Electronique > Réalisations > Jeux de lumière Dernière mise à jour 30/05/2021Présentation Les jeux de lumière sont très prisés des amateurs de sono et des débutants en électroniques, tout comme le sont les montages sonores sirènes et effets audio. C'est pourquoi j'ai pensé qu'il serait interressant d'en décrire les grands principes de lumière Un modulateur de lumière est un appareil qui permet d'allumer une ou plusieurs lampes en fonction de l'intensité d'une source sonore. Il existe différents types de modulateurs de lumière, mais tous reposent sur le même du son Le modulateur de lumière le plus facile à construire est celui qui se raccorde directement sur la sortie amplifiée sortie HP d'un amplificateur de puissance. Pour éviter que le 230V du modulateur de lumière ne se ballade dans l'amplificateur BF, un transformateur ou un optocoupleur est utilisé pour assurer l'isolation galvanique entre les deux équipements, comme le montre le synoptique suivant. Attention, c'est un synoptique simplifié, pas un schéma électronique exploitable comme tel ! Petits transfos BF Bien que le risque de destruction d'un ampli BF lié au branchement d'un modulateur de lumière correctement isolé soit très faible, ce type de branchement rebute souvent car on n'aime pas trop ajouter des choses en parallèle sur une sortie HP d'un ampli, ce qui se comprend un peu. Aussi, la captation du son peut être réalisée en employant un petit microphone electret miniature qui ne coute pas cher suivi d'un étage d'amplification, et qui assure ainsi au modulateur une totale autonomie. Le synoptique suivant montre un exemple de réalisation d'un modulateur de lumière avec microphone incorporé. Attention, là aussi il s'agit d'un synoptique simplifié et non d'un schéma électronique exploitable comme tel ! Mais le modulateur de lumière avec microphone est plus complexe à réaliser, car il nécessite un étage d'amplification, qui lui même doit être alimenté en basse tension. De plus, un modulateur de lumière est sensible aux bruits ambiants, et à cause de cela peut parfois allumer sa ou ses lampes à des moments où cela n'est pas désiré. Entre connection directe sur sortie HP et microphone, il existe une solution intermédiaire qui consiste à se raccorder sur une sortie de niveau ligne sortie d'un préampli ou d'une table de mixage par exemple. Dans ce cas, l'isolation requise peut être assurée par un optocoupleur, qui peut être plus ou moins linéarisé pour une meilleur réponse de l'allumage des lampes sur la source sonore un optocoupleur est la plupart du temps utilisé en tout ou rien, et l'utiliser pour faire passer un signal audio nécessite une petite adaptation pour que l'on puisse retrouver sur sa sortie, un signal ressemblant à celui présenté sur son entrée. Le synoptique suivant montre un exemple de réalisation d'un modulateur de lumière avec un optocoupleur. Attention, encore une fois, il s'agit d'un synoptique simplifié et non d'un schéma électronique exploitable comme tel ! Cette façon de faire, d'un point de vue difficulté de réalisation, se situe entre solution HP et solution à microphone intégré. Le synoptique précédent montre un optocoupleur linéarisé ou non placé à l'entrée du montage. Il est aussi possible de ne mettre aucun optocoupleur en entrée, et d'utiliser un optotriac en sortie, juste au moment de la commande des lampes. Cette solution est peut-être un peu plus économique à réaliser, mais la commande des lampes se fait alors vraiment en tout ou rien, et on ne doit alors l'impression de "modulation" de la lumière qu'au simple fait que les lampes possèdent une certaine inertie elles ne s'éteignent pas d'un seul coup quand on arrête d'y faire circuler un courant. Quand on fait appel à un simple optocoupleur en entrée et qu'on s'en sert en tout ou rien pas de linéarisation, on dispose d'un signal BF fortement distordu en sortie de l'optocoupleur mais cela ne pose guère de problème dans ce genre d'application, même si la distorsion occasionnée produit des harmoniques qui vont déclancher la lampe médium sur des fréquences basses, ou déclancher la lampe aigu sur des fréquences médium... Modifier un modulateur avec microphone intégré pour connection directe sur sortie ligne A ne surtout pas faire en se contentant de placer un atténuateur BF entre entrée micro et sortie ligne, c'est très dangeureux ! Un modulateur de lumière possède une connexion directe avec le secteur 230V, et une isolation galvanique parfaite avec tout autre appareil est impérative ! C'est pourquoi on doit obligatoirement utiliser un transformateur d'isolement, un optocoupleur, ou l'air ambiant. Vous pouvez donc modifier un modulateur à microphone intégré, si vous respectez l'isolation requise, et si vous ne faites pas n'importe quoi. Modification déconseillée aux débutants en d'un vieux modulateur de lumière à transformateur Vous avez un vieux modulateur de lumière avec transformateur BF d'isolement, et vous aimeriez bien y ajouter un microphone pour le rendre autonome. Est-ce possible ? La réponse est oui, il suffit de rajouter un petit amplificateur BF capable d'amplifier suffisement le signal électrique d'un microphone pour l'amener à un niveau capable d'attaquer un petit haut-parleur. Un petit amplificateur à base de LM386 tel que celui présenté à la page Amplificateur BF 003 est tout à fait capable de ça, sa sortie attaquera directement le primaire du transformateur d'entrée du modulateur de lumière, au lieu d'être connectée à un haut-parleur. Notez en passant qu'il n'est pas impératif de brancher un microphone en entrée de cet ampli additionnel, vous pouvez tout aussi bien raccorder une sortie ligne sortie de table de mixage par exemple, l'idée restant la même. Avec un signal audio de niveau ligne, l'amplificateur ajouté n'a pas besoin d'apporter un grand gain, voilà tout. Bien entendu, l'ajout d'un petit amplificateur BF requiert aussi une alimentation secteur pour fonctionner. Cette alimentation pourra cependant rester très simple et être basée sur un simple redressement / filtrage / régulation, comme celle présentée sur la page Alimentation simple 001. Excluez d'emblée toute alimentation secteur sans transfo, la sécurité doit toujours être au rendez-vous !Augmentation de la sensibilité d'un modulateur Il fut une époque où l'on pouvait trouver des composants ayant comme caractéristique sensationnelle la possibilité d'augmenter la sensibilité de déclenchement des triacs, par simple branchement en parallèle sur ceux-ci. Je n'ai jamais testé ces composants, car à l'époque où j'ai construit mes premiers modulateurs de lumière, je les trouvais sans doute assez sensibles, en regard du prix des petits composants miracles. Je ne sais donc pas si le prix à payer était oui ou non justifié par rapport au prix d'un triac plus sensible. Mais peut-être aussi qu'à l'époque, les triacs vraiment sensibles étaient peu répendus ou hors de prix. Je n'ai pas retrouvé de pub pour de tels "sensibilisateurs" dans les stocks récents des revendeurs, et je pense qu'ils n'existent plus. Nombre de voies Le nombre de voie correspond au nombre de bandes de fréquence traitées par le modulateur. Le modulateur le plus simple est un modèle 1 voie, qui allume une lampe aussi bien quand il reçoit des sons aigus que quand il reçoit des sons graves, sans faire de distinction si ce n'est tout de même de s'allumer plus souvent sur les fréquences graves, qui développent en général plus d'énergie dans la bande audio. Le modulateur de lumière 3 voies permet quant à lui d'allumer des lampes différentes en fonction du contenu spectral du son capté. Plusieurs filtres sont mis en oeuvre pour séparer les aigus, les mediums et les graves, et assurer ainsi des commandes distinctes. On peut ainsi allumer une lampe rouge sur des coups de basses fréquences graves, allumer une lampe verte pour les medium, et une lampe bleue en présence d'aigus. La complexité de réalisation d'un modulateur 3 voies est évidement plus grande que celle d'un modulateur 1 voie, mais reste cependant relative et avec un minimum de soins, un électronicien amateur peut facilement mener à terme un tel montage. Notons qu'un modulateur de lumière 3 voies passif à transformateur, sans microphone intégré est moins sensible qu'un modulateur de lumière 1 voie de même type, il lui faut plus de puissance sonore pour allumer les lampes. Cela s'explique par le fait que les filtres passifs apportent une atténuation non négligeable sur le signal d'entrée. Il en est de même avec les modulateurs intégrant un microphone et un amplificateur, mais cela se ressent beaucoup moins car les filtres sont de type actifs ou s'ils sont passifs, une amplification additionnelle permet de compenser l'atténuation qu'ils de réalisations Modulateur de lumière 001 - Modèle 3 voies fonctionnant sur secteur, avec transfo d'isolation en entrée BF + exemple de voie inverse Modulateur de lumière 002 - Modèle 1 voie fonctionnant sur secteur, avec transfo d'isolation en entrée BF Modulateur de lumière 003 - Modèle 3 voies fonctionnant sur secteur, avec microphone intégré, tout transistors Modulateur de lumière 004 - 3 modèles 1 voies fonctionnant sur pile, 2 avec microphone intégré, 1 pour sortie HP, tout transistors Modulateur de lumière 005 - Modèle 1 voies fonctionnant sur secteur, entrée niveau ligne, isolation par optotriac Modulateur de lumière 006 - Modèle 3 voies à leds fonctionnant sur 12 V, avec microphone intégré et un seul circuit intégré LM324. Modulateur de lumière 007 - Modèle 1 voie à leds fonctionnant sans alimentation, raccord direct sur HP 5 W à 200 W.Chenillards Un chenillard est un appareil qui permet d'allumer plusieurs lampes les unes après les autres. Figures lumineuses Un chenillard simple comme le chenillard 001 ne permet qu'un simple défilement, alors qu'un chenillard sophistiqué ou programmable comme le chenillard 003a permet de multiples combinaisons aller-retours, chenille, ondulation, etc.Réglage de la vitesse Certains chenillards sont dotés d'un réglage manuel de la vitesse de l'horloge interne, il s'agit la plupart du temps d'un potentiomètre accessible par l'utilisateur et monté en face avant de l'équipement. La vitesse peut également être contrôlée via une tension de commande continue externe, on a alors affaire à un VCO Voltage Controlled Oscillator, oscillateur commandé en tension. La vitesse peut aussi être fonction de l'amplitude d'une ambiance sonore captée par un microphone. Dans ce cas, il s'agit d'un mécanisme qui convertit l'amplitude sonore en une tension continue proportionnelle, laquelle peut alors attaquer un VCO exemple sur la page Oscillateur musical 001.Exemples de réalisation Le chenillard - Bases Chenillard 001 - 10 voies, mode simple fonctionnant sur pile, mode manuel appui sur un bouton poussoir ou automatique avec oscillateur Chenillard 002 - 6 voies, mode simple fonctionnant sur pile, avec fonction aller-retour Chenillard 003a - 8 voies, plusieurs figures préprogrammées, à base de PIC 16F84A, fonctionnant sur pile, avec led. Chenillard 003c - 8 voies, plusieurs figures préprogrammées, à base de PIC 16F628A, fonctionnant sur pile, avec led. Chenillard 004 - 10 voies, avec fonction aller-retour Chenillard 005 - 10 voies, fonction aller simple, allumage instantané et extinction progressive des lampes, style "queue de comète". Chenillard 006 - 2 à 12 voies, mode simple avec maintien des dernières lampes allumées Chenillard 006c - 10 voies, mode simple avec maintien des dernières lampes allumées, version à base de PIC 16F628A. Chenillard 007 - 10 voies, mode simple, version secteur 230V du chenillard 001 Chenillard 008 - 4 voies, plusieurs figures préprogrammées, à base de PIC 12F675, fonctionnant sur pile, avec leds. Chenillard 009 - 10 voies, semi-manuel, fonction "billes qui tombe", à base de PIC 16F628A, fonctionnant sur pile, avec leds. Chenillard 010 - 10 voies, mode simple fonctionnant sur pile, avec allumage et extinction progressifs NE555 + CD4017 + LM358 Chenillard 011a - 10 voies, mode simple fonctionnant sur pile, avec sorties temporisées CD4017 + CD4538 Chenillard 011b - 10 voies, mode simple fonctionnant sur pile, avec sorties temporisées PIC 16F628A Chenillard 012 - 10 voies 12V / 5A, allumage direct et extinction progressive PIC 16F628A + MOSFET Chenillard 013 - 10 voies x 2, style "K2000", avec PIC 16F628A Chenillard 014 - 16 voies ou 32 voies, avec deux CD4017 et un poil de logique additionnelle Chenillard 015 - 32 voies, effet ligne d'eau coulante - 2 schémas proposés Chenillard 016 - 8 voies, effet "progressif" avec LM3914 - 2 schémas proposés Chenillard 017 - 3 voies, leds avec allumage / extinction progressifs, à base de CD4093 ou CD4011 Chenillard 018 - Programmable, avec PIC 18F2520 - En cours Chenillard 019 - 12 voies en 3 groupes de 4 lampes, avec PIC 020 - 16 voies sur secteur ou LED, avec CD4060 et 021 - 10 voies configurables, sorties sur LED et production de sons, avec PIC 022 - 4 voies sur secteur 230 V, avec NE555 et SN7490 - Garanti sans PIC et sans 023 - 2 x 10 voies avec LED bicolores, oscillateurs à CD4093 et compteurs 024 - Chenillard/séquenceur programmable sans composant programmable, 8 sorties / 10 025 - 10 à 100 LED par paquets de 10, avec seulement deux compteurs 026 - 16 voies PWM avec effet queue de comète évoluée. PIC 18F45K22 et 005 - Séquenceur 5 voies permettant l'allumage séquentiel de cinq petites ampoules basse tension pas vraiment un chenillard car pas de répétition.Chenillards-modulateurs Il existe deux sortes de chenillards-modulateurs. Ceux qui de façon exclusive offrent une fonction ou une autre, c'est à dire dont les lampes sont commandées soit par un circuit modulateur de lumière, soit par un circuit chenillard tout ou rien, la commutation d'un mode à l'autre s'effectuant à l'aide d'un interrupteur. Et puis il y a ceux qui offrent les deux fonctions en même temps, c'est à dire dont les lampes s'allument les unes après les autres fonction chenillard mais avec une amplitude lumineuse qui dépend d'une source sonore. Gradateurs de lumière Un gradateur de lumière n'est pas forcement toujours classé dans la rubrique des jeux de lumière, il peut aussi l'être dans la catégorie des utilitaires. Ce type d'appareil permet de faire varier l'intensité lumineuse d'une lampe, le plus souvent à l'aide d'un potentiomètre. On trouve cependant des gradateurs de lumière automatisés, qui assurent des extinctions et allumages progressifs sans intervention humaine. En utilisant plusieurs gradateurs de ce type avec des ampoules de couleurs différentes et en utilisant des cycles de variation longs, on obtient des changements d'ambiance lents et très de réalisation Gradateur de lumière 001 - La version "basique et simple", sans correction d'hystéresis et sans filtrage, version 230 V Gradateur de lumière 002 - La version "meilleur qualité mais plus complexe", avec correction d'hystéresis et avec filtrage Gradateur de lumière 003 - Gradateur à allumage et à extinction automatique Gradateur de lumière 004 - Gradateur pour tube fluorescent - Pas testé, pas d'explication, juste le schéma Gradateur de lumière 005 - Gradateur basse tension 12V de puissance, avec commande externe 0V-5V. Gradateur de lumière 006 - Gradateur automatique à 3 Leds RVB générant une lumière de couleur aléatoire. Gradateur de lumière 007 - Gradateur "basique et simple", sans correction d'hystéresis et sans filtrage, version 24 V Gradateur de lumière 008 - Gradateur commandé par une tension continue externe 0V à +5V, version 230 V Gradateur de lumière 009 - Gradateur Marche / Arrêt automatique, version 230 V - En cours Gradateur de lumière 010 - Gradateur à touche sensitive, basé sur le S576 Gradateur de lumière 011 - Gradateur manuel et automatique longue durée, à base de PIC 12F675 Gradateur de lumière 011b - Gradateur automatique longue durée crépuscule et aube, à base de PIC 12F675 Gradateur de lumière 012 - Gradateur manuel basse tension type PWM, à base de PIC 12F675, 18F2520 ou 16F88 Gradateur de lumière 013 - Gradateur 8 voies piloté par notes MIDI, à base de PIC 18F2520 Gradateur de lumière 014 - Gradateur 8 voies piloté par DMX, à base de PIC 16F628A ou de lumière 015 - Gradateur automatique pour LED montée et descente, vitesse ajustable, à base de PIC de lumière 016 - Gradateur automatique pour LED montée ou descente, longue durée 25 sec à 68 min, à base de PIC de lumière 017 - Gradateur automatique pour LED en mode alterné montée ou descente progressives, à base de PIC de lumière 018 - Gradateur automatique pour rubans LED RVB, à base de PIC de lumière 019 - Projet de lumière 020 - Gradateur automatique pour LED de puissance avec PIC12F1572 et driver LED. Pro Eclairage à LED 008 - Panneau 80 LED pilotées par signal PWM, à base de PIC 16F88, alimentation 7,2 V. Dans un autre registre, mais pas si éloigné que ça, les interrupteurs crépusculaires, ou gradateurs automatiques. Interrupteur crépusculaire 001 - Une lampe qui s'allume à la tombée de la nuit, version basse tension avec AOP. Interrupteur crépusculaire 002 - Une lampe qui s'allume à la tombée de la nuit, version 230V. Interrupteur crépusculaire 003 - Une lampe qui s'allume à la tombée de la nuit, version basse tension avec transistors. Interrupteur crépusculaire 004 - Une lampe qui s'allume à la tombée de la nuit, autre version 230V. Veilleuse à led 001 - Allumage et extinction automatique selon lumière ambiante, alim sans transfo. C'est vrai, ce ne sont pas des jeux de lumière. Sauf peut-être si vous vous amusez à viser leur cellule photorésistante avec un laser de poche. Pianos ou orgues lumineux Un piano ou orgue lumineux permet à l'aide de boutons poussoir ou de capteur piezo ou microphone, d'allumer une ou plusieurs lampes à la demande. La plupart du temps, l'allumage est immédiat et l'extinction est progressive, se faisant sur une durée réglable de l'ordre de quelques secondes. L'effet obtenu côté lumière est similaire à celui obtenu côté son avec une note de piano, où l'on a une attaque rapide et une décroissance lente du son. Dans une certaine mesure, on peut assimiler un piano lumineux à un gradateur de lumière de réalisation Piano lumineux 001 - Gradateur automatique à allumage instantané et à extinction progressive, version 12V. Piano lumineux 002 - Gradateur automatique à allumage instantané et à extinction progressive, version lumineux 003 - Effet lumineux sur détection percussion, allumage instantané et extinction progressive, alim 15 V. Remarque le piano lumineux 001 m'a servi de base pour construire une petite lampe à extinction très lente 5 minute, pour ma fille qui perdait son doudou la nuit, et qui maintenant peut allumer une lampe sans se soucier de son Un stroboscope est un appareil qui produit des flashes lumineux à intervalles réguliers et rapprochés fréquence de quelques hertz. Il met en oeuvre un tube à éclat, qui est un tube spécial rempli d'un gaz rare xénon alimenté sous une tension continue élevée environ 300 V, et dont la production de lumière est déclanchée par l'application d'une haute tension sur une électrode de commande un tube à éclat possède trois connections. La quasi totalité des stroboscopes à tube à éclat se branche sur le secteur 230 V, car c'est la solution la plus simple pour obtenir les tensions élevées nécessaires au fonctionnement du tube. Il est cependant possible d'utiliser un tube à éclat avec une tension continue faible 12 V par exemple, en utilisant un convertisseur élevateur de tension. Il existe également des petits stroboscopes "d'appoint" alimentés sous 9 V, et utilisant une petite ampoule néon 65 V, faisant là aussi appel à un petit convertisseur élévateur de à LED L'arrivée de leds blanches et bleues à très haute luminosité permet leur utilisation dans le domaine de la stroboscopie. Ca existe déjà pour les stroboscopes grand public et pour les stroboscopes utilisés pour le réglage de l'avance à l'allumage sur les "vieilles" voitures. Avec quelques paires de leds standard haute luminosité, on peut déjà faire un stroboscope bien sympathique voir liens ci-après. Avec l'arrivée des leds haute puissance de plusieurs watts ou dizaines de watts par exemple 50 W, on peut aussi imaginer de sérieuses réalisations, même si ces dernières posent des contraintes assez "serrées" côté consommation et refroidissement. La principale difficulté avec les leds de grande puissance est en effet liée aux contraintes électriques et thermiques qui imposent de ne pas faire n'importe quoi. L'alimentation doit être de type à courant constant et doit supporter des variations de charge importante de façon répétée pas de consommation quand la led est éteinte et consommation contrôlée quand la led est allumée, avec un minimum de temps de stabilisation et absence de surtensions ou surintensités fortes. Pour l'heure, j'ai réalisé quelques stroboscopes à leds haute luminosité mais aucun avec des leds de forte de réalisation Stroboscope à leds 001 - Stroboscope 2 leds, à base de LM3909 Stroboscope à leds 002 - Stroboscope 2 leds, à base de NE555 et CD4017 Stroboscope à leds 003 - Stroboscope 4 leds, à base de CD40106, CD4093 ou 74C14 Stroboscope à leds 004 - Stroboscope 20 leds, à base de CD4011 Stroboscope à leds 005 - Stroboscope 20 leds, à base de PIC 12F675 Stroboscope à leds 005b - Version double flash du stroboscope à leds 005 20 leds, à base de PIC 12F675 Stroboscope à tube 001 - Sur secteur 230V, avec tube à éclat, base de temps interne. Stroboscope à tube 002 - Sur secteur 230V, avec tube à éclat, synchro externe télécommandéAlimentation d'un stroboscope à tube - Discussion sur l'alimentation requise par un tube à éclatsClignotants Comme son non l'indique, il s'agit là d'un appareil qui pourrait laisser penser qu'il ne sait pas faire grand chose, ou tout du moins que l'interêt des effets lumineux qu'il produit sont limités. C'est un peu vrai pour un clignotant utilisé seul, mais ce n'est plus vrai quand il est utilisé en groupe. Je me souviens d'ailleurs très bien que le premier clignotant secteur que j'ai réalisé pour ma sono, quand j'avais quinze ans, m'avait sacrément plus ! Avec une vitesse élevée, et malgré l'inertie importante des ampoules à filament, on arrive à obtenir un certain effet de de réalisation Clignotant 001 - Clignotant à trois leds, alimentation par pile, montage initiatique pour débutant Clignotant 002 - Sur secteur 230V, à triac, montage très simple Clignotant 003 - Clignotant à led, fréquence clignotement progressive sur quelques secondes. Clignotant 004 - Clignotant à deux lampes leds ou ampoules incandescence, s'allumant et s'éteignant alternativement. Clignotant 005 - Clignotant type "flash" à une ampoule à incandescence, alim 4,5V. Clignotant 006 - Sur secteur 230V, à triac, alimentation avec condensateur et oscillateur à NE555 Clignotant 007 - Clignotant "flash" à une led, sur secteur 230V, sans triac, sans transistor, sans circuit intégré Clignotant 008 - Clignotant à ampoules ou leds pour vélo ampoules gauche et droite Clignotant 009 - Clignotant à ampoule pour batterie 12V, avec régulateur tension LM317K Clignotant 010 - Clignotant secteur 230 V avec deux ampoules s'allumant et s'éteignant alternativement. Clignotant 011 - Clignotant flash simple à led, alim 9 V ou 12 V. Clignotant 012 - Clignotant flash sextuple à LED, alim 9 V, avec CD40106. Clignotant 013 - Clignotant double de type "flash", NE555 / CD4017 / CD4013 tac tac tac tac tic tic tic tic. Eclairage à leds 001 - Leds "fixes" et clignotantes, basse consommation, à base de PIC 12F675. Eclairage à leds 006 - Leds "fixes" ou clignotantes rouges, panneau de 110 leds alimenté sur batterie 12 aléatoiresOutre les circuits dont le fonctionnement est connu à l'avance lampes qui s'allument en présence de son, figures lumineuses d'un chenillard, on peut aussi obtenir des variations lumineuses aléatoires ou pour être plus juste pseudo-aléatoires.Exemples de réalisationOscillateur aléatoire 003 - Générateur pseudo-aléatoire son et lumière, à base de PIC 16F88 ou 16F628AOscillateur aléatoire 004 - Générateur aléatoire, à base de PIC 16F88 ou 18F2520Interfaces universellesInterface USB 003 - Interface de sortie 32 voies pour mon séquenceur logiciel ProgSeq.