Analyse d'un circuit simple : Vol + Tone (partie 2) - L'électronique pour le musicien partie 13

comme je l’avai expliqué la semaine dernière, après un survol assez simple du circuit de volume et tona­lité d’un instru­ment élec­trique, on va cette semaine passer à l’étape supé­rieure et tenter de propo­ser des modi­fi­ca­tions simples. Pour info, la semaine prochaine, nous passe­rons aux calculs néces­saires pour choi­sir ses compo­sants de manières adéquat, en voyons comment leurs valeurs affectes la bande passante. Je précise au passage que les montages présen­tées dans cette série pour­raient tout à fait s’in­té­grer dans d’autres étages de contrôle volume/tona­lité, par exemple au sein d’une pédale, ou d’un ampli. Il serait abso­lu­ment néces­saire d’adap­ter les valeurs des compo­sants, mais les prin­cipes de filtrage reste­raient exac­te­ment les mêmes.

Bizarro tone ?

La semaine dernière, nous avons étudié le schéma d’un contrôle de tona­lité des plus clas­sique, c’est-à-dire un filtre passe-bas contrôlé par un poten­tio­mètre. Pourquoi ne pas l’in­ver­ser, et instal­ler un filtre passe-haut, qui « dégrais­sera » le signal.

Il existe de nombreuses varia­tions possibles autour d’un circuit aussi simple, et beau­coup d’exemples de modi­fi­ca­tions sont déjà dispo­nibles en ligne. J’en ai, tout simple­ment selec­tion­née une, je ne serai donc pas exhaus­tif, mais j’es­père que cela atti­sera votre curio­sité. Voici pour l’ins­tant notre montage de départ (voir à droite). On utilise bien sûr les mêmes éléments : un conden­sa­teur et un poten­tio­mètre. Ici le conden­sa­teur (C1) est mis en série sur le trajet du signal.

Là aussi, je vais me citer à nouveau : « en théo­rie, un conden­sa­teur a les carac­té­ris­tiques d’un filtre passe-haut ». Ok, alors à quoi sert le poten­tio­mètre ? Il permet de contour­ner le conden­sa­teur : il est possible de dimi­nuer sa résis­tance jusqu’à 0 ohms, créant un court circuit, qui rendra le conden­sa­teur « inopé­rant ». Dans ce cas là, le conden­sa­teur « filtre passe-haut » ne sert plus à rien, tout le signal passe par le court circuit et atteint le potard de volume. C’est posi­tion courante pour utili­ser l’ins­tru­ment.

Si l’on désire élimi­ner les graves, on le tourne dans l’autre sens, sa résis­tance augmente, il atté­nue le signal. Sauf que, du point de vue des fréquences les plus hautes dans le spectre, le conden­sa­teur a une impé­dance très passe et ressemble (presque, mais passons sur ce détail) à un court circuit. Ainsi, même lorsque le signal est forte­ment atté­nué par R2, les fréquences aigües sont préser­vées.

Un double contrôle de tona­lité

La conti­nua­tion logique appa­raît de façon évidente : un contrôle qui rassemble ces deux filtres, pour pouvoir atté­nuer à la fois le grave et l’aigu, au choix. La première solu­tion serait d’ins­tal­ler deux poten­tio­mètres, avec ces deux filtres distincts. L’un permet­trait d’at­té­nuer le grave, l’autre l’aigu. Je propose donc le schéma suivant : 

C’est la solu­tion la plus simple : on se retrouve trois poten­tio­mètres  – R1 pour le passe-bas (tone clas­sique), R2 pour le passe-haut (tone inversé), R3 pour le volume.

Il existe deux solu­tions pour mettre cela en place sur une guitare : soit utili­ser trois poten­tio­mètres distincts (cela pour­rait être pratique sur une Strat par exemple), soit utili­ser un poten­tio­mètre stéréo à axes concen­triques. Cela repré­sente un gain de place impor­tant : il s’agit de deux poten­tio­mètres, installé l’un sur l’autre, et action­nable indé­pen­dam­ment grâce à deux axes concen­triques, logés l’un dans l’autre (cf. photo ci-contre).

Atten­tion, ce circuit fonc­tionne mais a poten­tiel­le­ment un défaut : les deux poten­tio­mètres peuvent « s’an­nu­ler » entre eux. Imagi­nez que vous utili­sez le poten­tio­mètre passe-bas au maxi­mum de l’at­té­nua­tion : vous tour­ner le potard R1 jusqu’à 0, de façon à élimi­ner un maxi­mum d’ai­gus. À ce moment, le potard R2 ne sert plus à grand chose : en effet il a pour fonc­tion d’at­té­nuer ce qui vous reste de signal, de façon à faire ressor­tir les fréquences aiguës… Mais vous les avez déjà élimi­nées ! Si vous utili­sez R2 alors, il risque d’agir plutôt comme un volume.

D’où vient ce problème ? Du fait que ce type de filtre passif ne peut pas ampli­fier tout ou partie du signal. Il ne peut qu’en atté­nuer certaines fréquences. Si vous atté­nuer l’aigu et le grave en même temps, il vous restera peut-être un peu de médium (tout dépend des fréquences de coupure des filtre), partiel­le­ment atté­nué lui-même.

Mais, comme nous le verrons de façon récur­rente dans ces articles, chaque montage est toujours un compro­mis par rapport à un fonc­tion­ne­ment idéal. Ils ont tous des incon­vé­nients.

Un seul potard pour les unir tous

La simpli­cité a ses avan­tages : plus facile d’en prédire le fonc­tion­ne­ment, plus facile à répa­rer et d’une concep­tion plus « élégante ». J’ai­me­rais donc propo­ser une solu­tion à un seul poten­tio­mètre. L’idée serait de créer un circuit dans lequel le poten­tio­mètre de tona­lité possède un « point milieu » : si on le tourne dans un sens, il élimi­nera les aigus, dans l’autre il élimi­nera les graves. En le lais­sant au centre on obtient une sorte d’équi­libre. Nous pouvons utili­ser l’an­gli­cisme « tilt control » pour défi­nir ce genre de circuit.

Dans un souci de simpli­cité, nous allons étudier un circuit qui n’uti­li­sera qu’un seul poten­tio­mètre, un conden­sa­teur et une résis­tance. Idéa­le­ment, il faudrait un circuit plus complexe pour créer des courbes d’at­té­nua­tion plus maîtri­sée, mais celui-ci fonc­tionne rela­ti­ve­ment bien et ne demande presque pas de modi­fi­ca­tion par rapport au circuit clas­sique d’une guitare élec­trique. On a rajouté la résis­tance R3, c’est tout

Comment est-ce que cela fonc­tionne ? Le signal rencontre une bifur­ca­tion (un nœud). D’un côté le signal passe à travers une résis­tance R3 (qui l’at­té­nue légè­re­ment) et atteint le poten­tio­mètre de volume R2. De l’autre, une partie filtrée du signal (donc prin­ci­pa­le­ment les aigus) passe par le conden­sa­teur C1 et arrive au poten­tio­mètre de tona­lité R1. Pour bien comprendre l’in­fluence de ce poten­tio­mètre R1, modé­li­sons-le sous la forme de deux résis­tances : 

R1 est devenu RA1 et RB1

R1 consti­tue lui aussi une sorte de « bifur­ca­tion » : le signal filtré passe par RA1 et RB1.  

Premier cas : plus on tourne le potard de façon à dimi­nuer la valeur de RA1, plus le conden­sa­teur C1 se trouve proche d’être connecté direc­te­ment à la masse. plus les aigus se trouvent atté­nués.

Deuxième cas : plus on dimi­nue la valeur de RB1, plus le conden­sa­teur se retrouve monté en paral­lèle avec R3, et on finit même par retrou­ver notre filtre passe-haut (voir la première partie de cet article).

Ce montage marche-t-il ? Oui, je peux en témoi­gner, je l’ai installé sur une de mes guitares. Est-il parfait ? Loin de là et pour diffé­rentes raisons : il suffit de regar­der le schéma ci-dessus pour voir que, dans cette posi­tion, RB1 et R2 se retrouve en paral­lèle. La posi­tion du potard de tone, c’est-à-dire la valeur de RA1 et RB1, aura donc une influence sur la course du potard de volume.

If you want bleed

Je passe rapi­de­ment sur cette option, car elle est simple. Mais sa popu­la­rité m’oblige à lui consa­crer quelques lignes.

Le « Treble Bleed » est tout simple­ment, dans sa version la plus simple, un conden­sa­teur ajouté en paral­lèle du poten­tio­mètre de volume. Lorsque l’on utilise le poten­tio­mètre pour atté­nuer le signal, le conden­sa­teur conti­nue de lais­ser passer des aigus (non atté­nués) vers la sortie du système. Il s’agit exac­te­ment du même système que nous avions vu ci-dessus : un filtre passe-haut, mais cette fois-ci implanté direc­te­ment sur le poten­tio­mètre de volume.

Le prin­cipe du « treble bleed » est de compen­ser les pertes d’aigu occa­sion­nées par l’at­té­nua­tion du signal. En effet, le poten­tio­mètre de volume n’a pas un effet d’at­té­nua­tion simi­laire à toutes les fréquences. Il a tendance à causer des pertes dans les aigus. Et cela varie selon la valeur du conden­sa­teur. Expli­ca­tions…

Et le micro dans tout ça ?

Pour l’ins­tant, pour chaque schéma, nous avons consi­déré les compo­sants utili­sés comme idéaux. En tout premier lieu, le géné­ra­teur de tension, le micro, dont nous n’avons jamais consi­déré le véri­table compor­te­ment dans un circuit.

En effet, un micro de guitare est consti­tué d’une bobine. Une bobine est un long fil métal­lique enroulé sur lui même. Un agit sur le courant alter­na­tif comme : 

• une auto-induc­tance (car c’est une bobine)
• une résis­tance (car c’est un long conduc­teur)
• un conden­sa­teur (car ses spires conduc­trices sont très proches mais sépa­rées par un isolant. Conduc­teur/isolant/conduc­teur : c’est la struc­ture d’un conden­sa­teur)

On peut donc modé­li­ser le micro comme ceci :

V1 est le géné­ra­teur de tension, suivie, en série, de l’in­duc­tance, de la résis­tance et du conden­sa­teur (les trois carac­té­ris­tiques passives du micro). Le signal est prélevé aux bornes du conden­sa­teur. Le micro ne se contente pas de four­nir une tension alter­na­tive à ses bornes, il fait partie inté­grante du circuit : le courant alter­na­tif le traverse, et il est donc affecté par ses diffé­rentes spéci­fi­ci­tés induc­tive, résis­tive et capa­ci­tive.

Regar­dons donc atten­ti­ve­ment le schéma ci-dessus : il consti­tue un filtre passe-bas du second ordre (filtre RLC), sur lequel le signal est prélevé aux bornes du conden­sa­teur. Nous explique­rons plus en détail le fonc­tion­ne­ment de ce filtre la semaine prochaine : disons seule­ment pour l’ins­tant qu’il s’agit d’un filtre passe-bas avec une réson­nance. Et comme le micro ne fonc­tionne pas seul, il va inter­agir avec les autres atté­nua­teurs (poten­tio­mètres et conden­sa­teurs). Si l’on reprend le schéma que j’ai déjà donné des contrôles volume/tona­lité clas­sique, on se retrouve donc avec cela :

À gauche, on voit toujours le filtre RLC du micro (avec ses éléments renom­més pour les diffé­ren­cier), puis le conden­sa­teur et le poten­tio­mètre de tona­lité, puis le poten­tio­mètre de volume. Le filtre RLC du micro forme donc d’autres filtres, d’autres inter­ac­tions avec l’im­pé­dance des compo­sants qui lui sont connec­tés. Et il faudra ajou­ter l’im­pé­dance d’en­trée de l’am­pli­fi­ca­teur ! Et la capa­ci­tance des câbles !

Bref, il nous reste donc du chemin à parcou­rir : la semaine prochaine, la partie 3, nous complè­te­rons ce schéma et nous étudie­rons ses effets sur la bande passante de l’ins­tru­ment.