1 ou 2 kilohms seraient plus indiqués, donnant plus de souplesse dans la programmation. C'est un point à revoir, mais nécessitant de rouvrir l'appareil...
T1 T2 et T3 commandent les relais. T1 et T2 pour la puissance, T3 pour le relais audio. Des BC337 ont été choisis (courant et dissipation). Diodes de roue libre sur la carte du microcontrôleur, plutôt que sur la carte des relais.
X7 : relais audio. Il sert à couper le signal pour éviter les "pops" de commutation et autres bruits parasites. En théorie, le meilleur endroit pour placer un tel relais est la sortie de l'ampli de puissance. En pratique, ce genre de relais est source de problèmes. Il lui a donc été préféré un relais miniature ne commutant que le signal d'entrée : l'entrée de l'ampli mise à la masse au repos. La fiabilité à moyen et long terme est bien supérieure, et pas besoin de le surdimensionner. Pas de problème non plus avec la résistance supplémentaire qui vient se placer entre l'ampli et les câbles. Mais la suppression des "pops" ne peut pas être parfaite : il restera toujours des bruits (discrets) lors de la mise sous tension et coupure de l'alimentation de l'ampli.
Les communications en RS232 avec le téléviseur se font via un adaptateur MAX232 ; pin header X8.
Schéma : cliquer dessus pour l'agrandir...
Le board, sur un PCB simple face. Pas pu faire mieux que 4 straps.
Un PC portable, le câble USB / jack spécifique branché sur la prise prévue en façade, et l'indigent "Picaxe Programming Editor". Dur, dur de programmer avec ça quand on est habitué à Visual Studio...
Une première version du soft, avec juste un asservissement du téléviseur et de l'ampli à la Freebox Revolution ; les séquences comportent un certain nombre de temporisations. Elles sont destinées à éviter les bruits de commutation. En réalité, il en subsiste quelques uns, mais discrets. Le seul moyen de les supprimer totalement serait de placer un relais en sortie d'ampli, et non en entrée. Les relais placés en sortie d'ampli sont toujours une source de problème, c'est la raison pour laquelle cette voie n'a pas été suivie.
blackbox v 1.0 : afficher dans le navigateur
Une version plus évoluée, gérant la mise en route et l'extinction de l'ampli en fonction du téléviseur (en plus de la box), est en cours de mise au point.
La mauvaise nouvelle, c'est que la sortie SPDIF du téléviseur n'est pas affectée par la commande de volume. 0 ou 100% pour le réglage : c'est 100% en sortie. Après recherche sur le net, il semble que ce soit le cas de la majorité des téléviseurs du marché, toutes marques confondues. En d'autres termes, le niveau, c'est "toujours A FOND". Il faut donc ajouter au programme l'interrogation du téléviseur (par RS232) pour savoir sur quel niveau sonore il est réglé, puis gérer un atténuateur entre DAC et ampli. Ceci ne présente pas de difficulté technique, mais il faut ajouter un atténuateur, et surtout le faire gérer par le microntrôleur. Or, pour cela, il faut exploiter une sortie supplémentaire, et donc refaire une carte de contrôle. Il faut également réaliser une carte d'atténuateur, soit avec un circuit à commande numérique, soit avec un potentiomètre servocommandé. (un contrôle de voume analogique à la sortie du DAC offre un meilleur rapport signal / bruit qu'un contrôle numérique en amont)
Donc, il faudra encore un peu de travail pour avoir un réglage du niveau sonore par la télécommande du téléviseur, tout en profitant de l'ampli et des enceintes (pour les jeux vidéo). Le temps de redessiner la carte du contrôleur pour commander le circuit de volume.
La bonne nouvelle, c'est l'extrême facilité avec laquelle se gèrent les communications entre le téléviseur (un LG) et le PICAXE grâce aux fonctions serout / serin. Toutes les "variables du téléviseur" peuvent être lues, et toutes les commandes peuvent être envoyées.
Photo prise lors des premiers tests et de l'écriture du firmware minimum ; la suite se déroule sur l'installation définitive, dans le canapé, avec le portable sur les genoux :
Le coffret retenu est un rack 19" 2U en ABS. Marque : Pro-Power, ref. G17082U.
Il est assez bien conçu, bon marché, mais de construction légère.
Il est en ABS, et donc très facile à usiner sur une fraiseuse. L'utilisation d'une perceuse à main est à éviter si possinle, une perceuse à colonne est préférable : les forets "avalent" la pièce, au risque de la ruiner. Attention donc.
La structure en ABS est incapable de supporter un transformateur de 500 VA. Il est indispensable de réaliser un fond en acier, ici de 2 mm d'épaisseur. Le fond du coffret est conçu pour ça, et comporte 8 entretoises moulées destinées à recevoir des vis parker de 3 mm.
Quelques perçages avant d'y placer le châssis en tôle zinguée de 2 mm, avec en particulier les passages des pieds : les pieds en caoutchouc sont fixés à la tôle, pas au fond en ABS !
Les circuits imprimés seront fixés sur des entretoises hexagonales, à la façon d'une carte mère dans un PC de bureau.
L'usinage de cet ABS est très facile. Il faut simplement veiller à adopter une avance importante pour éviter de le faire chauffer. Pas besoin d'un bridage de la mort qui tue, les efforts de coupe sont très faibles. Ebavurage en "rasant" la surface avec un gros barreau d'HSS.
(quelques reprises de bridage ont été nécessaires, tout de même !)
L'ensemble terminé, avant fermeture. On y voit le gros transformateur, les relais de puissance, les deux alimentations 12V 3A à découpage, la carte du microcontrôleur, celle des entrées sorties. Au premier plan, les capas de filtrage de l'ampli (2 x 22 000 µF), l'ampli classe D avec son ventirad, et un petit relais commutant l'audio (courcircuitant l'entrée de l'ampli à la masse lorsque le son doit être coupé). Moins visible, fixé par deux équerres sur la face arrière, le mini DAC. Il a été laissé tel quel, sans en extraire le circuit imprimé : il garde son blindage. Donc liaison audio interne avec des prises RCA ce qui n'est pas habitiuel.Vue de dessous montrant les pieds, fixés au châssis, et traversant le fond.
Lors des essais, il est apparu que les box ont un rayonnement énorme. WiFi ? Blutooth ? En posant les box sur la "Blackbox", apparition d'un bruit numérique très gênant. Problème résolu à 99% en interposant une simple feuille de papier d'alu alimentaire. Donc, après cet essai convainquant, le dessus du coffret a été doublé intérieurement d'aluminium adhésif. Même sans relier ce blindage à la masse et à la terre, le bruit à disparu, ou est descendu à un niveau inaudible.
L'utilisation répond exactement aux besoins : une seule télécommande (celle du Player), sauf pour passer de 2D en 3D et réciproquemen. L'extinction de la box entraine l'arrêt de l'ampli et du téléviseur, et vice versa. Le volume sonore se règle directement sur la box. La sortie son de la box passe par le HDMI, le téléviseur est réglé en passthrough. Puis câble optique jusqu'au DAC. Il est nécessaire de passer par le téléviseur si on veut pouvoir utiliser d'autres sources que la box. Le téléviseur sert alors de switch audio, mais au prix de sa reconfiguration (via le programme et le port RS232 bien sûr). Dans ce cas, réglage du volume par la télécommande TV (en cours de mise au point).
L'ampli TAS5630 s'avère réellement d'un très bon niveau malgré l'alimentation non régulée, préférable pour cet ampli sans contre réaction. Mais alimentation très largement dimensionnée.