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.

Vos réactions (12) :

elias

incroyable experience. sa fait longtemps que je cherche des site comme celui-ci mais je crois que je l'ai trouve . je suis actuelement en-train de preparer un project pour faire des arcs electriques avec un trans flyback(tht) mais je n'arrive pas. j'attends la sortie des plans avec impatience, sinon vous seriez mon hero si vous m'envoiez les plans par email:eliasabourachid@hotmail.fr. merci.

12/05/2010 à 00:00

boubou

Bonsoir, je réalise actuellement le même montage dans le cadre d'un projet de deuxième année de classe prépa mais j'ai un problème : sur les deux flyback dont je dispose, impossible de trouver l'extrémité (au niveau des pates du flyback) du secondaire !! j'ai essayé plusieurs méthode, comme injecter une forte tension sur le gros fil du secondaire et tenter de la récuperer à une des pates mais rien.. J'aimerais savoir de quelle manière vous avez procédé et si vous avez utilisé un flyback particulier
Merci, Alexandre.

29/05/2013 à 21:08

lobodol

Bonjour Alexandre.
Pour trouver le secondaire d'un THT voilà comment procéder (je vais le rajouter à l'article d'ailleurs) :
Tu as déjà une borne du secondaire (la grosse tétine rouge), il faut donc juste trouver l'autre borne.
Il te faut une source de tension de 24 V DC et un voltmètre numérique réglé dans la gamme des 20 Volts. Connecte le (+) de ton voltmètre sur la sortie THT ( sur la partie métallique dans la tétine ) et le (-) au 0v de ta source d'alimentation 24V. Puis, avec le +24V de ta source d'alimentation teste chaque broche du transfo THT. Lorsque ton voltmètre indique entre 5 et 10 V, tu as trouvé la broche du 0V du secondaire.
Si tu as des questions, n'hésite pas ;)

29/05/2013 à 21:32

boubou

Je réessaierais avec cette manipulation cette après midi alors ! Même si je pense qu'au final je vais me fabriquer mon propre transformateur façon bobine tesla avec deux bobine concentrique, une pour le primaire et une pour le secondaire avec un très grand rapport et puis un noyau ferro au milieu pour canaliser quand même un peu les lignes de champs et " booster" le champ mag ...
J'essais tout ça cette après midi je vous réécrirais merci beaucoup !
Alexandre

30/05/2013 à 07:34

francky66

Bonjour et quand on a affaire a une bobine de tesla comment il faut procédé. pour faire chanté les arc. merci cordialement.

16/06/2014 à 19:52

lobodol

@francky66 : Salut, une bobine de tesla ne fonctionne pas du tout comme un transformateur "normal". Il s'agit là d'une bobine à noyau à air. Son fonctionnement est trop complexe à expliquer dans un simple commentaire. Voici une vidéo qui explique plutôt bien le principe : https://www.youtube.com/watch?v=EOn1amuckXU

16/06/2014 à 20:56

ionic

Bonjour,
J'ai un autre modèle de plasma speaker (1985) sans transfo, mais un modulateur avec une lampe qui module en courant directement une structure multiple pour un résultat large bande
mon tel 0625644160

08/08/2014 à 22:45

brunoélec

Bonjour, je suis en prépa PCSI pouvez vous m'envoyer les plan et le protocole pour l'expérience?
Merci

moubru@hotmail.fr

26/02/2016 à 17:01

adrien

Bonjour, moi et mon binôme, avons monté le circuit mais nous n'avons rien en sortie. Notre transformateur n'est sûrement pas suffisant pour former un arc. Cependant a l'ocsilloscope rien de probant n'apparaît, quelque soit l'entrée audio il n'y a pas de variation à la sortie. Je sollicite donc vivement votre aide.

P.S. : Je suis en classe MP et ce projet est pour mon TIPE

06/06/2018 à 15:32

lobodol

Bonjour @adrien, si vous n'avez rien en sortie c'est sans doute que vous avez fait une erreur dans le montage. Vérifiez à l'oscilloscope que vous avez bien une PWM sur la broche 9 du TL494.
Ensuite, vérifiez que votre IRF n'est pas dead.
Vérifiez que votre transfo n'est pas HS non plus.
Enfin, vérifiez que vous avez correctement identifié le secondaire du transfo.
N'hésitez pas à venir poser vos questions sur le forum.
Bon courage.

06/06/2018 à 16:48

adrien

bonjour ca y est ca fonctionne mais notre transformateur n'est pas assez puissant , avec un rapport de spires de 5 la tension n'est pas suffisante pour faire un " grand " arc nous pouvons juste percevoir l'arc entre les fils pour une séparation de moins de 1 mm.

09/06/2018 à 11:08

lobodol

@adrien: ça m'étonnerais que votre transfo ait un rapport de transformation de 5, ou alors vous appliquez du 720V en entrée ?
Un arc de 1mm ça équivaut à environ 3600V. Si vous appliquez 12V au primaire, votre trasnfo a un rapport de $\dfrac{3600}{12} = 300$.
Pour avoir un arc électrique plus grand, vous pouvez au choix trouver un THT avec un rapport plus élevé ou appliquer une tension au primaire plus élevée (24V, 36V, ...), mais prévoyez un dissipateur thermique adapté car vous augmentez la puissance.

09/06/2018 à 12:30

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