Dernière mise à jour :
05/04/2020
Présentation
Le présent article
décrit les relations qui peuvent exister entre notes de musique
et électronique. Il décrit les relations
mathématiques simples qui sont à la base de la
génération des notes de musique au moyen d'un appareil
électronique, et fournit quelques exemples théoriques de
mise en oeuvre pour produire à un instant donné, une note
unique (jeu monodique) ou des notes multiples (jeu polyphonique).
Des sonorités différentes
Une note n'est pas perçue de la même façon selon
l'instrument qui la produit, vous avez déjà dû vous
en rendre compte. En plus de l'aspect lié à la hauteur
même de la note, on peut dire que sa perception par nos oreilles
et notre cerveau est liée à plusieurs paramètres
distincts. Si tel n'était pas le cas, plusieurs instruments
différents qui produiraient une note de même hauteur
provoqueraient auditivement les mêmes sensations. Les divers
paramètres en question ne seront pas abordés ici de
façon détaillée car ils peuvent faire l'objet d'un article à part,
mais on peut tout de même les lister rapidement :
- Fréquence
- Contenu harmonique
-
Enveloppe d'amplitude
-
Enveloppe de fréquence
Fréquence
Le son est le fruit d'une variation
d'amplitude qui se répète dans le temps, de façon ponctuelle ou
permanente. Il peut s'agir d'une variation de pression
acoustique autour du point de repos que constitue la pression
atmosphérique, ou d'une variation de signal électrique dans un
conducteur ou composant électronique (électroacoustique). Le rythme des
variations représente (correspond à) la fréquence, c'est le nombre de
variations qu'on peut compter dans une période d'une seconde. Si par
exemple on mesure 100 variations par seconde, cela signifie que la
fréquence est 100 Hz (la période de ce signal est la valeur inverse de
la fréquence, soit 1/100 qui équivaut à 0,01 seconde). Plus le nombre
de variations par seconde est faible et plus sa fréquence est faible et
plus le son est grave, alors qu'une fréquence élevée ou très élevée
correspond à un son médium ou aigu (la notion de fréquence faible ou
élevée s'applique ici au domaine audio, qui s'étend de 20 Hz à
20 kHz). Chaque note de musique possède une fréquence
fondamentale
qui lui est propre, certains instruments jouent plutôt dans les graves
(basse ou contrebasse par exemple), d'autres se situent plutôt dans le
milieu et haut du spectre (piccolo, par exemple). Dans la vraie vie, un
instrument ne délivre jamais un son pur uniquement constitué d'une
fréquence fondamentale. A cette fréquence "de base" (fondamentale)
s'ajoute une ou plusieurs
harmoniques.
Une harmonique est simplement une fréquence multiple de la fréquence
fondamentale. Par exemple, une note de musique peut être constituée
d'une fréquence fondamentale de 220 Hz (La2) et de deux harmoniques à
440 Hz (harmonique paire de rang H2) et 660 Hz (harmonique
impaire H3). Ce sont les harmoniques (paires ou impaires) qui
donnent le timbre et permettre de distinguer des instruments différent
qui jouent la même note (à la même fréquence fondamentale).
Contenu harmonique
Selon
le nombre et l'amplitude des signaux harmoniques ajoutés à la fréquence fondamentale, une quantité impressionnante de
sonorités différentes peut être obtenue. Par
exemple, une flute contient un signal de fréquence fondamentale
d'amplitude élevé et un contenu harmonique assez faible (le son de
la flute est réputé pour être assez "pûr").
En comparaison, le son d'un clavecin, d'un violon ou d'une cymbale est très
riche en harmoniques, ce qui rend le timbre de ces instruments
très reconnaissable.
Remarques - Certains
instruments produisent des harmoniques dont la fréquence va au-delà du
domaine audible (limite supérieure de 20 kHz). Ces
harmoniques inaudibles peuvent pourtant provoquer des distorsions
gênantes dans le son audible, quand on les numérise avec un appareil
dont les paramètres et caractéristiques techniques ne sont pas adaptés
(repliement de spectre, entre autres).
- Retirer par filtrage la
fréquence fondamentale et ne conserver que les fréquences harmoniques
n'empêche pas le cerveau de repérer la hauteur de la note. Il en va de
même si on conserve la fréquence fondamentale et qu'on filtre
entièrement ou partiellement les harmoniques. Pensez au téléphone qui
ne laisse passer qu'une bande de fréquences globalement limitée à
la plage 300 Hz à 4 kHz...
Enveloppe d'amplitude
L'amplitude (le volume sonore) d'une note jouée avec une flute
à bec reste à peu près constante dans le temps,
cet instrument ne permet pas facilement de modifier ce paramètre
dans de grandes proportions. Si on souffle trop faiblement ou trop
fortement, le son produit n'est pas conforme à ce qu'on attend.
En comparaison, l'amplitude d'une note jouée avec un piano
évolue fortement dans le temps : volume fort au moment où
on frappe la touche, et décroissance progressive du son dans les
secondes qui suivent (si on laisse la touche enfoncée pour ne
pas bloquer la vibration de la corde qui a été
frappée par le marteau). De même, on peut frapper
doucement ou fort sur une touche, le son obtenu n'est pas de même
force. On conçoit aisement, même sans être expert
dans la matière, que produire de façon synthétique
une note de piano ne demandera pas les mêmes moyens techniques
que ceux requis pour produire de façon synthétique une
note de flute à bec.
ADSR (
Attack Decay Sustain Release, attaque descente maintien relâchement/extinction)
- La courbe ADSR spécifie la manière dont l'amplitude d'un son évolue
dans le temps. Chaque élement de cette courbe représente une durée.
Enveloppe de fréquence
Ce paramètre est sans doute un peu moins facile à mettre
en évidence, mais si vous vous appliquez à écouter
la façon dont évoluent certaines notes de musique dans le
temps, vous devriez comprendre assez vite de quoi il s'agit. Surtout si
ces notes sont jouées de façon "collégiales", une
par une, pour ne pas laisser à notre cerveau le loisir de se
laisser distraire par d'autres parties sonores. Faites donc
l'expérience suivante: sur une guitare, pincez doucement une
corde et écoutez bien le son produit, pendant tout le temps
où il dure. Puis une fois la note terminée, pincez la
même corde mais beaucoup plus fort. Le son produit sera bien
sûr plus fort, mais là ne s'arrête pas la
différence : avez-vous remarqué que le timbre est différent ? La
note ne sonne pas de la même façon, car si la note fondamentale ne
change pas, le contenu
harmonique lui n'est pas le même. Faites de même avec une
touche de piano frappée doucement puis fortement : vous
entendrez là encore des écarts de tonalité
surprenants. En conclusion : le simple fait de jouer sur le volume
sonore (simple réglage d'amplitude de la totalité du son) d'un
instrument de musique (électronique ou non) n'est pas
toujours suffisant pour reproduire un son faible ou fort fidèle
à l'original. Une enveloppe de fréquence peut être naturelle (créée de
facto par un instrument acoustique) ou synthétisée avec un ou plusieurs
filtres électroniques synchronisés sur le début de la note (pour un
effet parfaitement reproductible).
Conclusion rapide
Reproduire le timbre d'un instrument de musique existant
nécessite la connaissance des phénomènes physiques
de base et la façon dont les paramètres de la note
évoluent entre son début (attaque) et sa fin
(relâchement/extinction). Un instrument de musique électronique doté
d'un premier générateur d'enveloppe qui permet de
modifier l'amplitude dans le temps et doté d'un second
générateur d'enveloppe qui permet grâce à un ou plusieurs filtres de modifier le contenu
fréquentiel (contenu harmonique) dans le temps, autorise la production
d'une très riche palette de sons différents. Il va
cependant de soi que l'ajout de fonctionnalités de ce type
augmente la complexité de réalisation de l'instrument.
Dans ce qui suit, seule la notion de hauteur de la note sera
abordé.
Relation entre note et fréquence
Si on arrive à entendre une note de musique, c'est que ses
propriétés (acoustiques / électriques) sont
contenues dans des limites que notre oreille est capable de traiter. La
première de ces caractéristiques concerne la
fréquence. Le terme "fréquence" peut paraître
barbare à certains mais il s'agit d'un terme qu'on ne peut pas
ignorer si on s'interresse à la production sonore ou à
l'enregistrement sonore. Fort heureusement, il est facile de
comprendre à quoi il correspond, dès l'instant où
l'on sait (et que l'on comprend) qu'une vibration sonore est
définie par une succession de pressions et de dépressions
de l'air qui parvient à nos tympans. Imaginez que quelqu'un
place sa bouche près de votre oreille, qu'il souffle (doucement)
pendant une demi-seconde, puis qu'il aspire (tout aussi doucement)
pendant une demi-seconde. En répétant ce geste de
façon continue, il produit une suite de pressions et depressions
de l'air sur le tympan, à une fréquence de 1 Hz (qui
correspond à un cycle complet pression + depression). A cette
vitesse, aucune perception sonore n'est possible par le cerveau, il
faut augmenter la fréquence pour que l'on puisse commencer
à entendre quelque chose. Si le "soufleur / aspirateur"
était assez rapide et qu'il pouvait souffler et aspirer à
raison de 220 cycles par seconde (220 hertz), vous entendriez une note
assez grâve, correspondant à un La2. A une
fréquence de 225 Hz, vous entendriez un La2
légèrement désaccordé vers le haut (plus
aigu que le La2 "normal"). En réalité, cela est aussi
simple que cela : à chaque note de musique correspond une
oscillation à une fréquence bien déterminée
(oscillation électrique si on regarde dans le domaine
électronique, oscillation acoustique si on se place dans
l'air). La "forme" même de l'oscillation importe peu : que le
"soufleur / aspirateur" passe brutalement du soufflage à
l'aspiration (forme plutôt "carrée") ou qu'il
procède de façon progressive (forme plutôt
"sinusoïdale" ou "triangulaire") ne modifie en rien la
fréquence, cela ne joue que sur le timbre et en particulier sur
le contenu harmonique. La note est la même mais n'est pas
perçue de la même façon, c'est ce qui se passe
quand on écoute des notes de même hauteur jouées
par un piano, une flute et un violon. La fréquence d'oscillation
est un paramètre qui donne à une note son
caractère personnel puisque d'elle dépend directement sa
hauteur, mais d'autres paramètres importants entrent en ligne de
compte dans la perception auditive. C'est ce qui a été
entrevu dans le paragraphe précédent.
Relation mathématique entre deux notes de musiques adjacentes
D'un point de vue purement mathématique, la répartition
des notes de musique de nos contrées répond à une
certaine régularité : il existe un écart identique
entre chaque note de musique, égal à "racine
douzième de deux".
Ecart entre deux notes = 12 / [racine de 2] = 1,0595
Cela signifie que l'on a le même
écart quand on passe de Do3 à Do3#, ou quand on passe
de Fa4 à Sol4. Cette régularité n'est pas vrai
pour toutes les musiques : c'est la raison pour laquelle par exemple,
certaines musiques orientales paraissent sonner "faux" à
certains moment, certaines notes de la gamme ne coincidant pas avec
celles que nous avons l'habitude d'entendre (avez-vous
déjà écouté le son d'un fifre dans une
fanfare ?). Sachant que l'écart entre deux notes adjacentes est
fixe, on peut en déduire que l'on peut obtenir toutes les notes
d'une octave donnéeà partir d'une seule et unique note.
D'un point de vue pratique, un instrument de musique
électronique dont les notes sont produites de façon
individuelle (12 oscillateurs pour une octave complète) est bien
plus "instable" et casse-pied à régler, qu'un instrument
de musique électronique dont toutes les notes sont produites
à partir d'un unique oscillateur. Ce point pratique sera
traité dans les lignes qui suivent.
Relation mathématique entre deux notes de musiques espacées de 1
octave
D'un point de vue toujours purement mathématique, l'écart
qui existe entre deux notes de même nom sur un intervale de un
octave, est plutôt simple, puisqu'il correspond au rapport 2.
Ecart entre deux octaves (même note, par exemple La3 et La4) = 2
La
note La3 possède une fréquence d'oscillation
fondamentale qui est exactement le double de celle du La2, tout en
ayant à la fois une fréquence d'oscillation fondamentale
qui est exactement la moitié de celle du La4.
- La2 = 220 Hz (fréquence moitié du La3)
- La3 = 440 Hz
- La4 = 880 Hz (fréquence double du La3).
Cet état de fait simplifie considerablement les choses en électronique,
puisqu'un diviseur de fréquence par deux est très simple
à réaliser. En réalité, un seul circuit
intégré logique de type compteur binaire à huit
sorties permet d'obtenir toutes les notes identiques (tous les Sol par
exemple) de l'octave N° 8 à l'octave N°1 : il suffit de
produire la note Sol 8 avec un signal à la fréquence
adéquate, que l'on divise ensuite successivement par deux pour
obtenir les notes Sol des octaves inférieures. Ainsi, l'ajout
d'un compteur binaire à 8 sorties sur chacune des 12 notes de
base permet de couvrir la totalité de huit octaves.
Répétons que l'on parle ici de la fréquence "de
base" des notes : des oscillateurs suivis de diviseurs de
fréquence ne permettent d'obtenir que des signaux carrés
d'amplitude constante, et il faut ajouter à celà une
certaines quantité de composants électroniques si on
souhaite générer des formes d'ondes plus variées
(un signal rectangulaire n'est pas désagréable à
entendre mais on s'en lasse vite).
Tableau récapitulatif de la relation entre note et fréquence
Chaque
note de musique "vibre" à une fréquence bien particulière, le tableau
qui suit montre la relation qui existe entre la valeur d'une note et sa
fréquence (les valeurs hautes ont été arrondies au hertz). Toutes les
valeurs sont exprimées en Hertz, et les notes dont la fréquence est
inférieure à 20 Hz ou supérieure à 20 KHz sont volontairement ignorées
puisque inaudibles par la majorité des auditeurs.
Note |
Ecart
|
Oct -1
|
Oct 0 |
Oct 1 |
Oct 2 |
Oct 3 |
Oct 4 |
Oct 5 |
Oct 6 |
Oct 7 |
Oct 8 |
Oct
9 |
Do
|
1 (réf.)
|
-
|
32.703 |
65.406 |
130.81 |
261.63 |
523.25 |
1046.5 |
2093.0 |
4186.0 |
8372.0 |
16704 |
Do#
|
|
-
|
34.648
|
69.296 |
138.59 |
277.18 |
554.37 |
1108.7
|
2217.5
|
4434.9
|
8869.8
|
17739
|
Ré
|
1 + 1/8 |
-
|
36.708
|
73.416 |
146.83 |
293.66 |
587.33 |
1174.7
|
2349.3
|
4698.6
|
9397.3
|
18795
|
Ré# |
|
-
|
38.891
|
77.782 |
155.56 |
311.13 |
622.25 |
1244.5
|
2489.0
|
4978.0
|
9956.1
|
19912
|
Mi
|
1 + 2/8 |
20.602
|
41.204
|
82.407 |
164.81 |
329.63 |
659.26 |
1318.5
|
2637.0
|
5274.0
|
10548
|
-
|
Fa
|
1 + 1/3 |
21.827
|
43.654
|
87.307 |
174.61 |
349.22 |
698.46 |
1396.9
|
2793.8
|
5587.7
|
11175
|
-
|
Fa# |
|
23.125
|
46.249
|
92.499 |
185.00 |
369.99 |
739.99 |
1480.0
|
2960.0
|
5919.9
|
11840
|
-
|
Sol
|
1 + 4/8 |
24.500
|
48.999
|
97.999 |
196.00 |
392.00 |
783.99 |
1568.0
|
3136.0
|
6271.9
|
12544
|
-
|
Sol# |
|
25.957
|
51.913
|
103.83 |
207.65 |
415.30 |
830.61 |
1661.2
|
3322.4
|
6644.9
|
13290
|
-
|
La
|
1 + 2/3 |
27.500
|
55.000 |
110.00 |
220.00 |
440.00 |
880.00 |
1760.0 |
3520.0 |
7040.0 |
14080 |
-
|
La# |
|
29.135
|
58.270
|
116.54 |
233.08 |
466.16 |
932.33 |
1864.7
|
3729.3
|
7458.6
|
14917
|
-
|
Si
|
1 + 7/8 |
30.868
|
61.735
|
123.47 |
246.94 |
493.88 |
987.77 |
1975.5
|
3951.1
|
7902.1
|
15804
|
-
|
Formule pour relation entre note et
fréquence
Freq = 16.3516 * 2 ^ ((Oct + 1) + ((NoteRank - 1) / 12))
Freq
étant la fréquence exprimée en Hertz, Oct
étant l'octave (de 1 à 9) et NoteRank étant le
rang de la
note
- NoteRank = 1 pour Do
- NoteRank = 2 pour Do#
- ...
- NoteRank = 11 pour La#
- NoteRank = 12 pour Si
Exemple pour la note La3 :
Freq = 16.3516 * 2 ^ ((3 + 1) + ((10 - 1) / 12))
Freq = 16.3516 * 2 ^ (4 + (9 / 12))
Freq = 16.3516 * 2 ^ (4,75)
Freq = 440,000 Hz
Comment obtenir les 12 notes à partir d'une seule fréquence ?
Chacune
des 12 notes d'une octave peut être obtenue en divisant un même signal
de fréquence fixe par différents taux de division qui sont les suivants
:
Note | Taux de division |
Si | 239 |
La# | 253 |
La | 268 |
Sol# | 284 |
Sol | 301 |
Fa# | 319 |
Fa | 338 |
Mi | 358 |
Ré# | 379 |
Ré | 402 |
Do# | 426 |
Do | 451 |
Ainsi, pour produire un LA4 de 880 Hz, il faut un oscillateur délivrant un signal de fréquence
235,84 kHz (880 Hz * 268).
Comment produire une note de musique ?
Produire une note de musique avec des moyens électroniques est
vraiment très simple, vous pouvez me faire confiance. Produire
plusieurs notes qui soient bien stables dans le temps est un peu moins
simple mais loin d'être insurmontable. La première
décision à prendre, quand on veut réaliser un
instrument de musique électronique avec des notes
activées par des touches (classiques ou sensitives) concerne le
nombre de notes que l'on veut pouvoir jouer simultanement. Fabriquer un
orgue monodique qui n'autorique qu'une seule note à la fois est
très simple, bien plus simple que de fabriquer un orgue
polyphonique qui autorise la production de plusieurs notes en
même temps. Dans ce qui suit, il ne sera abordé que
l'aspect production des fréquences de base, l'aspect mise en
forme est volontairement ignoré car faisant partie d'un vaste
sujet qui mérite un livre entier à lui tout seul.
Produire une seule note à la fois
L'exemple pratique qui suit met en oeuvre un oscillateur simple, qui
génère un signal de fréquence fixe et voisine de
440 Hz.
Du fait de l'absence de réglage, et du fait que les composants
électroniques qui déterminent la fréquence
d'oscillation possèdent une valeur inconnue au moment de l'achat
(à cause de leur tolérance), il est absolument impossible
de prédire si le son généré correspondra
oui ou non à une note existante. Pour pouvoir "accorder"
l'oscillateur sur une note existante, il convient de rendre variable un
des élements qui ont une influence sur la fréquence
d'oscillation, ici R1 et C1. On pourrait ainsi remplacer le
condensateur C1 par un modèle variable, mais se pose un
problème de taille : les condensateurs ajustables sont plus
faciles à trouver et sont moins volumineux quand il s'agit de
faibles valeurs capacitives (quelques pF ou dizaines de pF). Dans le
cas présent, ce n'est pas une solution que l'on peut retenir. Le
remplacement de la résistance R1 par un potentiomètre
ajustable pose bien moins de problèmes : les résistances
ajustables existent sur de larges plages de valeurs et elles ne
prennent pas trop de place... tout du moins tant qu'on envisage pas la
fabrication d'un instrument fonctionnant sur six octaves ! Le
schéma suivant permet donc de produire une note dont on peut
régler avec précision la hauteur tonale, grâce au potentiomètre RV1.
Si maintenant on remplace RV1 par un ensemble de plusieurs
potentiomètres ajustables dont un seul est mis en service
à la fois (avec un bouton poussoir ou avec une pointe de touche
que l'on promène sur des punaises), et où chaque
potentiomètre est réglé pour obtenir une note
donnée, on obtient un mini-orgue fort simple et qui fonctionne
du premier coup :
Détails de ce circuit à la page Orgue 001
Mais cette simplicité se paie, et un point noir vient salir ce
beau tableau de la simplicité : une stabilité en
fréquence bien trop dépendante de la température
environnante. Tous les composants mis en oeuvre ici contribuent plus ou
moins à la stabilité de la fréquence du signal
généré, et même le potentiomètre
ajustable peut être couplable de fortes dérive (un
modèle Cermet est plus stable mais aussi plus cher). Ce
type de montage se prête bien à l'expérimentation,
mais ne convient plus pour un instrument sérieux qui ne
nécessite pas dix reprises de réglage au cours d'un
même concert. Mais alors, comment obtenir une fréquence
stable ? Je le lis sur vos lèvre, le mot vous brûle dans la
bouche : un oscillateur à quartz, bien sûr ! Très
bien, partons donc sur ce principe. Un oscillateur à quartz, qui
vibre directement à la fréquence de la note
désirée, comme devrait le permettre le schéma suivant.
Hum, le quartz idoine de 440 Hz n'est pas facile à trouver,
n'est-ce pas ?
Qu'à cela ne tienne : on en prend un de valeur
élevée que l'on trouve facilement (par exemple 1 MHz) et
on procède à une division de
fréquence qui permet d'obtenir un signal final qui correspond au
besoin. Pour simplifier le circuit diviseur, on peut remplacer les
compteurs et portes classiques par un composant programmable qui fait
ce qu'on lui demande.
Le matheux aura vite fait de faire remarquer que 1 MHz
divisé par 440 ne donne pas une valeur entière, et qu'il
est donc impossible d'obtenir du 440 Hz pile avec une horloge de base
à 1 MHz. Ceci est juste, et on peut répondre qu'il n'y a
qu'à ajuster un peu la fréquence d'oscillation à
l'aide du condensateur ajustable VC1, afin de "dérégler"
légèrement l'horloge 1 MHz et ainsi de s'approcher au
plus
près du 440 Hz attendu. Méthode qui se tient en
théorie. Mais vous voyez le
tableau si on veut générer les 12 notes d'une octave ?
Beaucoup de composants programmables et de quartz, et beaucoup de
dépenses pour un
résultat somme toute assez limité. Il faut donc trouver
une autre solution. Conserver un seul oscillateur suivi d'un diviseur
de fréquence dont le taux de division dépend de la touche
enfoncée ? Oui, cela est envisageable et pourrait être mis
en oeuvre. Ce serait encore un peu compliqué sans composant
programmable, mais pas impossible. En fait, dès qu'on essaye de
produire des notes de façon stable avec un oscillateur à
quartz et des diviseurs de fréquence, on se rend compte que cela
devient aussi compliqué que de vouloir créer un
instrument pouvant jouer plusieurs notes à la fois. Alors,
quitte à compliquer les choses, autant tirer d'autres profits
que la seule stabilité en fréquence.
Produire plusieurs notes à la fois
Le petit instrument de musique électronique
réalisé avec quelques composants de
récupération et appelé
Orgue 001 est fort sympathique, mais
voilà 20 ans que vous l'avez réalisé et il est
maintenant temps de passer à l'étape supérieure.
Le magasin du coin propose en ce moment une supère affaire : un
orgue électronique 49 touches, avec 1000 sons différents,
des rythmiques et des accompagements intégrés. Le tout
pour 100 euros. Cela vaut-il donc le coup (le coût) de faire
soi-même sa machine ? La réponse est bien sûr non si
on s'en tient au seul aspect financier. Vous n'arriverez
probablement pas à faire autant avec la même
dépense, en supposant même que vous trouviez tous les composants
nécessaires. L'intérêt réside bien entendu dans
l'apprentissage, les essais, les modifications et surtout dans le
côté modulaire du système : vous pouvez très bien pour commencer prévoir un
module de base et y ajouter ensuite des modules annexes pour augmenter
les capacités sonores de l'instrument. Le but de ce paragraphe
n'est donc que de donner un aperçu sur la façon de
partir sur une base utile, qui pourrait fort bien suffire pour de
petits besoins. A la base donc, une seule fréquence : un oscillateur
unique, à
partir duquel on peut produire toutes les autres notes, est une
solution élégante et heureusement facile à mettre
en oeuvre avec les composants actuels. Je dois tout de même
avouer qu'il fut une époque où je regardais tout
ça d'un autre oeil : les schémas disponibles mettant en
oeuvre des composants spécialisés tels les
xxxwwwzzz, ne
pouvaient que faire un peu peur : disponibilité et prix
n'étaient pas forcement compatibles avec argent de poche.
Aujourd'hui, j'ai compris que l'on pouvait faire simple et peu
coûteux, c'est la raison de ces quelques mots. Bien, nous partons
donc d'un oscillateur unique, que l'on peut éventuellement
prévoir ajustable pour permettre l'accordage avec d'autres
instruments. A la suite de cet oscillateur fixe, un ensemble de
diviseurs de fréquence fixes permettant de produire chaque note
de base, sur une octave donnée.
Ensuite, des
diviseurs de
fréquence par deux pour délivrer les notes des octaves
inférieures, comme le montre le schéma quelque peu simplifié qui suit.
Le schéma qui précède pourrait aussi être présenté de la façon
suivante, où plusieurs diviseurs sont inclus dans une même boite,
rendant par là-même la lecture du schéma plus facile :
Il n'est certes pas très compliqué de diviser un signal
de fréquence donné avec un rapport fixe, il suffit d'un
compteur et de quelques portes logiques. Oui, mais pour
une
note.
Ce qui commence à devenir "usine à gaz" pour la
totalité des douze notes. Pour faire plus simple, il est peut-être
possible d'utiliser
un petit composant programmable bon marché de type PIC
(Microchip) programmé pour le
faire fonctionner en diviseur de fréquence multiple : une
entrée pour accueillir le signal d'horloge de
référence, et 12 sorties pour produire les 12 notes de
base qui attaquent ensuite les diviseurs de fréquence par deux
(les
compteurs binaires CD4520 dans le cas présent). C'est une voie que
j'ai essayé d'explorer (
Orgue
003), je n'y suis arrivé que partiellement car la
fréquence d'entrée à diviser est trop
élevée pour un PIC tel que celui
choisi (l'écart entre notes est correct mais les
notes produites sont à basse fréquence, ce qui
m'empêche de faire suivre le PIC des diviseurs par deux - mais
j'ai tout de même entre les mains un petit instrument assez
fonctionnel).

Principe de base de mon
orgue 003
Si
cela peut fonctionner ainsi, il sera difficile de faire plus simple...
rappelez-vous qu'il s'agit d'un instrument polyphonique avec lequel
toutes les notes peuvent être jouées en même temps !
Et ce circuit aurait un avantage de taille : toujours la
même progression entre chaque note, quelque soit la
fréquence du signal d'entrée. Ce qui veut dire que l'on
pourrait envisager de choisir une fréquence d'entrée facile
à produire (quartz courant ou même simple oscillateur RC ou LC) quitte
à ne pas pouvoir s'accorder précisement avec d'autres instrument (non
critique pour ceux qui aiment jouer
seul).
Quelques circuits anciens
Je n'ai jamais eu l'occasion de travailler avec les circuits d'orgue de
l'époque, mais il m'est arrivé de voir quelques
schémas de mise en oeuvre. Le seul orgue électronique que
j'ai eu entre mes mains (pendant quelques années) fonctionnait
bien et je n'ai jamais éprouvé le besoin d'aller plus
loin que d'ouvrir l'engin pour voir "en gros" ce qu'il contenait. Il
faut dire que j'avais 12 ans, ma maman avait acheté ce
volumineux appareil pour une bouchée de pain dans un
entrepôt récupérant des articles de magasins en
faillite.
Diviseurs à transistors
Avant l'utilisation systématique de circuits
intégrés (assez coûteux au début), l'usage
de transistors était répendu pour assurer la division des
signaux générés par les oscillateurs de base. On
peut en effet utiliser un multivibrateur bistable composé de
deux transistors classiques, pour diviser un signal d'horloge par deux.
Un schéma de ce type est proposé à la page
Diviseurs de fréquence.
AY-1-0212 (General Instrument)
Ce circuit intégré produisait l'ensemble des 12 notes de base à partir
d'un oscillateur externe unique tournant à 2 MHz. Il était suivi de diviseurs de fréquence tel les SAJ110.
MOST 7D1 (Armel)
Ce circuit intégré de type DIL14 était
associé à un oscillateur de base (souvent à base
de transistor UJT) et permettait de diviser une fréquence de
base par 2, 4, 8, 16, 32, 64 et 128. Avec 12 oscillateurs de base, il
permettait donc de travailler sur 8 octaves complets. Il pourrait
aujourd'hui être remplacé sans problème par un
compteur binaire de type CD4040.
SAA1030 (ITT Semiconducteurs)
Ce circuit intégré produisait l'ensemble des 12 notes de
base à partir d'un oscillateur externe unique tournant à
4,68864 MHz. Il pouvait être suivi de diviseurs de
fréquence tel les SAJ110.
SAA1900 (ITT Semiconducteurs)
Ce circuit intégré incluait toutes les fonctions de base
d'un miniorgue électronique pourvu de 56 touches groupées
en deux parties Solo et Accompagnement. Le circuit était
cadencé sur une horloge externe de 500 KHz.
SFF5009 (Sescosem)
Ce circuit intégré produisait l'ensemble des 12 notes de base à partir
d'un oscillateur externe unique. Il pouvait être
suivi de diviseurs de fréquence tel les SAJ110 ou SAJ180 (Sescosem) ou SAH220 (RTC).
MO61 (SGS-Ates)
Ce circuit intégré produisait lui aussi l'ensemble des 12 notes de
base à partir d'un oscillateur externe. Pour obtenir les notes les plus
hautes (avant division pour obtenir les notes des octaves inférieures)
la fréquence de cet oscillateur externe devait être de :
- 58,960 kHz pour un LA2 à 220 Hz (220 Hz * 268)
- 117,92 kHz pour un LA3 à 440 Hz (440 Hz * 268)
- 235,84 kHz pour un LA4 à 880 Hz (880 Hz * 268)
- 471,68 kHz pour un LA5 à 1760 Hz (1760 Hz * 268)
- 943,36 kHz pour un LA6 à 3520 Hz (3520 Hz * 268)
Sans surprise, on retrouve notre rapport de 2 pour la fréquence d'oscillateur pour chaque passage d'une octave à l'autre.
Voir aussi
Ces composants qu'on trouvait si pratiques.