Réalisation d'un Plasma Speaker

Salut les makers,

Aujourd'hui un tuto sur le plasma speaker ! En voilà un nom étrange n'est-ce pas ? Voici une petite vidéo de démonstration pour commencer à entrevoir la magie de l'arc électrique chantant !


Plasma Speaker de Willikus

Tu vas pas nous faire croire que c'est l'arc électrique qui produit du son quand-même ?

Eh bien si, justement ! C'est bien l'arc électrique et rien d'autre qui produit le son que vous entendez !

Maintenant que vous êtes resté le cul scotché sur votre chaise, quelques explications s'imposent.

1. D'un point de vue physique

Tout d'abord, posons-nous la bonne question : qu'est-ce qu'un son ?

Un son, c'est une variation de pression de l'air.
L'arc électrique généré par le montage électronique est modulé par la musique qu'on fourni en entrée du montage, ainsi il "ondule" à la fréquence de la musique (invisible à l'oeil nu, donc n'espérez pas voir votre arc électrique danser le twist).
Un arc électrique c'est quelques milliers de degrés, dans notre cas, il chauffe l'air à la fréquence de la musique. Maintenant, que se passe-t-il lorsqu'on chauffe l'air ? Eh bien il se dilate, et s'il se dilate à la fréquence de notre musique on obtient du son ! Magique n'est-ce pas ?

Ce système fait parti de ce qu'on appelle les haut-parleurs "Massless", c'est à dire qu'il n'y a aucun mouvement mécanique, contrairement au haut-parleurs à membrane, ce qui permet en théorie, une absence totale de distorsion. De cette manière, on obtient le son le plus "prope" qu'on puisse avoir.

2. D'un point de vue électronique

Maintenant que l'on connait les grandes lignes, il devient intéressant de comprendre comment fonctionne d'un point de vue électronique tout ce petit monde.

Tout d'abord, on fourni à notre montage un signal d'entrée, en l'occurence un signal sonore comme par exemple, la sortie audio d'un lecteur MP3.
Ce signal va ensuite être modulé en un signal MLI (ou PWM pour les anglophones), ce qui signifie Modulation en Largeur d'Impulsion. Pour faire simple, il s'agit d'un signal rectangulaire dont le rapport cyclique (durée de l'état "haut" par rapport à la durée à l'état "bas") varie en fonction de la tension du signal d'entrée. Voici à quoi cela peut ressembler :

Modulation en largeur d'impulsion

Ce signal va nous permettre de commander un MOSFET (en l’occurrence un IRF540) en bloqué/saturé, lequel va venir hacher une tension d'environ 30V. Ceci a pour effet d'obtenir le même signal mais avec une puissance beaucoup plus importante (environ 30V @ 10A, soit ≈ 300W). C'est avec ce signal que l'on va attaquer le bobinage primaire de notre THT, qui, rappelons-le, va augmenter d'un facteur $M$ notre tension d'entrée afin d'obtenir plusieurs dizaines de kV en sortie.

Un centimètre d'arc électrique correspond (environ) à une tension de 30kV, ça vous donne une idée de la tension de sortie !

Ainsi, on obtient un arc électrique aux bornes du secondaire de notre THT. C'est cet arc qui va produire la musique.

Faites très attention à ne pas laisser trainer un de vos doigts dans l'arc électrique, vous risqueriez de vous prendre une sacrée secousse voir même de vous électrocuter, donc prudence !

Voici le schéma électrique que nous avons utilisé pour réaliser le plasma speaker :

Schéma Nous ne sommes pas les inventeurs de ce système, loin de là. Nous ne sommes que d'umbles reproducteurs qui partagent leur expérience.

Concernant le schéma électrique, voici quelques informations supplémentaires :

  • La diode de protection, aussi appelée diode de roue libre, sert à protéger le MOSFET des pics de tensions. Même s'il est équipé d'une diode en interne, mieux vaut en mettre une, juste au cas où.
  • Prévoyez un (très) gros dissipateur thermique pour votre IRF540. Je peux vous assurer qu'il chauffe énormément et qu'il va cramer en deux secondes si vous ne le refroidissez pas ! L'idéal étant un watercooling, bien qu'un ventirad (ventillateur + radiateur) voir un radiateur seul suffit.

3. Trouver le secondaire du THT

En voilà une question épineuse : comment trouver le bobinage secondaire du THT ?

On a déjà une partie de la réponse car on a une électrode sur deux.

Ah bon, laquelle ?

Eh oui, le gros fil rouge avec la tétine au bout, c'est la borne (+) du THT ! Il nous faut donc trouver la borne 0V.

Le secondaire du THT fournit une tension redressée, on peut donc bien parler de borne (+) et (-)

Pour cela, vous allez avoir besoin de deux choses :

  • Une alimentation stabilisée de 24V
  • Un voltmètre calibré dans les 20V

L'impédance du bobinage secondaire est très élevée, aussi il est impossible de le trouver en utilisant un ohmmètre numérique. Voilà donc comment procéder :
Connectez la borne (+) du Voltmètre à la borne (+) du THT (partie métalique de la tétine rouge) et la borne (-) du voltmètre à la masse de l'alimentation. Ensuite, avec le +24V de l'alim, il suffit de tester chaque broche du THT. Lorsque le multimètre affiche une valeur comprise entre 5 et 10V, c'est que vous avez trouvé la broche 0V du THT, c'est aussi simple que ça.

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