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Construire un synthétiseur
Dernière mise à jour : 03/07/2011Article non terminé, volontairement non référencé dans les sommaires du site
Présentation
Construire soi-même son synthétiseur est sans doute aussi excitant que de construire soi-même sa table de mixage. Enfin même un peu plus, car avec un synthé, on peut sans doute expérimenter plus de palettes sonores... à condition toutefois que ledit synthé ne soit pas qu'un simple oscillateur permettant de ne jouer qu'une seule sonorité et une seule note à la fois. Ce qui était le cas du premier synthé que j'ai construit, bien avant de découvrir le SN76477, circuit générateur sonore devenu fort célèbre un peu plus tard. Cet article n'a pas pour but de vous présenter des schémas tout faits, qu'il ne reste qu'à assembler. Il a pour but de présenter les fonctionnalités principales des modules que l'on peut fabriquer et assembler, en vue d'obtenir différents types de bruits ou modulations sonores. Voir aussi Notes de musique.Modules de base
Les modules de bases peuvent être utilisés de façon autonome ou nécessiter un autre module utilisé en maitre ou en esclave. En d'autres termes, un module peut être commandé par un autre module, ou lui-même en commander un autre. L'oscillateur est un des modules de base, qui peut parfaitement fonctionner de façon autonome, mais qui peut aussi produire des signaux aptes à piloter d'autres modules, pour l'obtention d'effets sonores, ou pour la commande d'autres générateurs sonores, par exemple.Oscillateurs
Un oscillateur est un circuit qui produit un signal périodique, c'est à dire un signal qui peut avoir n'importe quelle forme et qui se répète à intervalles réguliers. La forme de ce signal peut être rectangulaire, triangulaire, sinusoïdale, en dent de scie, ou tout autre. Plus ces intervalles sont courts, et plus le son produit possède une fréquence élevée. Si cette fréquence est comprise dans le domaine du sonore, c'est à dire entre 20 Hz et 20 kHz, on appelle cet oscillateur un générateur sonore. Si la fréquence de cet oscillateur est très élevée, on l'appelle alors un générateur HF (haute fréquence). On pourrait penser que l'utilisation de signaux haute fréquence et donc inaudibles n'a rien à faire dans la production sonore, mais pour se convaincre du contraire, il suffit de savoir que deux signaux inaudibles peuvent très bien former un signal audible dès qu'on les "mélange" entre eux, c'est ce que l'on cherche à obtenir par exemple avec l'instrument de musique Theremin (le terme mélange utilisé ici n'a pas de rapport avec le mélange effectué dans une table de mixage, ce sera expliqué plus loin, au paragraphe Modulateurs). Mais avant d'en arriver là, on cherche en général à commencer avec du plus simple, et ce plus simple s'appelle un oscillateur simple.Oscillateurs simples
Un oscillateur simple est un circuit qui produit un signal périodique à une fréquence fixe et bien précise, par exemple 10 kHz (qui chatouille très fort les oreilles). Si on ne "perturbe" pas cet oscillateur, il va produire toujours le même signal, avec la même fréquence, avec une dérive propre dont il peut êre affublé (s'il ne dérive pas d'un poil, vous pouvez déposer un brevêt). 10 kHz correspond à une fréquence très aigue, qu'on ne trouve pas spécialement en tant que "fondamentale". Pour donner un ordre de grandeur, le LA3 qui se trouve au centre d'un piano, correspond à une fréquence fondamentale de 440 Hz (c'est la fameuse note du diapason "standard", et la tonalité du téléphone quand on vient de le décrocher). Cela signifie que si vous vouler produire une note LA3, vous devez disposer d'un oscillateur dont la fréquence est précisement de 440 Hz. Et si vous voulez jouer une autre note, vous devez disposer d'un oscillateur dont la fréquence est autre et correspond à cette nouvelle note (880 Hz pour le LA4 qui est un octave au-dessus du LA3, par exemple). Il vient donc rapidement à l'esprit qu'un seul oscillateur suffit pour jouer de la musique : il suffit de le rendre "ajustable" pour lui permettre de jouer n'importe quelle note. C'est cette approche que j'ai adoptée quand, vers l'âge de 15 ans, j'ai construit mon premier orgue électronique. Un oscillateur peut être construit avec très peu de composants, comme le prouve le schéma qui suit, incluant la pile et le haut-parleur.
Détails à la page Oscillateur pour HP 002
Il s'agit là d'un oscillateur de fréquence fixe, mais il suffit de remplacer R1 et C1 pour pouvoir couvrir une large gamme. Comme en règle général il est plus facile de modifier une valeur de résistance qu'une valeur de condensateur, on laisse la valeur de C1 fixe et on fait varier R1. En procédant ainsi, on se rend compte que le système est simple mais présente un défaut évident : on ne peut pas couvrir plusieurs gammes avec une grande précision, et il est préférable (sinon obligatoire) de remplacer C1 par plusieurs condensateurs associés à un commutateur, afin de pouvoir choisir une gamme parmi plusieures. Aussi, ce montage est-il très bien pour expérimenter car il donne un résultat immédiat et tout le monde est content (en excluant les animaux de compagnie et certains bébés qui ne supportent pas certaines sonorités). Un oscillateur simple peut aussi être compliqué, tout dépend en effet de ce que l'on veut faire. S'amuser dans sa chambre à plat ventre par terre parce que le bureau est encombré, ou jouer devant 10000 personnes dont pas une ne supporte un écart de tonalité de 0,1% sur l'ensemble des notes jouées. Dans le second cas, il faut prendre des précautions, qui doivent porter sur la qualité de l'alimentation, la qualité des composants (surtout des condensateurs) et du circuit oscillateur en lui-même. Un oscillateur "libre", tel que celui présenté ci-avant, est vite rejeté quand on désire une très haute stabilité des notes jouées. On lui préfère bien sûr l'oscillateur à quartz, qui présente l'avantage d'une stabilité exemplaire... mais présente l'inconvénient d'être fixe et non ajustable ! Et croyez-moi, contenter 10000 personnes avec une seule note est un exercice de choix.
VCO ou Oscillateurs commandés en tension
VCO = Voltage Controlled Oscillateur = Oscillateur commandé en tensionUn VCO est un oscillateur "simple", dont la fréquence du signal qu'il produit dépend d'une tension continue. Quel peut donc être l'intérêt d'un tel oscillateur pour jouer de la musique ? Si on regarde l'oscillateur comme un bête générateur sonore, pas grand chose de plus que ce que l'on peut obtenir avec un oscillateur simple; au lieu de jouer sur la valeur d'une résistance ou d'un condensateur pour changer de note, on joue sur une tension continue. Mais imaginons maintenant qu'au lieu de transmettre une tension continue bien fixe au VCO, on transmet une tension qui bouge un peu au départ et qui se stabilise dans les millisecondes ou secondes qui suivent. Nous obtenons une note dont la "bonne" hauteur n'est pas immédiatement atteinte, ce qui peut donner des effets sonores interressants (imaginez un doigt qui glisse ou vibre sur une corde de guitare avant de trouver sa bonne place). Imaginez maintenant qu'à la tension continue "principale", on ajoute une petite composante alternative de faible amplitude : on obtient un vibrato, puisque la hauteur de la note "vibre" au rythme du signal alternatif : un poil plus aigue, puis un poil plus grave, ceci à vitesse lente ou rapide. Imaginez enfin que la tension varie progressivement lorsqu'on passe d'une note à une autre : on obtient un effet de glissando, dont la vitesse peut être ajustée si le circuit le permet. Et on peut imaginer encore plein de choses !
Filtres
Il existe une multitude de filtres audio, vous ne pouvez pas imaginer ! Les filtres passifs et les filtres actifs en constituent les deux grandes familles, pour lesquelles la principale chose à retenir est que les filtres passifs ne nécessitent pas d'alimentation, mais provoquent une perte de niveau, appelée perte d'insertion.Filtres simples
Comment donc définir un filtre simple ? Un filtre facile à construire ? Un filtre qui ne coûte pas cher ? Un filtre qui présente une pente de 6 dB par octave ? Un filtre dont le comportement reste immuable, c'est à dire à qui on demande toujours le même boulot ? Ma définition du filtre simple répond à cette dernière description. Pour la base concernant les filtres simples, merci de vous reporter à la page Filtres audio.VCF ou Filtres commandés en tension
VCF = Voltage Controlled Filter = Filtre commandé en tension.Un VCF est un filtre dont au moins une des caractéristiques (pente, fréquence centrale ou fréquence de transition, facteur Q, efficacité) peut être modifiée par le biais d'une tension continue, qui peut varier de façon automatique ou que l'on peut faire varier de façon manuelle.