Electronique - Realisations - Orgue 007 Gen V2

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Dernière mise à jour : 28/01/2024

Présentation

Ce générateur de notes permet de produire les 12 notes de base requises pour la construction ou la rénovation (mise à niveau ou dépannage) d'un orgue électronique ou synthétiseur de musique. Il peut par exemple remplacer un AY-1-0212 ou un MO87.

Un réglage permet de définir l'octave (octave #1 à octave #8) des 12 notes de base. Les signaux délivrés sont carrés pour faciliter les divisions ultérieures par deux (octaves inférieures), ils seront bien sûr filtrés ou mis en forme d'une manière ou d'une autre par la suite (enveloppe ADSR ou filtre quelconque) pour bénéficier de sonorités plus agréables (que celle du carré)... ou moins agréables, tout dépend des goûts.

Schéma

Aux générateurs de notes à proprement parler s'ajoutent un oscillateur de base 16 MHz et un bloc de régulation d'alimentation, ces deux derniers ne sont pas représentés sur le schéma qui suit.

A la suite de ces générateurs de base, on peut ajouter des compteurs binaires pour obtenir les fréquences des octaves inférieures, par exemple des CD4024 ou des CD4040 dans la famille CMOS.

Pourquoi autant de PIC ?

Bonne question ! Pourquoi s'embêter avec 12 petits PIC au lieu d'en sélectionner un seul "plus gros" ? Pour commencer, cela ne m'embête pas. Ensuite, c'est une simple question de savoir-faire. Je n'ai pas encore réussi à faire délivrer de manière simultanée à un même microcontrôleur douze notes de fréquence à la fois élevée (octave 7 ou 8) et très précises. Je suis quasi certain que c'est faisable avec un monstre à 200 broches qui mouline à 600 MHz, mais je n'en suis pas encore là ;)

Réglage octave

La fréquence de base des notes de base dépend de la tension appliquée sur la broche RA4/AN3 des PIC, selon le tableau suivant. La précision en fréquence "moyenne" est de 0,001 Hz, avec un jitter (variation de phase) un peu plus élevé pour les fréquences les plus hautes (mais rien de rédhibitoire, la fréquence "moyenne" reste très stable et les très faibles variations engendrées sont inaudibles).

Tension	Octave	Do	Do#	Ré	Ré#	Mi	Fa	Fa#	Sol	Sol#	La	La#	Si
-	9	16704	17739	18795	19912	-	-	-	-	-	-	-	-
0,6V-0,9V	8	8372.0	8869.8	9397.3	9956.1	10548	11175	11840	12544	13290	14080	14917	15804
1,1V-1,4V	7	4186.0	4434.9	4698.6	4978.0	5274.0	5587.7	5919.9	6271.9	6644.9	7040.0	7458.6	7902.1
1,6V-1,9V	6	2093.0	2217.5	2349.3	2489.0	2637.0	2793.8	2960.0	3136.0	3322.4	3520.0	3729.3	3951.1
2,1V-2,4V	5	1046.5	1108.7	1174.7	1244.5	1318.5	1396.9	1480.0	1568.0	1661.2	1760.0	1864.7	1975.5
2,6V-2,9V	4	523.25	554.37	587.33	622.25	659.26	698.46	739.99	783.99	830.61	880.00	932.33	987.77
3,1V-3,4V	3	261.63	277.18	293.66	311.13	329.63	349.22	369.99	392.00	415.30	440.00	466.16	493.88
3,6V-3,9V	2	130.81	138.59	146.83	155.56	164.81	174.61	185.00	196.00	207.65	220.00	233.08	246.94
4,1V-4,4V	1	65.406	69.296	73.416	77.782	82.407	87.307	92.499	97.999	103.83	110.00	116.54	123.47

Tension à régler à 0,75V ou 1,25V ou 1,75V ou 2,25V ou 2,75V ou 3,25V ou 3,75V ou 4,25V selon octave désirée

Formule pour relation entre note et fréquence :

Freq = 16.3516 * 2 ^ ((Oct + 1) + ((NoteRank - 1) / 12))

Remarque : les douze notes vont de Do à Si, mais il est possible de commencer ou finir avec n'importe quelle autre note, puisque les douze générateurs peuvent être programmés individuellement. Il est même possible de ne pas respecter l'écart tempéré de "racine douzième de 2" entre chaque note...

Sélection octave

Trois versions de logiciel ont été écrites :

version A : lecture périodique de la tension de sélection d'octave (au démarrage et en cours de fonctionnement)
version B : lecture de la tension de sélection d'octave uniquement au démarrage
version C : pas de lecture de la tension de sélection d'octave (toute modification de fréquence nécessite une reprogrammation du PIC)

Remarque : le potentiomètre ajustable utilisé pour la sélection d'octave (versions A ou B) peut être remplacé par un pont diviseur fixe.

Logiciel du PIC

Pro - Les douze fichiers compilés correspondant aux douze notes Do8 au Si8 ne sont pas disponibles en libre service. Seuls ceux des notes La3 fixe (440 Hz), La7 fixe (7040 Hz), Ré9 fixe (18795 Hz) et La8 variable (huit octaves, du La8 à 14080 Hz au La1 à 110 Hz) le sont, pour vous permettre de constater la précision et la stabilité des fréquences délivrées.
Orgue 007 - Générateur 2 - 28/01/2024

Prototype

Réalisé selon implantation des composants visible plus loin.

C'est toujours un plaisir de souder manuellement des CMS...

Circuit 100% fonctionnel, avec base de temps générale de 16 MHz. Les PIC 12F1572 ont été programmés pour délivrer les 12 notes de l'octave 8, le potentiomètre RV1 permettant au besoin de descendre aux octaves inférieures, sans qu'une reprogrammation logicielle des PIC soit nécessaire. La copie d'écran oscilloscope qui suit montre une capture du signal de sortie de la note "La" réglée à l'octave 3 (440 Hz).

Remarque : lors de la première mise sous tension, la fréquence délivrée par les générateurs était quatre fois supérieure à celle attendue, car j'avais malencontreusement activé la PLLx4 de l'oscillateur des PIC et l'ensemble tournait à 64 MHz au lieu de 16 MHz. Autant dire que si mon oscilloscope montrait quelque chose sur l'écran, mon oreille en revanche n'entendait pas grand chose en position octave #8, puisque les signaux délivrés correspondaient en fait à l'octave #10 (peut-être le chien de mes voisins les entendait-il)... Ce point a bien sûr été corrigé.

Circuit imprimé (PCB)

Réalisé en double face.

Historique

28/01/2024
- Ajout photos prototype.
- Ajout du fichier compilé La8 variable (réglable sur 8 octaves, du La8 à 14080 Hz au La1 à 110 Hz) dans l'archive mise à disposition libre.
- Correction erreur des fichiers compilés (leur fréquence était quatre fois supérieure à celle attendue, soit deux octaves au-dessus).
- Ecriture des logiciels versions B et C en complément de la version A d'origine.

14/01/2024
- Première mise à disposition.