Expérimentations sonores
Expérimentations sonores électroniques et mécaniques
Modification de la pédale de distorsion BOSS MT-2 Metal Zone
J'ai une pédale Metal Zone dont je ne me sers peu, n'arrivant pas à trouver un réglage qui me convient. Malgré d'obstinées tentatives, je trouve toujours les aigus "nasillards", et que les mediums "crachotent", comme d'ailleurs la plupart des détracteurs de cette pédale. Je recherche une disto avec pas mal de basses, des médiums légèrement atténués et des aigus présents mais moins aggressifs.
Peut-être la solution idéale serait-elle de changer de pédale pour un truc plus polyvalent boosté par un equaliseur bien senti. Mais pour de sombres raisons d'éthique anticonformiste cette solution ne me convient pas du tout ! J'ai donc décidé d'adapter la Metal Zone à mes besoins.
Pour cela, un petit coup de Google pour trouver le schéma. Un petit tour par les forums sur le sujet est comme toujours également très utile pour ne pas réinventer la poudre.
Première étape : modification de l'étage de distorsion
La distorsion est générée par un écrêtage du signal à l'aide de deux diodes placées tête-bêche entre le signal et la masse. Remplacer ces diodes peut modifier les caractéristiques de la distorsion de manière radicale. Voyons un peu le principe de fonctionnement de cet écrêtage.
La tension maximale aux bornes de la diode dans le sens bloquant est fonction du courant qui la traverse, et est une caractéristique de la diode. Dans notre cas nous nous intéressons à la valeur moyenne de cette tension que nous appellerons la tension maximale aux bornes de la diode Vmax. Avec le montage de la figure 1, les deux diodes étant identiques, tout signal compris entre -Vmax et +Vmax passe sans être altéré. Alors que tout signal dépassant Vmax sera écrêté à cette valeur max. Plus Vmax sera faible, et plus l'écrêtage (et donc la disto) sera violent.
Ce montage est symétrique s'il utilise deux diodes identiques. Mais on peut envisager de rendre l'écrêtage dissymmétrique en utilisant des diodes différentes (avec des tensions maximales différentes), ou bien en n'utilisant qu'une diode qui n'écrêtera le signal que dans un sens, ou encore une diode dans un sens et deux dans l'autre. A chaque configuration un son différent, et pour cela l'oreille est seule juge. D'après mon expérience, les configurations symétriques sonnent plus neutre, et les config dissymétriques plus chaud.
Autre caractéristique des diodes : le temps de commutation. Ce paramètre caractérise le temps d'établissement de la tension d'écrêtage, et influe directement sur la dynamique de la distorsion. Un temps de commutation rapide donne un écrêtage plus "franc" et une distorsion plus métallique, alors qu'une commutation plus longue adoucit la distorsion et est souvent comparée à la disto des amplis à tube.
Pour la Metal Zone je conserve la configuration symmétrique, et je cherche à augmenter le niveau de distorsion. Pour cela je vais chercher à utiliser des diodes qui ont une tension maximale plus faible que les diodes d'origine.
Les diodes utilisées dans le montage original sont des 1SS133 ; j'ai à ma disposition des 1N4148. Une recherche Internet permet de trouver les datasheets, mais il est difficile de comparer leurs caractéristiques qui ne sont pas forcément données dans des conditions d'utilisation identiques. J'ai l'impression au final que les 1N4148 sont à peu près équivalentes aux 1SS133 en terme de tension d'écrêtage et de temps de commutation, avec peut-être une tension d'écrêtage légèrement plus faible pour les 1N4148 (si quelqu'un a plus d'info à ce sujet je suis preneur). En tous les cas ça vaut le coup de tester.
La deuxième modif de l'étage de disto, assez radicale, consiste à augmenter le gain pré-disto. Cela aura pour effet d'augmenter le niveau du signal à écrêter, et rendra donc l'écrêtage plus violent. Pour cela, diminuer la valeur de R041 (cf schéma). Dans un premier temps j'ai pris une valeur réduite de moitié (470K), ce qui est préconisé sur les forums.
Le résultat testé sur un réglage disto "à fond" : la disto est plus "pleine", avec un effet de compression clairement audible. Ce résultat est certainement dû pour beaucoup à l'augmentation de gain, et je ne suis pas persuadé que le changement de diode ait ici un grand effet...
Deuxième étape : modifier la réponse en fréquence
Pour cette étape, les modifications sont tirées de forums (lien), et consistent à supprimer les condensateurs C035 et C025 (voir schéma plus haut). Ces modifs modifient la réponse en fréquence pré et post disto en transformant - si je ne m'abuse - les filtres passe-bande en filtres passe-haut. En effet on trouve dans l'étage pré-disto un filtre passe-bande renforçant les médiums, et après la disto un autre filtre passe bande renforçant les aigus.
Je n'ai pas augmenté la valeur de C034, comme indiqué sur les mêmes forums, mais c'est sans doute un truc à tester. Ce condensateur détermine la fréquence du filtre pré-disto ; augmenter sa valeur va augmenter la fréquence du passe-haut.
Le résultat est très sensible, avec une meilleure (à mon avis) balance entre médiums et aigus. Le coté nasillard des aigus est sinon supprimé, du moins fortement réduit. De plus, comme on a augmenté le gain pré-disto sur une plus large gamme de fréquence, la disto s'en trouve encore renforcée.
Conclusion
De manière générale, la modification des pédales de disto est ludique et instructive. Le son peut être modifié de manière assez radicale en changeant peu de composants. Les possibilités sont assez vastes. On pourrait par exemple envisager d'implanter plusieurs configurations de diodes (diodes différentes, configurations symétriques et dissymétriques, etc.), et d'ajouter un interrupteur ou un sélecteur à plusieurs positions pour les activer.
La modification de la Metal Zone m'a permis d'obtenir un son plus proche de ce que je recherche, sans que le son de la pédale n'en soit pour autant dénaturé : ça reste une disto métal ! En particulier la modif de l'étage pré-disto a permis d'uniformiser le niveau des aigus. Le sur-renforcement des mediums pré-disto est également moins sensible. Les modifs méritent sans doute d'être encore approfondies du coté de la fréquence du filtre pré-disto. De même, le changement de diodes n'a pas été très concluant et mérite lui aussi de plus amples expérimentations. A suivre donc.
Peut-être la solution idéale serait-elle de changer de pédale pour un truc plus polyvalent boosté par un equaliseur bien senti. Mais pour de sombres raisons d'éthique anticonformiste cette solution ne me convient pas du tout ! J'ai donc décidé d'adapter la Metal Zone à mes besoins.
Pour cela, un petit coup de Google pour trouver le schéma. Un petit tour par les forums sur le sujet est comme toujours également très utile pour ne pas réinventer la poudre.
Première étape : modification de l'étage de distorsion
La distorsion est générée par un écrêtage du signal à l'aide de deux diodes placées tête-bêche entre le signal et la masse. Remplacer ces diodes peut modifier les caractéristiques de la distorsion de manière radicale. Voyons un peu le principe de fonctionnement de cet écrêtage.
La tension maximale aux bornes de la diode dans le sens bloquant est fonction du courant qui la traverse, et est une caractéristique de la diode. Dans notre cas nous nous intéressons à la valeur moyenne de cette tension que nous appellerons la tension maximale aux bornes de la diode Vmax. Avec le montage de la figure 1, les deux diodes étant identiques, tout signal compris entre -Vmax et +Vmax passe sans être altéré. Alors que tout signal dépassant Vmax sera écrêté à cette valeur max. Plus Vmax sera faible, et plus l'écrêtage (et donc la disto) sera violent.
Ce montage est symétrique s'il utilise deux diodes identiques. Mais on peut envisager de rendre l'écrêtage dissymmétrique en utilisant des diodes différentes (avec des tensions maximales différentes), ou bien en n'utilisant qu'une diode qui n'écrêtera le signal que dans un sens, ou encore une diode dans un sens et deux dans l'autre. A chaque configuration un son différent, et pour cela l'oreille est seule juge. D'après mon expérience, les configurations symétriques sonnent plus neutre, et les config dissymétriques plus chaud.
Autre caractéristique des diodes : le temps de commutation. Ce paramètre caractérise le temps d'établissement de la tension d'écrêtage, et influe directement sur la dynamique de la distorsion. Un temps de commutation rapide donne un écrêtage plus "franc" et une distorsion plus métallique, alors qu'une commutation plus longue adoucit la distorsion et est souvent comparée à la disto des amplis à tube.
Pour la Metal Zone je conserve la configuration symmétrique, et je cherche à augmenter le niveau de distorsion. Pour cela je vais chercher à utiliser des diodes qui ont une tension maximale plus faible que les diodes d'origine.
Les diodes utilisées dans le montage original sont des 1SS133 ; j'ai à ma disposition des 1N4148. Une recherche Internet permet de trouver les datasheets, mais il est difficile de comparer leurs caractéristiques qui ne sont pas forcément données dans des conditions d'utilisation identiques. J'ai l'impression au final que les 1N4148 sont à peu près équivalentes aux 1SS133 en terme de tension d'écrêtage et de temps de commutation, avec peut-être une tension d'écrêtage légèrement plus faible pour les 1N4148 (si quelqu'un a plus d'info à ce sujet je suis preneur). En tous les cas ça vaut le coup de tester.
La deuxième modif de l'étage de disto, assez radicale, consiste à augmenter le gain pré-disto. Cela aura pour effet d'augmenter le niveau du signal à écrêter, et rendra donc l'écrêtage plus violent. Pour cela, diminuer la valeur de R041 (cf schéma). Dans un premier temps j'ai pris une valeur réduite de moitié (470K), ce qui est préconisé sur les forums.
Le résultat testé sur un réglage disto "à fond" : la disto est plus "pleine", avec un effet de compression clairement audible. Ce résultat est certainement dû pour beaucoup à l'augmentation de gain, et je ne suis pas persuadé que le changement de diode ait ici un grand effet...
Deuxième étape : modifier la réponse en fréquence
Pour cette étape, les modifications sont tirées de forums (lien), et consistent à supprimer les condensateurs C035 et C025 (voir schéma plus haut). Ces modifs modifient la réponse en fréquence pré et post disto en transformant - si je ne m'abuse - les filtres passe-bande en filtres passe-haut. En effet on trouve dans l'étage pré-disto un filtre passe-bande renforçant les médiums, et après la disto un autre filtre passe bande renforçant les aigus.
Je n'ai pas augmenté la valeur de C034, comme indiqué sur les mêmes forums, mais c'est sans doute un truc à tester. Ce condensateur détermine la fréquence du filtre pré-disto ; augmenter sa valeur va augmenter la fréquence du passe-haut.
Le résultat est très sensible, avec une meilleure (à mon avis) balance entre médiums et aigus. Le coté nasillard des aigus est sinon supprimé, du moins fortement réduit. De plus, comme on a augmenté le gain pré-disto sur une plus large gamme de fréquence, la disto s'en trouve encore renforcée.
Conclusion
De manière générale, la modification des pédales de disto est ludique et instructive. Le son peut être modifié de manière assez radicale en changeant peu de composants. Les possibilités sont assez vastes. On pourrait par exemple envisager d'implanter plusieurs configurations de diodes (diodes différentes, configurations symétriques et dissymétriques, etc.), et d'ajouter un interrupteur ou un sélecteur à plusieurs positions pour les activer.
La modification de la Metal Zone m'a permis d'obtenir un son plus proche de ce que je recherche, sans que le son de la pédale n'en soit pour autant dénaturé : ça reste une disto métal ! En particulier la modif de l'étage pré-disto a permis d'uniformiser le niveau des aigus. Le sur-renforcement des mediums pré-disto est également moins sensible. Les modifs méritent sans doute d'être encore approfondies du coté de la fréquence du filtre pré-disto. De même, le changement de diodes n'a pas été très concluant et mérite lui aussi de plus amples expérimentations. A suivre donc.
Un oscillateur avec trois composants
Certains circuits intégrés extrêmement courants peuvent receller des capacités insoupçonnées...
C'est le cas par exemple du CD40106. Ce composant permet de créer pas moins de six oscillateurs avec seulement quelques composants additionels, grâce aux six fonctions de porte inverseuse à bascule de Schmitt dont il est équippé.
Une porte inverseuse de Schmitt, me demanderez-vous, mais qu'est-ce donc ?
Tout d'abord, sa schématisation et sa table de vérité :
Le rôle d'une porte inverseuse est d'inverser l'état logique présent à son entrée. En électronique, l'état logique est représenté par une tension "haute" (par exemple, tension d'alimentation) ou "basse" (à la masse). Dans le cas d'une porte "normale" ("non Schmitt") la bascule se produit à une certaine tension, située entre ces tensions haute et basse.
On voit déjà se profiler l'oscillation : si l'on réinjecte la sortie à l'entrée, la porte inverseuse va continuellement changer d'état, constituant un oscillateur de fréquence infinie. Infinie en théorie, et très grande en pratique, en raison du temps (petit mais non nul) nécessaire à la commutation. Pour définir une fréquence d'oscillation (dans le domaine audible si possible..) il faudrait pouvoir contrôler le temps pris par la commutation.
Qui dit "temps" en électronique dit "condensateur", ou plus précisément couple "résistance-condensateur" (ou RC). Pour faire simple, le condensateur est un composant passif qui a la capacité d'emmagasiner une charge électrique (charge) et de la restituer (décharge), en fonction de la tension appliquée à ses bornes. Associé à une résistance en série, qui va permettre de contrôler le courant de charge/décharge, on peut contrôler le temps de charge/décharge du condensateur (sans résistance, la charge ou décharge est instantanée). Le temps nécessaire à la charge (ou décharge) est proportionel à R x C (valeur de la résistance multipliée par la valeur (capacité) du condensateur).
Au cours de la charge/décharge du condensateur, la tension à ses bornes varie de 0V lorsque le condensateur est totalement déchargé (le condensateur se comporte comme un court-circuit) à Vcc lorsque qu'il est totalement chargé (le condensateur se comporte alors comme un interrupteur ouvert).
Pour plus de détail sur le fonctionnement du condensateur, voir ici.
Revenons à notre porte inverseuse de Schmitt. Comment mettre à profit le montage RC pour réaliser un oscillateur de fréquence contrôllable ? Réponse : en réinjectant sur l'entrée la tension de sortie modulée par un montage RC.
L'interêt de la bascule de Schmitt est de créer une plage de variation de tension entre les bascules, sur laquelle l'oscillateur va être construit.
Description du cycle :
Remarque : ce fonctionnement n'est possible qu'avec la bascule de Schmitt, qui présente des tensions de bascules différentes . Pour une porte inverseuse "classique" la commutation se fera toujours à la même tension Ubascule_haute = Ubascule_basse = Ubascule, ce qui ne permet pas au condensateur de se décharger ou se charger ; on se retrouve ici encore avec un oscillateur de fréquence "infinie".
Et voilà ! Un oscillateur, un. La tension récuppérée sur la borne de sortie de la porte (Ub) est un signal carré dont la fréquence est déterminée par les valeurs de R et de C :
f = k / (R C)
avec k = constante de l'ordre de 1, dépendant des caractéristiques du composant
Mais alors, ça sonne comment ? Ô bonheur, ô nostalgie ! Le fameux bip des premiers ordinateurs et consoles de jeux des années 80...
Un exemple de montage utilisant ce type de composant comme oscillateur est le Weird Sound Generator (WSG). Le WSG est construit autour d'un CD40106 qui contient 6 portes inverseuses à bascule de Schmitt, et permet donc de construire 6 oscillateurs.
Ce type d'oscillateur est extrêment intéressant pour le bricoleur sonore : il est très facile à réaliser, ne compte que quelques composants (un circuit intégré, 1 résistance et 1 condensateur), et au final ne coûte quasiment rien (le CD40106 qui permet de construire 6 oscillateurs coûte environ 1€). Il est évolutif (par exemple remplacer la résistance par un potentiomètre permet de régler la fréquence), et en en combinant plusieurs, il permet de construire des machines au rendu sonore relativement complexe (cf le WSG).
Par contre le contrôle de la fréquence peut être problématique. En particulier ce type de montage n'a pas la réputation d'une stabilité en fréquence extraordinaire. Ce montage ne conviendra donc sans doute pas à ceux qui veulent construire un véritable synthé, et qui recherchent (à raison) la justesse.
Plus sur la porte inverseuse à bascule de Schmitt sur Wikipedia.
C'est le cas par exemple du CD40106. Ce composant permet de créer pas moins de six oscillateurs avec seulement quelques composants additionels, grâce aux six fonctions de porte inverseuse à bascule de Schmitt dont il est équippé.
Une porte inverseuse de Schmitt, me demanderez-vous, mais qu'est-ce donc ?
Tout d'abord, sa schématisation et sa table de vérité :
Le rôle d'une porte inverseuse est d'inverser l'état logique présent à son entrée. En électronique, l'état logique est représenté par une tension "haute" (par exemple, tension d'alimentation) ou "basse" (à la masse). Dans le cas d'une porte "normale" ("non Schmitt") la bascule se produit à une certaine tension, située entre ces tensions haute et basse.
On voit déjà se profiler l'oscillation : si l'on réinjecte la sortie à l'entrée, la porte inverseuse va continuellement changer d'état, constituant un oscillateur de fréquence infinie. Infinie en théorie, et très grande en pratique, en raison du temps (petit mais non nul) nécessaire à la commutation. Pour définir une fréquence d'oscillation (dans le domaine audible si possible..) il faudrait pouvoir contrôler le temps pris par la commutation.
Qui dit "temps" en électronique dit "condensateur", ou plus précisément couple "résistance-condensateur" (ou RC). Pour faire simple, le condensateur est un composant passif qui a la capacité d'emmagasiner une charge électrique (charge) et de la restituer (décharge), en fonction de la tension appliquée à ses bornes. Associé à une résistance en série, qui va permettre de contrôler le courant de charge/décharge, on peut contrôler le temps de charge/décharge du condensateur (sans résistance, la charge ou décharge est instantanée). Le temps nécessaire à la charge (ou décharge) est proportionel à R x C (valeur de la résistance multipliée par la valeur (capacité) du condensateur).
Au cours de la charge/décharge du condensateur, la tension à ses bornes varie de 0V lorsque le condensateur est totalement déchargé (le condensateur se comporte comme un court-circuit) à Vcc lorsque qu'il est totalement chargé (le condensateur se comporte alors comme un interrupteur ouvert).
Pour plus de détail sur le fonctionnement du condensateur, voir ici.
Revenons à notre porte inverseuse de Schmitt. Comment mettre à profit le montage RC pour réaliser un oscillateur de fréquence contrôllable ? Réponse : en réinjectant sur l'entrée la tension de sortie modulée par un montage RC.
L'interêt de la bascule de Schmitt est de créer une plage de variation de tension entre les bascules, sur laquelle l'oscillateur va être construit.
Description du cycle :
- instant initial : C déchargé, Uc = 0V ; donc Ua = 0V (0 logique) et Ub = 9V (1 logique)
- le condensateur se charge à travers R => la tension Uc augmente progressivement
- Uc devient égale à Ubascule_haute => Ua = Ubascule_haute (1 logique) et Ub = 0V (0 logique)
- le condensateur se décharge à travers R => la tension Uc diminue progressivement
- Uc devient égale à Ubascule_basse => Ua = Ubascule_basse (0 logique) et Ub = 9V (1 logique)
- goto 2
Remarque : ce fonctionnement n'est possible qu'avec la bascule de Schmitt, qui présente des tensions de bascules différentes . Pour une porte inverseuse "classique" la commutation se fera toujours à la même tension Ubascule_haute = Ubascule_basse = Ubascule, ce qui ne permet pas au condensateur de se décharger ou se charger ; on se retrouve ici encore avec un oscillateur de fréquence "infinie".
Et voilà ! Un oscillateur, un. La tension récuppérée sur la borne de sortie de la porte (Ub) est un signal carré dont la fréquence est déterminée par les valeurs de R et de C :
f = k / (R C)
avec k = constante de l'ordre de 1, dépendant des caractéristiques du composant
Mais alors, ça sonne comment ? Ô bonheur, ô nostalgie ! Le fameux bip des premiers ordinateurs et consoles de jeux des années 80...
Un exemple de montage utilisant ce type de composant comme oscillateur est le Weird Sound Generator (WSG). Le WSG est construit autour d'un CD40106 qui contient 6 portes inverseuses à bascule de Schmitt, et permet donc de construire 6 oscillateurs.
Ce type d'oscillateur est extrêment intéressant pour le bricoleur sonore : il est très facile à réaliser, ne compte que quelques composants (un circuit intégré, 1 résistance et 1 condensateur), et au final ne coûte quasiment rien (le CD40106 qui permet de construire 6 oscillateurs coûte environ 1€). Il est évolutif (par exemple remplacer la résistance par un potentiomètre permet de régler la fréquence), et en en combinant plusieurs, il permet de construire des machines au rendu sonore relativement complexe (cf le WSG).
Par contre le contrôle de la fréquence peut être problématique. En particulier ce type de montage n'a pas la réputation d'une stabilité en fréquence extraordinaire. Ce montage ne conviendra donc sans doute pas à ceux qui veulent construire un véritable synthé, et qui recherchent (à raison) la justesse.
Plus sur la porte inverseuse à bascule de Schmitt sur Wikipedia.
Ecouter l'inaudible
Suite au changement des micros sur ma guitare, j'ai sur une étagère depuis quelques mois un micro simple bobinage dont je ne savais que faire. Je lui ai récemment trouvé une nouvelle utilité.
Un micro de guitare (électrique) est constitué d'aimants et d'une bobine. Les cordes baignent dans le champ électromagnétique généré par les aimants ; la vibration des cordes modifie la distribution spatiale du champ électromagnétique, ce qui crée un courant induit dans la bobine (loi de Faraday), de fréquence la fréquence de vibration de la corde.
Voilà pour la théorie sur les micros de guitare. Ce qu'il faut retenir, c'est qu'ils peuvent capter les variations de champs électromagnétiques (par la bobine), et également, grâce à leur "champ magnétique embarqué", capter les vibrations d'éléments métalliques (cordes, lamelles, etc.) situés à proximité immédiate.
Première application : sonorisation d'une serinette.
Placer la serinette à proximité du micro. Je l'avoue cette idée n'est pas de moi, mais d'un pote qui a enregistré une serinette en la posant sur un micro de sa basse.
Deuxième application : écouter l'inaudible.
Cette application est selon moi la plus intéressante, car les sons obtenus sont des plus inattedus. Il s'agit de capter les champs électromagnétiques qui nous entourrent. Les objets générant des champs électromagnétiques sont nombreux : tous les appareils branchés sur secteur (le fameux souffle à 50Hz), les écrans, les radio-réveils, les pc.. Balader le micro au dessus d'un pc portable est particulièrement intéressant : on peut capter le disque dur, le lecteur cd, mais aussi les circuits internes.
Cet exemple est enregistré au dessus d'un ordinateur portable :
Cet autre exemple est généré en utilisant un clavier sans fil :
Attention : le micro simple bobinage est celui qu'il faut utiliser. Les micros à double bobinage ont comme intérêt (ou inconvénient dans notre cas) de réduire le bruit magnétique que l'on veut justement capter !