Brevet FR2750526A1 — publié le 19980102

DISTORSION POLYPHONIQUE ANALOGIQUE POUR GUITARES ELECTRIQUES Historique Pour renforcer la portée de leurs instruments, les mucisiens enfilaient quelques petites perles de verre à la base des cordes. Cela génère des harmoniques, donnant un son brillant aux musiques traditionnelles. De leur côté, dès le début des années 1950, les guitaristes se sont rendu compte qu'un amplificateur poussé à saturation donnait une présence et un sustain irremplaçables. L'approche de l'instrument est boulversée. La guitare passe du role d'accompagnement et de rythmique, au solo. Le son saturé très riche en harmoniques tient alors une place comparable à celle du violon dans la musique classique. Etat de la technique. Les effets de saturation sont devenus le complément indispensable des guitares électriques. Les systèmes assurant la distorsion par écrétage et filtrage du signal se sont multipliés, liés à différents styles. Les amplificateurs de puissance eux-même ont un canal saturable utilisant en général une double triode. Cette approche impose malheureusement à l'instrument des limites étroites. En effet, le signal d'une seule corde, dans un amplificateur saturé, génère une série harmonique de Fourrier, parfaitement dictincte dans l'orchestre. Un accord de deux notes, créée un battement encore utilisable musicalement Au-delà de trois cordes,en forte saturation, l'instrument génère un bruit rose inutilisable. De plus les vibrations résiduelles des cordes, perturbent l'expression de la corde active et rendent le jeu inconfortable. Quelque soient les développements techniques de ces effets, ils ne permettent pas de jouer en plein accord, car ils ne sont pas polyphoniques. Ainsi ce que l'instrument gagne en impact, est perdu en harmonie. La plupart des six cent accords répertoriés, ne peuvent hêtre joués. OBJET DU BREVET L'objet du brevet est de proposer une solution réellement polyphonique en sons clairs comme en sons satures. - Dans un cadre strictement analogique - En respectant l'usage et l'ergonomie de l'instrument - Sans faire appel aux techniques d'émulation digitales, peu compatibles avec la distorsion, comme le montre le retour récent des tubes dans les multi-effets haut de gamme. La clef de voute du système polyphonique est un micro cellulaire qui permet de séparer les signaux de chaque corde, avec une excellente diaphonie de l'ordre de 55 dB, tout en respectant la sonorité des micros classiques qui sont des références sonores bien établies. Les étages préamplificateurs , installés sur l'instrument, permettent une utilisation traditionnelle et des liaisons sans parasites. La guitare délivre ainsi le son de ses deux micros en mono ou stéréo sur un jack standard. Parallèlement la sortie héxaphonique peut etre dirigée sur une console de mixage offrant toutes les possibilités imaginables de traitement corde par corde en studio. Cette configuration représente une évolution comparable à celle qui a remplacé la stéréo directe par l'enregistrement multipiste. Distorsion polyphonique Pour exploiter pleinement les possibilités offertes par le micro héxaphonique l'instrument dispose d'un rack ( coffret normalisé ) de contrôle à six voies optimisées suivant l'algorithme - Noïse Gate ( réducteur de bruit ) compresseur -- Tonalité 1 - VCA ( potentiomètre électronique commandé en tension) - Saturation Ampli OP - 3 Correction -- Saturation TUBE - Mixage des six voies - Tonalité 2 - Post saturation L'optimisation des voies consiste à choisir pour chaque corde, les paramètres les mieux adaptés:- valeur des capacités du correcteur de tonalité 1 - valeur des selfs de correction L1 à L6 ainsi que L7 à L 12. - temps de réponse de Gate (seuil de passage)et Compression. Les paramètres réglables sont: - Volume du son clair - Tonalité - Taux de saturation (reporté sur l'instrument). - Seuil de Gate - Seuil de compression. Les six voies et le son clair sont mixés avant le contrôle général de tonalité 2 Enfin la post-saturation (Drive ) utilise une double triode en cascade. Ce tube reçoit la somme des signaux des étages précédents. Son niveau de saturation permet d'assurer toutes les transitions, entre la distorsion polyphonique et la distorsion traditionnelle. I1 en résulte quatre familles de sons: -- Les sons clairs, micro, micro2: -- Les sons saturés polyphoniques: La séparation des voies permet de conserver une polyphonie parfaite en sons saturas. - les accords sont brillants parfaitement définis. - les harmoniques (voies interieures) ressortent clairement. - la résonnance des cordes libres ne gène pas les cordes actives. - la réponse de l'instrument est plus rapide car il n'est plus necéssaire d'étouffer la corde active avant d'attaquer la suivante. n en résulte une précision, et une liberté de jeu incomparable. -- Les sons saturés traditionnels: Pour préserver la polyvalence de Pinstrument, le rack comprend un circuit de saturation traditionnel comutable à partir de l'instrument, en roccurence l'étage de Post-saturation. Les sons hybrides: Sons clairs + sons saturés polyphoniques + saturation générale donnent une grande versatilité du crunchy ( distorsion légère utilisée pour les rythmiques ) le plus léger à la distorsion la plus violente. Tous les sons sont commutables à partir de l'instrument par des commutations opto-électroniques LED + Photorésistance donc silencieuses. DESCRIPTION DU SYSTEME Le Micro 2 - Polyphonique -- Planche 1 - 3. Le micro est constitué par une carcasse cellulaire ( 1 ) en tôle de Mu métal (alliage à forte perméabilité magnétique), supportant les bobinages ( 2 ) et les pièces polaires ( 3 ) . La tôle soudée, d'une épaisseur de 4/10 de mm, assure la ngidité et un excellent blindage magnétique des voies entre elles. Les douze bobinages en fil de 3/100 de mm sont montés en série deux par deux. Pour chaque cellule, l'inductance correspond à la moyenne des micros Humbucking standards, à savoir 8 henry, résistance 7 K et résonnance à 3 Khz. Les pièces magnétiques ( 3 ) supportant les bobinages sont des cylindres 1 d'alliage férro- nickel à forte perméabilité. Le champ magnétique est fourni par 12 aimants frittés miniatures à haute coercitivité ( 4 ). L'intensité du champ magnétique et l'entrefer de la pièce de bouclage magnétique ont une influence iniportante sur la sonorité, en particulier sur le transitoire d'attaque. Les cordes graves filées réclament des aimants plus puissants, pour relever le transitoire d'attaque. A l'inverse, les cordes pleines aigues gagnent en sustain ( durée de la note ) dans un champ magnétique plus faible. Les différences de niveau de sortie sont facilement compensées par rajustement du gain des pré-amplificateurs. Ce micro réclame un positionnement précis. L'alignement des pièces polaires suit une courbe parralèle au chevalet, afin de maintenir une distance "D", égale avec chaque corde. Le niveau moyen des pièces polaires est situé à l mm en dessous ,du niveau moyen de la carcasse. Ceci améliore nettement la diaphonie sans nuire à la sonorité. L'ensemble enfin est noyé dans une résine chargée d'amortir les vibrations parasites susceptibles de crééer un larsen. Electronique sur l'instrument -- Planche 2 - 3. Le micro grave 1 est un humbucking ( micro à double bobinage insensible aux parasites extérieurs ) classique, satisfaisant pour les fréquences graves qu'il doit traiter. ll alimente le sélecteur " S "sur l'instrument et le mixage général dans le rack. Cette disposition conserve à l'instrument son usage traditionnel. Le micro 2 aigu héxaphonique prend en charge la polyphonie, traite les signaux complexes, formés de nombreux harmoniques, qui traduisent les nuances musicales. Les signaux de chaque corde sont d'abord préamplifiés par les ampli OP faible bruit" CI 1 à CI 6", avec un gain de 5 en moyenne . Le niveau atteint 1 V, pour une impédance de 600Ohms permettant une liaison sans parasites par un cable multipaire, via le rack. Sur l'instrument le commutateur Boost ( gain supplémentaire) permet d'augmenter le gain des préamplificateurs de 5 à 30, pour un son très saturé. Un BUS permet d' introduire un pourcentage de diaphonie, réglable de O à 100%, si on le désirer Parallèlement-les stnaux des six cellules sont dirigés sur les amplis OP "CI 7 à CI 12" circuits bouchons gain de 6, en vue d'un mixage dans le réseau "P 1 à P 6". On dispose ainsi du son clair, micro 2 aigu, en mono, sur l'instrument L'électronique de rinstrument peut être alimentée sur batterie. Cela permet une utilisation autonome sans le rack de contrôle, tout en disposant d'une sortie hèxaphonique utilisable sur une console de mixage ou d'enregistrement. Le rack de contrôle -- Planche 3 - 3 La suite d'effets classiques les plus utilisés par les guitaristes sont: - Tonalité -Volume - Noise Gate compresseur - Ampli OP saturé - Tube trïode saturé - Tonalité générale - Ampli de Puissance. La polyphonie nécessite six voies indépendantes complètes. Chacunes d'elles est optimisée par la valeur de certains composants, pour les fréquences qu'elles traitent: -- Selfs de corrections -- Capacité conditionnant le temps de réponse de Gate et de compression. Dans un micro traditionnel, la vibration d'une corde active 1/6" de l'inductance. Les 5/60 restants, représentent l'inductance passive. Dans un micro polyphonique, r inductance est entièrement active. Pour retrouver l'équilibre sonore habituel, il faut donc ajouter des inductances passives dans les 6 voies (LlàL6 et L7 à L12 ). Noïse gate compresseur Les deux fonctions sont regroupée dans un seul CI comprenant deux détecteurs de pleine onde, deux Log de conrôle, deux VCAs. Le noïse gate atténue les bruits parasites et la résonance des cordes libres, qui est sensible en forte saturation. Le temps de réponse du noïse gate permet aussi d'atténuer les attaques du micro aigu quand on le désire. Le compresseur de son coté, permet d'augmenter le sustain en saturation légère. Tonalité 1 Le contôle de tonalité 1 est un circuit LC, 3 positions + LR, 3 positions . L est fixe, C et R varient par bonds grace à un commutateur six voies, six positions. Ce filtre LC + LR, par ses résonnances, donne des résultats plus intéréssants que les filtres RC équivalents... VCA Les VCAs permettent le contrôle simultané du taux de saturation des six voies, par une seule commande reportée sur l'instrument. Cette disposition respecte l'usage du volume dans une configuration classique. Ampli OP saturés Les amplificateurs OP saturés sont à deux étages MOS, montés en cascade. Le premier travaille en limite de saturation; le second en saturation selon le réglage des VCAs. On remarque trois ampli OP sur six sont montés en inverseurs. Cette disposition permet de faire travailler les étages triodes en opposition de phase trois par trois. Selfs de correction L 7 à L 12 Les selfs L7 à L12 intercalés entre l'étage saturé CI et les tubes triodes atténuent les harmoniques en excès, crééent des formants, exercent un effet de compression favorable au sustain. La valeur des selfs influence la "couleur "de l'instrument. Etageàtube Les doubles triodes saturées T1 à T6 sont utilisées en raison de la distorsion très particulière des tubes. Ceux-ci favorisent les harmoniques pairs, autrement dit en rapport d'octave avec la note fondamentale. Les triodes saturées génèrent des impulsions dissymétriques. On retrouve ces impulsions en push-pull, après rétablissement de la phase dans le mélangeur. Ce système évite l'effet de pompage sur les accords et joue un rôle important dans la qualité de la polyphonie. Mixage. Les six voies sont mixées, trois par trois. -- Les voies 1, 3, 5 en phase d'une part, -- Les voies 2, 4, 6 hors phase d'autre part -- La phase est rétablie par le mélangeur. Sélecteur de fonctions: S PL 2-3 Ce sélecteur à deux circuits, trois positions, reporté sur l'instrument commande les interruptews opto-électroniques. Position 1: son claif, micro 1, micro 2. Position 2: distosion polyphonique + son clair. Position 3 : distorsion traditionnelle. La sélection micro 1, micro 2, est commandée par le déplacement axial du potentiomètre du volume, son clair sur l'instrument La commande du taux de saturation ( VCAS ) également sur l'instrument, utilise un potentiomètre indépendant. Contrôle de tonalité 2. Les fonctions sélectionnées sont adréssées au correcteur de tonalité à quatre bandes:Basse; Médium 400 Hz; Présence 3000 Hz; Aigue. Le correcteur utilise des selfs pour les fréquences 400 et 3000 Hz. Post saturation drive. L'étage drive utilise une double triode montée en cascade. Les niveaux d'entrée et de sortie sont contrôlés par deux potentiomètres. De sorte que le taux de saturation de cet étage reste indépendant des tensions d'entrée. Ce système permet d'assurer toutes les transitions du son clair au son saturé classique et, toutes les transitions du son saturé polyphonique au son hybride. REVENDICATIONS 1 ) Système pour le traitement polyphonique de la distorsion, utilisant des moyens strictement analogiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - un micro 2 héxaphonique cellulaire. - un préamplificateur six voies installé sur l'instrument, assurant des liaisons sans parasites, ainsi que le mixage 1 des voies pour le son clair du micro 2, - un rack de contrôle comprenant six voies saturables, indépendantes et analogiques, un mélangeur 2, six voies plus le son clair; un correcteur de tonalité et un étage de sortie saturable à tube. 2 ) Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le micro héxaphonique est constitué par une structure cellulaire, six cellules indépendantes aménagées dans une carcasse en tôle de Mu- métal qui permet d'atteindre une diaphonie supérieure à 55 dB entre les voies contigues, la stucture cellulaire du micro assurant le blindage magnétique des voies entre elles. 3 ) Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque cellules du micro est constituée par un assemblage d'aimants miniatures, de pièces polaires à forte perméabilité en ferro-nickel supportant les bobinages. 4 ) Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que les pièces polaires sont placées en retrait sur le niveau de la carcasse blindage en Mu-métal, séparant les champs magnétiques des cellules entre elles 5 ) Système selon la revendication l, caractérisé en ce que les pré-amplificateurs installés sur rinstrument assurent l'autonomie de l'instrument sans son rack. 6) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optimisation des voies consiste à choisir, pour chacune, les caractéristiques optimales, adaptées à la corde correspondante. Sont choisies: -- la valeur des selEs de corection L 1 å L 6 - IJ 7 å L 12. -- la valeur des capacités conditionnant le temps de réponse de l'expansion compression. 7 ) Système selon la revendication l, caractérisé en ce que les étages saturés utilisent six doubles triodes, travaillent en push-pull, les voies 1.3.5 en phase, les voies 2.4.6 en opposition de phase. 8 ) Système selon la revendication l, caractérisé en ce qu'un étage de post saturation à tube repolit les signaux : son clair micro 1, micro 2, sons polyphoniques saturés, cet étage est chargé d'assurer les transitions entre les différentes saturations polyphoniques et traditionnelles. 9 ) Système selon la revendication l, caractérisé en ce que les commandes essentielles du rack sont reportées sur l'instrument : volume du son clair, sélecteur de fonction, taux de saturation, les fonctions reportées étant opto - électroniques donc silencieuses.