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Cet appareil conçu par Max Mathews s'inscrit plus particulièrement dans la gamme d'appareils électroniques permettant de transformer le son pendant une exécution musicale (live-electronic music) ; le son provenant d'un instrument ou de tout autre source sonore. Le contrôle des fonctions électroniques qui interviennent dans cette modification peut être laissé à l'instrumentiste ou partagé entre celui-ci et un manipulateur.
Présenté sous la forme d'une boîte compacte, (figure 1), d'encombrement réduit, ce dispositif de manipulation simple et rationnelle offre de nombreuses possibilités de transformation.
L'ensemble des systèmes de commande et de branchement se trouve sur le panneau principal, ainsi il est aisé de programmer le processus de transformation choisi par l'intermédiaire d'une matrice à fiches (patchfield) et d'interrupteurs (switchboard) et de le contrôler par des potentiomètres rotatifs ou des pédales.
| Figure 1 : présentation de la machine |
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Un amplificateur de puissance suivi d'un haut-parleur permettra la diffusion du son résultant.
Les fonctions principales de la machine sont :
Certaines de ces fonctions peuvent être contrôlées soit par les potentiomètres du tableau de commande, soit par une tension ; c'est le cas de l'amplification (voltage controlled amplifier) ou du filtrage (VC filter) par exemple. Ce dernier peut être utilisé en oscillateur commandé en tension et peut nous fournir ainsi un signal de fréquence variable (VC oscillator).
Ces signaux de commande sont fournis soit par des détecteurs, soit par l'actionnement des pédales par l'instrumentiste ; nous disposons ici d'un détecteur d'amplitude (amplitude detector) et d'un détecteur de valeur efficace vraie (power to voltage converter).
L'agencement de ces fonctions permet grâce à un système de cartes enfichables de prévoir facilement l'extension ou le remplacement des fonctions principales.
Avant de donner une description technique aussi précise que possible du fonctionnement des divers éléments de la machine (chapitre 3), nous nous proposons de donner un mode d'emploi de chacun de ces éléments et de suggérer quelques exemples d'application.
Chaque trou de la matrice (figure 2) est relié à un accès (entrée, commande, sortie) d'une fonction ; par exemple G3 représente l'entrée du premier VCA, D8 la sortie du quatrième sommateur... Ainsi, par simple enfichage, on relie les fonctions et on construit un dispositif de transformation.
Il est à remarquer que certains trous ont une double affectation
J3 - J5 et J7 sont respectivement l'entrée, la commande et la sortie du troisième VCA mais aussi l'entrée du signal, l'entrée de la porteuse et la sortie du premier modulateur ; le choix de l'une ou l'autre des fonctions se fait par la commutation d'un interrupteur.
L'appareil est doté de trois entrées, les amplificateurs respectifs permettent de rendre compatible les niveaux électriques fournis par les capteurs sonores avec les niveaux d'entrée des circuits qui suivent.
On dispose également d'un quatrième amplificateur ; connecté en série avec le troisième, il permet le branchement de signaux symétriques comme ceux fournis par un microphone magnétique de gorge (laryngophone). Un simple interrupteur le déconnecte. Par addition de potentiomètres du tableau de commande, on contrôle le gain de chaque amplificateur.
La fonction obtenue est représentée par le schéma suivant :
Figure 2 : matrice à fiches
Ils permettent de sélectionner certaines fréquences transmises du son. Le type de filtre utilisé ici nous permet de réaliser des coupures soit sur les aiguës (filtre passe-bas), soit sur les graves (filtre passe-haut) et de sélectionner des bandes de fréquence (filtre passe-bande).
Le filtre peut être également utilisé comme un oscillateur commandé en tension (VCO) et nous fournir une sinusoïde de fréquence variable.
Toutes ces possibilités sont sélectionnées par simple enfichage sur la matrice. Ainsi on peut modifier la courbe de réponse du filtre, c'est-à-dire le coefficient de surtension (Q) ; pour un filtre passebas on obtiendra par exemple :
La fréquence est déterminée par le potentiomètre propre du filtre (ici P34) mais aussi par la tension à l'entrée de commande (frequency control input en E15),
On obtient les relations suivantes entre ces trois paramètres :
position de P34 22 36 48 59 69 79 fréquence (Hz) 100 200 400 800 1600 3200 6400
Ainsi si P34 est en position repéré 22 et si en E15 nous avons 2 volts, la fréquence en sortie sera de :
200 x 2 x 2 = 800 Hz
Le principe de détermination du gain dans le cas du VCA est presque similaire au principe de détermination de la fréquence que nous venons de voir ; mais ici seule la tension de commande extérieure permet de fixer le gain de l'amplificateur.
Nous obtenons la variation suivante pour le premier VCA :
Le détecteur suit plus ou moins rapidement selon la constante de temps (fixe ici) les variations d'amplitude du signal qu'on lui envoie.
Le signal ainsi recueilli peut être utilisé comme signal de contrôle d'une autre fonction.
Exemple de modulation d'enveloppe entre la voix et le violon
Ce détecteur suit non pas l'amplitude du signal comme précédemment mais la valeur efficace du signal. Cette valeur est directement liée à l'énergie contenue dans le signal sonore.
La constante de temps (smoothing time) accessible sur le panneau avant est réglable.
Variation obtenue :
Input Output V. efficace dB volts 10 +22 +7.4 3.2 +12 +6.1 1 +2 +4.0 0.32 -8 +2.0 0.1 -18 0 0.032 -28 -2.0 0.01 -38 -4.0 0.0032 -48 -6.3 0.001 -58 -8.8
L'actionnement des pédales, produit en sortie d'un étage amplificateur une tension de commande qui varie de - 10 volts à + 10 volts. Cette variation peut être inversée par la commutation d'un interrupteur.
L'instrumentiste peut grâce aux pédales contrôler la modification du son qu'il a généré et qu'il écoute après le traitement dans l'appareil ; pour lui existe la possibilité d'examiner et d'intervenir sur le développement d'une situation.
Conçus pour réaliser le mélange de signaux dont on peut doser l'importance relative en équipant chaque entrée d'un potentiomètre.
Un exemple d'application :
L'ajustage des tensions de commande par les pédales d'un VCA ; la tension fournie par l'actionnement de ces pédales (toute la course), varie entre - 10 volts et + 10 volts. Or la tension de commande du VCA est comprise entre 5 volts et 10 volts, ce qui nécessite comme réalisation :
Le modulateur réalise une translation arithmétique du spectre ; ici le type de circuit utilisé pour sa réalisation possède la propriété de supprimer la fréquence porteuse de la modulation. Pour un signal de fréquence F, nous obtiendrons deux fréquences égales à la somme (F + Fc) et à la différence (F - Fc). En l'absence de signal Fc, nous n'aurons pas de signal en sortie.
Les modulateurs diffèrent légèrement ; le deuxième comporte une régulation de niveau de telle sorte que la valeur crête de la sortie ne soit jamais supérieure à la valeur de la tension de l'une ou l'autre des entrées.
Exemple d'application du modulateur : modulation du violon par le filtre (VCO) commandé par la pédale.
Six amplificateurs, autres que ceux d'entrée, sont disponibles pour permettre une adaptation de niveaux électriques entre les différents étages d'un dispositif.
Le gain se règle par un potentiomètre extérieur ; non connecté le gain de l'amplificateur est égal à - 1 (inverseur).
Les interrupteurs rendent possible le branchement rapide des fonctions donc permettent la sélection en cours d'exécution d'un autre dispositif de transformation du son.
Exemples d'utilisation : alternance entre la fonction passe-bas et passe-haut d'un filtre, aiguillage de la tension de commande de la pédale sur VCO ou sur VCA.
Chaque limiteur, doté de trois potentiomètres du panneau de commande, permet de modifier la structure du signal qu'on lui envoie, c'est-à-dire ecrêter une partie ou la totalité du signal (obtention d'un signal carré à partir d'une sinusoïde par exemple), mais aussi décaler la valeur moyenne de ce signal par rapport au zéro.
L'amplitude du signal ainsi modifié est règlable.
La partition traite de la superposition de deux attitudes fondamentalement divergentes.
Violoncelle II joue sans amplification et ne travaille qu'autour du problème de la technique instrumentale gestuelle. Par contre, le Violoncelle I essaie de développer une technique basée sur la réflexion de l'interprète empêchant de par son essence une virtuosité non réfléchie. La partition du Violoncelle I est constituée d'un contrepoint entre le jeu du violoncelle et la propre voix de l'instrumentiste. Des indications d'ordre émotif ou qualitatif sont superposées aux parties instrumentales et vocales. La partition est composée comme un double canon renversé, répété trois fois. L'électronique employée a pour but de transformer (compliquer) le son du violoncelle et de la voix et de permettre une modulation entre les deux sources. L'instrumentiste doit donc appliquer d'une manière progressive (tendant vers une complexité de plus en plus grande) l'électronique qu'il a à sa disposition. La quantité des moyens électroniques appliquée reste libre et tend vers un système additif. Les mouvements des pédales d'amplification ou de transformation du son sont indiqués dans la partition, d'abord synchrones entre les deux pieds ensuite asynchrones. L'instrumentiste lit simultanément six informations différentes au bout d'un certain temps, (1 - instrument, 2 - manière de jouer l'instrument, 3 - mouvement de pédale pour l'instrument, 4 - voix, 5 - manière de chanter, 6 - mouvement de pédale pour la voix).
La partition est éditée chez
C.F. Peters Verlag Frankfurt
Kennedyallee 101
6 FRANKFURT 70
Le travail avec la machine se divisait en quatre périodes :
Les indications d'expression dans Koexistenz sont très precises. Il y en a 12 (voir le P.S) et je l'avais préparé comme un morceau à jouer et chanter « nature ». Pendant cette première période de travail la machine ne « mordait » pas. Je n'arrivais pas à faire passer ces expressions à travers la machine. En plus il y avait une très grosse difficulté à écouter la voix et le violoncelle (surtout la voix) venant d'une source éloignée (les haut-parleurs).
Le travail était très décevant ail début, la machine tombait très souvent en passe, les pédales étaient parfois réglées à l'envers d'après les programmes, et l'ampli et les haut-parleurs étant de mauvaise qualité, d'où une instabilité rythmique et de justesse de ma part. Je réalisais que je devais apprendre les notes par coeur pour me concentrer sur la réalisation.
Dès le début, le travail est meilleur : les amplis et les haut-parleurs étaient plus clairs, on entendait beaucoup mieux. Les seuls niveaux difficiles à entendre étaient les sons filtrés et les sons amplifiés (c'est-à-dire la différence entre les deux notes de sonorités). Beaucoup de pannes de modulateurs encore pendant cette période. Vinko Globokar découvrait qu'il était mieux de chanter la bouche fermée, pour ne pas avoir deux sources de sons qui se concurrencent (la voix sortant de la bouche et celle sortant du haut-parleur). Au niveau du violoncelle, ceci était beaucoup moins gênant. Pour moi il y avait alors une difficulté supplémentaire a contrôler ma voix, (ceci semble très bizarre, mais d'entendre sa propre voix en « temps réel » d'une source éloignée, sans pouvoir l'entendre en soi-même donne comme une impression d'image de soi-même dans un miroir).
La machine se trouvait chez moi, avec (j'ose le dire) pour la première fois un ampli et des haut-parleurs de bonne qualité (Ampli ACCUPHASE, H.P. BOSE), cest-à-dire très clairs.
Travail extraordinaire, car j'arrivais à faire toutes les expressions sans difficulté, et avec beaucoup de différences à travers la machine. Une seule petite panne de modulateurs ! (au niveau du bouton).
Vinko Globokar étant présent avait changé la fin du morceau en enlevant toutes les expressions « sensibles » pour arriver à un « forte » montant progressivement jusqu'à la fin. Les modulateurs marchent si bien que je ne peux plus distinguer les sons à l'oreille.
En raison de la grandeur de la salle et l'écho en résultant, j'entends encore moins bien ce que je fais. D'où parfois, une insécurité surtout au niveau des pédales (je ne peux plus contrôler par l'oreille quand la pédale commence à « prendre » -- ce point sensible, qui était très bien audible à la maison). L'autre violoncelliste me dérange beaucoup et je ne peux exécuter le morceau (les notes, les changements d'expression, les mouvements de pédales) que tel que je l'ai appris par coeur, sans pouvoir influencer le déroulement par l'écoute. Une très grande nouvelle frustration : je ne peux pas non plus influencer le niveau sonore, (Vinko Globokar tourne les boutons derrière moi, d'où un très grand sentiment d'impuissance). Alors, à la fin tout ce que je peux faire pendant que le morceau avance, c'est jouer et chanter de plus en plus fort, ce qui faisait perdre pas mal de subtilités en chemin.
Les indications d'expression sont : LAUT .............. LEISE HELL .............. DUNKEL HÄSSLICH .............. SCHÖN ENGAGIERT .............. ZURÜCKHALTEND EXPRESSIV .............. MONOTON DEFOERMIERT .............. REIN
La colonne de gauche représente toujours l'expression contraire au niveau « forte » de la colonne droite (au niveau « piano; »). Les différences entre les niveaux sonores sont toujours facilement réalisables, c'est-à-dire, la machine réagit très vivement aux différents niveaux sonores, mais les différentes expressions dans chaque colonne sont beaucoup plus difficiles à réaliser, surtout au niveau « piano; », la machine « prend » moins bien.
Un exemple : Lire LEISE (BAS) et ZURÜCKHALTEND (EN RETRAIT)
Entre ces deux indications il y a si peu de différence que la machine ne l'assimile pas, sauf si on ajoute par exemple du vibrato à « zurückhaltend » et si on joue « leise » sans vibrato. Faciles à différencier :
| Laut (fort) | |
| Leise (bas) | les deux sans vibrato avec un son tout droit |
| Hässlich (laid) | à la manière d'un débutant |
| Schön (beau) | avec vibrato, beau son et chant |
| Engagiert (engagé) | |
| Zurückhaltend (en retrait) | les deux avec vibrato |
| Deformiert (déformé) | son sur le chevalet - chant en raclant la gorge |
| Rein (pur) | son avec un archet, léger, chant dans le haut du palais |
La transformation portera sur deux sources sonores que le musicien fournit à la machine :
Le musicien a à sa dispositon deux pédales pour contrôler certains paramètres de la transformation. Nous donnons ci-dessous deux exemples de la partition :
Les différents programmes de transformation choisis sont :
l'amplification de la voix ou du violoncelle ; le filtrage de la voix ou du violoncelle
la modulation de la voix ou du violoncelle par un oscillateur interne (c'est-à-dire variations de la fréquence de la porteuse Fc)
modulation de la voix et du violoncelle par deux oscillateurs ; intermodulation de la voix par le violoncelle : le niveau et la hauteur du son instrumental transformant le son de la voix.
Les schémas de ces trois programmes sont donnés à la suite.
Le son ainsi obtenu par passage dans la machine est amplifié et peut-être aussi combiné avec le son instrumental initial.
Programme 1
Programme 2
Programme 3
La figure 3 représente le panneau principal, l'appellation des potentiomètres rotatifs, des interrupteurs ainsi que des différents accès à la machine.. Tout interrupteur n'appartenant pas à ce panneau sera repéré par un S' sur les schémas électroniques.
Les liaisons carte-matrice de programmation, carte-fonctions de branchement et de commande ainsi que les liaisons carte-accès des circuits électroniques sont représentées sur les figures 4 et 5.
Le gain global de ces amplificateurs (A1 A2 et A3) résulte du gain que l'on a à chaque étage. Le premier est un gain fixe, le deuxième varie en fonction du potentiomètre extérieur que l'on connecte. Ce qui donne :
A1 : gain fixe de 6
gain variable, de 0 à 20
donc gain maximum de 120A2 (ou A3) : pour obtenir des valeurs élevées du gain global
on a modifié A1 de telle sorte que pour :
- S'1 ouvert, on ait un gain fixe de 2
donc un gain maxima de 40,- S'1 fermé, gain fixe de 11
donc un gain maxima de 220.
Les capacités C1 (33 F) et C2 (3, 3 nF) sont destinées respectivement aux règlages de l'offset et à la réduction du bruit au-dessus de 5KHz pour un gain maxima (la fréquence de coupure est fonction du gain).
Figure 3 : panneau principal
Figure 4 : connections
Figure 5 : liaisons cartes-fonctions et cartes-matrice
Figure 6 : amplificateurs d'entée
En série avec A3 nous avons rajouté un amplificateur : A4
C'est un amplificateur d'instrumentation performant à la fois pour le gain, l'impédance d'entrée et le taux de réjection en mode commun. Il est constitué d'un étage différentiel haute impédance d'entrée associé à un étage simple de sortie.
Nous avons :
Figure 7
C'est un amplificateur contrôlé en tension de faible bruit, de grande dynamique, de faible distorsion et de grande capacité de charge (dBX 202).
L'amplificateur contrôle le courant entre l'entrée et la sortie ; cette sortie alimente la « masse fictive » de l'entrée inverseuse du convertisseur courant-tension qui suit (A2).
Pour des valeurs nominales d'entrée de 0,3 à 1 volt, R16 et
R2 doivent prendre la valeur 100K.
Pour cette valeur, le bruit est de 90 à 100 dB inférieur au signal.
Le VCA a une relation linéaire entre la tension de contrôle (attaque à travers A1) et le gain exprimé en dB (cf. I.4).
Ce type de filtre représenté permet de réaliser les trois fonctions du second ordre : passe-bas, passe-bande et passe-haut. Ces trois fonctions ne diffèrent que par un terme en p au numérateur ; il est donc possible à partir d'un passe-haut de réaliser un passe-bande et un passe-bas par intégrations successives.
Nous avons une indépendance absolue des paramètres.
L'utilisation de deux VCA dans ce montage permet de contrôler la fréquence de coupure suivant la relation :
fréquence de coupure (Hz) tension de commande en E (volts) 100 - 0,5 200 + 0,5 400 + 1,5 800 + 2,6 1600 + 3,7 3200 + 4,7 6400 + 5,7
C5 R5 et C7 R7 n'interviennent pas dans la détermination de la fréquence de coupure.
PR1 est destiné à prévenir des oscillations aux hautes fréquences.
Figure 8 : filtre (VCF)
Figure 9
Le signal à détecter passe d'abord par le premier amplificateur opérationnel (A1) monté en « buffer » ; puis il est dirigé sur le redresseur. A2 - D1 - D2 permettent d'effectuer un redressement double alternance du signal.
Le filtre passe-bas (C1 - R1) de fréquence fixe lise le signal obtenu.
Le signal alimente finalement l'amplificateur de sortie (A3). Celui-ci comporte un règlage du zéro en sortie et une compensation de l'offset ; la deuxième intégration permet de filtrer le bruit de l'amplificateur.
Après le « buffer » A1, le signal est redressé double alternance (A2 - D1 - D2) ; le niveau de référence est tel que pour un signal carré de 2 volts crête-crête à l'entrée, on ait 0 volts en sortie. D'1 permet de suivre une loi de variation exponentielle similaire a celle des diodes D'2 et D'3 de la boucle (ces diodes ainsi que D'4 appartiennent au même circuit intégré monolithique). La fonction réalisée jusqu'à présent est la valeur absolue du signal x : /x/
Le circuit équivalent aux étages précédents, A3 et les diodes en série D'2 et D'3 réalisent la fonction logarithmique :
2 log /x/ = log x2
Le coefficient 2 provient de la présence des deux diodes. D3 est destiné à protéger la contre-réaction d'éventuels signaux négatifs à la sortie de A3.
A4 et D4 permettent de prendre l'antilog du signal à l'entrée de A4 c'est-à-dire :
exp. [log x2 - V sortie de A5]
L'ensemble A4, A5, D4 et le double circuit RC (smoothing time) réalise la valeur efficace du signal que l'on a à l'entrée de l'étage. Le principe de la « parabole flottante » permet de prendre la valeur efficace (utilisation comme contre-réaction du signal continu de sortie obtenu après intégration du signal provenant de la parabole : y = ax2 ; la parabole variant dans le même rapport que le signal d'entrée.)
Le limiteur permet de réduire l'excursion négative de la sortie, pour des signaux à l'entrée inférieurs au niveau de référence, à - 58 dB.
Figure 10 : détecteur de valeur efficace vraie
Le type de montage utilisé pour chaque amplificateur est un montage différentiel dont on modifie la valeur d'une résistance entre l'entrée + et la masse (RLDR // R14pour A7) en actionnant la pédale.
Ainsi pour la position de la pédale telle que RLDR, est maximale on a en sortie de chaque amplificateur + 10 volts ; pour RLDR minimale , on a alors - 10 volts en sortie.
La tension de sortie évoluera donc entre - 10 et + 10 volts. S'3 et S'4 permettant l'inversion de cette variation.
La tension de commande utile est sélectionnée à travers P27 et P28 ceci pour S13 et S14 fermés.
Figure 12
Figure 13
Les figures 12 et 13 représentent respectivement les montages sommateurs et amplificateurs.
La sommation s'effectue en connectant des potentiomètres du tableau de commande, ce qui permet ainsi de doser chaque entrée le gain unité du sommateur est réalisé pour la position repérée 20 des potentiomètres.
Les amplificateurs A1 - A2 - A3 - A4, reliés à des potentiomètres ont un gain qui vérifie la relation :
A5 et A6 sont tels que le gain est fixé à - 1 (inverseurs).
Figure 11 : amplificateurs de pédale
Les deux modulateurs sont réalisés avec des multiplieurs analogiques 4-quadrants la fonction de transfert de tels multiplieurs est du type (X1 - X2).(Y1 - Y2) / 10 + Z2
La multiplication des deux entrées (signal et porteuse) nous donne un signal en sortie amputé plus ou moins de sa porteuse selon le degré de réduction de l'A.C. Feedthrough.
Le premier modulateur est représenté sur la figure 14 ; il ne comporte aucun règlage, cependant les erreurs sont inférieures à 1% Les niveaux d'entrée ne doivent pas dépasser 20 volts c.c.
S'5 permet de sélectionner le modulateur ou le troisième VCA.
Le deuxième modulateur (figure 15) comporte un système régulateur du niveau de sortie ; le facteur d'échelle (EFS) est ajusté pour se protéger de surcharges lorsqu'une des deux entrées dépasse 6 volts c.c. La constante de temps de recouvrement est fixée à 10s. (PR4)
PR1, PR2 et PR3 permettent le réglage de l'offset et du feedthrough.
Deux comparateurs A1 et A2 alimentés en symétrique dont la référence est la sortie, détectent le niveau crête du signal (X1) et de la porteuse (Y3).
Le troisième détecteur (A3) dont le niveau de référence est fixé au départ, nous servira à ajuster le facteur d'échelle (EFS) ; il fonctionne en boucle fermée comme un suiveur à gain unité, avec une capacité de charge. Une source de courant basse impédance (Q1) sert à charger cette capacité C7 (décharge dans R12 ; la sortie est utilisée à travers un suiveur haute impédance (A4).
La sortie du modulateur est égale au produit XYZ en volts avec :
lorsque les deux entrées sont inférieures à 6 Vcc
pour 6 < X < 20 Vcc avec Y < X
pour 6 < Y < 20 Vcc avec X < Y
Figure 14 : modulateur 1
Le schéma complet d'un limiteur avec des réglages externes est représenté ci-dessous (figure 16).
Figure 16
P1 permet de positionner la valeur continue du signal en sortie du premier amplificateur (A1). En D, nous avons l'entrée du signal à modifier auquel on peut ajouter une tension continue réglable ; c'est-à-dire que l'on positionne le signal par rapport à une valeur continue avec A (Lower break point) - Avec B (slope) on règle le gain sur le signal ainsi obtenu. Avec C (range) on règle la dynamique du signal de sortie. On peut représenter ces trois réglages selon le schéma :
Il est à noter que les trois réglages ne sont pas indépendants.
Figure 15 : modulateurs 2
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