Projet G5

Le son .... ce sont....des harmoniques.

Ôtez les harmoniques d'un son et il vous reste le doux sifflement d'un géné BF !

Alors pourquoi s'esquive-t-on sur la pointe des pieds dès que l'on en parle ? Pourquoi se contenter de déclarer qu'on préfère les harmoniques paires ( Merlin Blencowe parmi d'autres ) ou impaires ( plus rarement alors qu'elles règnent en maîtres dès le crunch puis l'overdrive) ?
La crainte de voir surgir les équations menaçantes des séries de Fourier ?

Voici la seule à titre d'exemple ( harmoniques uniquement impaires comme une majorité d'amplis high gain d'aujourd'hui)


Qu'on se rassure, dans cette discussion on en reste là pour les équations !

Le son sortant de nos amplis à tubes a été longtemps le fruit du hasard. En poussant le volume on obtenait (on obtient) une distortion intéressante qui n'était pas prévue par les fabricants ( Fender le premier) au point que les premières années et jusqu'au début des années soixante les pubs et les emballages arboraient fièrement "distortion free". ! On a ensuite poussé jusqu'à 100W et plus pour couvrir les hurlements du public si bien qu'au début des 70's il a fallu mettre des pédales à transistors devant pour avoir de la distortion sans casser les vitres ni s'écorcher les oreilles en répétition ou sur de petites scènes.

On vivait encore à l'ère du hasard



Avec le master volume de Marshall introduit en 1975 ( preamp 2203/2204) est avenue l'ère du preamp qui génère le crunch/overdrive/distortion . Il s'agissait de maîtriser le son au niveau du préampli.

Aujourd'hui c'est la règle chez tous les fabricants DUMBLE, SOLDANO, MARSHALL et même FENDER avec sa sous-marque EVH et le preamp du 5150.
Une analyse de Richard Kuehnel ( du SOLDANO SLO 100) est représentative de cette démarche ici :

"In 1987 Mike Soldano guillotines the traditional single-triode preamp. Instead, he offers gobs of gain crafted in a way to avoid the fizz, boost the sustain, and serve up creamy saturation to a relatively high-fidelity power stage. The SLO preamp, the electronics upstream of the effects send jack, is the star of Soldano's show. It represents a stunning achievement that marks this amp's place in history."

"En 1987 Mike Soldano guillotine le preamp traditionnel à triode unique. A la place il offre des déferlantes de gain travaillé de manière à éviter les moustiques , renforcer le sustain , et servir une saturation crémeuse à un ampli de puissance travaillant relativement en haute fidélité. Le préampli du SLO , l'électronique en amont de la boucle d'effets, est la star du show SOLDANO. Il représente une réalisation stupéfiante qui marque la place de cet ampli dans l'histoire".

Si l'on comprend bien , la partie puissance n'apporte plus de distortion mais donne dans la haute fidélité !!

Il y a sur Youtube une démo du SOLDANO SLO 30 ici :

https://www.youtube.com/watch?v=iIFjl8YYUo4&t=4s

Le guitariste s'étonne de retrouver avec le 30W la qualité du son du 100W et pour cause : c'est le même préampli qui fait tout le travail !

Tout est affaire d'harmoniques !

(..à suivre) ça va être long ! Je compte sur l'un d'entre vous pour me relancer et éviter le double post

C'est un sujet intéressant, je veux bien faire le relanceur

Si l'on comprend bien , la partie puissance n'apporte plus de distortion mais donne dans la haute fidélité !!

La "qualité" de la distorsion est sans doute plus maitrisable et reproductible au niveau du préampli.

Le guitariste s'étonne de retrouver avec le 30W la qualité du son du 100W et pour cause : c'est le même préampli qui fait tout le travail !

Et du point de vue commercial, ça permet d'avoir toute une gamme de puissances avec le même son

La "qualité" de la distorsion est sans doute plus maitrisable et reproductible au niveau du préampli.

Carrément et cela permet d'avoir une grosse disto même à faible volume.
Bon après une disto de lampe de puissance ça n'a pas la même gueule: comportement différent entre une triode et un pentode/tetrode.

Je trouve les disto des petits amplis poussés à fond bien sympatiques et cracra: j'adore le blues roots

dilet a écrit : 30 oct. 2023, 15:16
La "qualité" de la distorsion est sans doute plus maitrisable et reproductible au niveau du préampli.

C'est bien ça. On est passé de l'ère du hasard à celui de la nécessité au sens où si A=B et B=C alors nécessairement C=A !

Dr. Nonosse a écrit : 31 oct. 2023, 15:16
Je trouve les disto des petits amplis poussés à fond bien sympathiques et cracra: j'adore le blues roots

Bon là Dr on est hors sujet : les disto des petits amplis poussés à fond sont le fruit du hasard et c'est la partie puissance qui entre en jeu . Le mécanisme n'est pas bien clair et ça mérite un article complet bien distinct de celui-ci ( je vais voir ça)

Pour revenir à nos moutons la démarche qui consiste à "fabriquer" la disto au niveau du préampli remonte aussi aux débuts de l'ampli guitare à transistors où on ne pouvait compter sur la partie puissance pour saturer : il fallait ( il faut toujours) agir par petites touches dans la partie préampli.

Alors reprenons les harmoniques . Comme on l'a dit les harmoniques sont évidemment présentes dans tous les sons clean et saturés.
Exemples en clean avec un micro Gibson 498T , voici les 11 premières harmoniques d'un LA 5ème corde d'abord ( 110 Hz) :



puis d'un autre LA sur la 1 ère corde , 5 ème case :





On voit que toutes les harmoniques sont présentes sans discrimination paires / impaires . Il en va tout autrement lorsque l'on sort des linéarités dans le processus d'amplification en poussant le gain !

On voit ça et là des intervenants sur Youtube , la plupart anglophones et pas plus antipathiques que ça "expliquer" la différence quand on monte le gain entre le son à tubes et le son à transistors à peu près comme ceci :
" les tubes génèrent des overtones plus doux avec des harmoniques paires alors que les transistors sortent plus brutalement des tonnes d'harmoniques impaires"

La vérité est que les deux sortent ce qu'on leur demande de sortir à condition de leur demander poliment .

Du point de vue théorique ce sont les mathématiques qui nous apprennent que lorsque l'on déforme une sinusoïde de manière parfaitement symétrique , on produit des harmoniques qui sont aussi des sinusoïdes avec des fréquences multiples de la fondamentale mais la symétrie annule les multiples paires !



Voici l'exemple d'un signal carré de 440 Hz parfaitement symétrique : la symétrie doit être respectée, sur la période, et par rapport au centre de symétrie matérialisé par l'étoile rouge. Ceci implique également que le rapport cyclique ( rapport niveau haut sur niveau bas ) soit exactement de 1/2 ou 50 % ( duty cycle en anglais) . Dans ce cas l'analyse spectrale à gauche montre des harmoniques paires très très réduites et inaudibles dans la réalité ( le signal a été produit par un ampli et un géné BF) . La première harmonique paire à 880 Hz est à -36 dB de la fondamentale soit un rapport en niveau de 63 soit pratiquement 4000 en puissance !

Supposons maintenant un montage de triode en cathode commune soigneusement polarisé pour offrir le maximum de headroom : typiquement RA = 100 k , Rk = 1k5 et Ck = 10 µF par exemple , donc un montage qui passerait aussi en HIFI :





On voit sur la droite de charge que les points de polarisation pour des valeurs de Rk = 1k5 ou 1k8 et pour Rk parfaitement découplé sont à peu près équidistants de la saturation ( Ug=0V) et du cut-off ( Ia =0), autrement dit le "clipping" va survenir à peu près simultanément sur les deux extrêmes , produire une distortion symétrique et donc des harmoniques impaires puisque les paires seront éliminées par la symétrie !

Voici le schéma du montage destiné à produire la saturation dans le Dumble ODS qui est introduit entre le préampli et l'ampli de puissance au moyen d'un switch lorsque l'on bascule de clean à drive :



Cet étage produit typiquement des harmoniques impaires en théorie.



Dans le signal envoyé à la puissance les harmoniques paires sont présentes mais en retrait car le cut-off est légèrement plus brutal que la saturation , mais à l'oreille bien malin qui peut distinguer les impaires des paires.

Pour rester dans la théorie voyons maintenant la génération d'harmoniques paires.

Disons tout de suite qu'il n'existe pas dans la vraie vie de sons constitués d'harmoniques paires . Il faudrait pour cela éliminer les harmoniques impaires ( je vous laisse imaginer les conditions : décentrer le centre de symétrie de la période avec le rapport cyclique correspondant etc ... , bref , laissons tomber! ). Alors qu'est-ce que c'est que ces harmoniques paires que certains "préfèrent" ? En fait ce sont des harmoniques qui sont présentes , à leur place dans le spectre et avec des amplitudes comparables aux harmoniques impaires . Pour être sûr de leur présence dans un signal saturé il suffit de déséquilibrer le signal . On va trouver ces circuits par exemple dans les préamplis Marshall ou Soldano mais jamais l'objectif n'est de produire des harmoniques paires !


Ex : l'étage 3 du SOLDANO SLO 100 50 et 30 :



Avec sa résistance Rk de 39k ( voir la droite de charge ci-dessus) non découplée le headroom est considérablement augmenté côté saturation mais on est très prêt du cut-off et la sortie se présente ainsi :



Le gain est faible (2) et l'objectif est d'alimenter l'étage 4 avec le plus d'amplitude possible . Le signal est donc riche en harmoniques paires en sortie de l'étage 3 en raison de la dissymétrie :

CPA = cliquer pour agrandir


mais l'étage 4 rétablit la préférence pour les harmoniques impaires !

CPA


Voir le beau signal ( en rouge) et son spectre qui montre l'harmonique 2 en retrait de 25 dB par rapport à la fondamentale alors que l'harmonique 3 est à -10 dB seulement et ainsi de suite.

Ce préampli se termine par un tonestack et derrière un tonestack tout peut arriver ! En fonction de la corde, de la note jouée , du gain etc... les harmoniques peuvent se distribuer tout à fait autrement : la répartition paires/impaires peut même s'inverser en haut du spectre.

Ainsi si l'on veut un tant soit peu maîtriser les harmoniques produites il est préférable de mettre le tonestack devant les étages de gain , comme sur le DUMBLE ODS.

Ceux qui "préfèrent les harmoniques paires" n'aimeront donc pas forcément le son du DUMBLE ODS saturé comme ici à 6:28 et surtout à 12:35 et typé harmoniques impaires :

https://www.youtube.com/watch?v=sKunm4Z1IXA&t=6s


On a sûrement entendu aussi des harmoniques paires là-dedans !

Pourtant il n'est pas très difficile de générer des sons soit avec des harmoniques impaires seules (ou presque) soit avec des harmoniques complètes avec les paires à leur place.
Pour ce faire j'ai fait un petit montage qui répond au principe suivant :



J'ai fait l'analyse spectrale en temps réel en agissant sur le potentiomètre de MIX sur le schéma et fait apparaître et disparaître les harmoniques paires à volonté ! Il s'agit du LA 440 Hz 1 ère corde , 5 ème case

https://www.youtube.com/watch?v=yVl09ZNdV-4&t=6s

Moralité c'est facile à faire. Donc si personne ne le fait c'est que d'un point de vue musical ça n'aurait aucun intérêt ?
Possible

Qu'en pensez-vous ?

L'exemple du signal carré symétrique me rappelle mes travaux dirigés de traitement du signal quand nous tentions péniblement de reconstituer un signal carré en ajoutant dans les bonnes proportions des sinusoïdes de fréquences harmoniques (impaires, bien sûr; ça en ferait un peu moins, pensions-nous...) à la calculatrice et sur papier millimétré: c'était au siècle dernier...
Même avec les bons coefficients, il en fallait beaucoup pour remplir les angles et calmer l'ondulation du plateau; comme le disait mon prof de l'époque, il en fallait précisément une tétrachiée, ce qu'on voit bien sur le spectre de l'exemple.

Pour en revenir au sujet, les positions semblant en effet assez tranchées entre partisans des paires et des impaires, vouloir mélanger les deux va relever de la haute trahison d'un côté comme de l'autre !

Donc si personne ne le fait c'est que d'un point de vue musical ça n'aurait aucun intérêt ?

Peut-être aussi une forme de conservatisme: si on ne l'a pas fait jusque là, c'est que ça n'a pas d'intérêt...

Plus sérieusement, je trouve l'idée très intéressante !
Tu vois ça sous la forme d'un effet (pour G5 ?) ou d'un ampli à part entière (au prix où se vendent les Dumble OD... ) ?

dilet a écrit : 08 nov. 2023, 1:19 reconstituer un signal carré en ajoutant dans les bonnes proportions des sinusoïdes de fréquences harmoniques (impaires, bien sûr; ça en ferait un peu moins, pensions-nous...) à la calculatrice et sur papier millimétré: c'était au siècle dernier...
Même avec les bons coefficients, il en fallait beaucoup pour remplir les angles et calmer l'ondulation du plateau; comme le disait mon prof de l'époque, il en fallait précisément une tétrachiée, ce qu'on voit bien sur le spectre de l'exemple.

Mais avec une calculatrice programmable ç'aurait été plus simple ! L'équation en haut en fait est celle d'un signal carré parfait et si on fait ω =2 π f on a 4 π ( sin ωt + 1/3 sin 3ωt + 1/5 sin 5ωt + etc ...) donc un bête calcul itératif.

Pour en revenir au sujet, les positions semblant en effet assez tranchées entre partisans des paires et des impaires, vouloir mélanger les deux va relever de la haute trahison d'un côté comme de l'autre !

Oui c'est ça. Le plus rigolo est qu'il semblent s'y retrouver. Déjà au niveau du préampli on n'y voit qu'à moitié clair surtout si un tonestack suit l'étage de gain et que les harmoniques dépendent aussi du réglage des tonalités mais il y a toujours un ampli de puissance qui déjà en clean apporte ses propres harmoniques ( un SE aura tendance à restituer voire ajouter des harmoniques paires et un Push-pull des harmoniques impaires !) sans parler du HP qui va y aller de sa personnalité !

Sans compter qu'un signal de guitare ne se réduit pas à une bête sinusoïde : la moindre note est constituée d'une tétrachiée de sinusoïdes qui s'intermodulent en ajoutant les sommes et différences des fréquences et un Push-pull rajoute un tant soit peu de la distortion de croisement.

Tu vois ça sous la forme d'un effet (pour G5 ?) ou d'un ampli à part entière (au prix où se vendent les Dumble OD... ) ?

Pour un effet c'est un peu compliqué quoique. Le G5 20th je ne sais pas ce qu'il produit mais c'est une idée , je vais reprendre la simu pour voir.

Non, mon projet est de monter un ampli expérimental carrément. J'ai déjà toute la partie puissance et alim : c'est un Bassman 59 5F6-A avec de bons transfos. Pour jouer le rôle de la partie HIFI comme dit R.Kuehnel c'est idéal . C'est le préampli qui sera original, c'est le moins qu'on puisse dire. Si ça ne donne rien je pourrai toujours revenir en arrière, de toute façon ce sera un très bon ampli !
Voilà le synoptique :

CRA

Mais avec une calculatrice programmable ç'aurait été plus simple !

Comme c'était hors sujet (mais c'était pour la bonne cause: il fallait relancer ), j'ai été un peu rapide et pas assez clair: le but du TD était de calculer les coefficients (question de cours, facile) puis de tracer sur papier millimétré H1 (la fondamentale, une sinusoïde donc), puis H1+H3, H1+H3+H5, ... (avec les coefficients) pour voir à quel moment le signal résultant commençait à "devenir carré"; pas vraiment très vite...
A l'époque (1980), peu d'étudiants avaient une calculatrice programmable (ça coutait encore très cher); c'est après quelques TDs et TPs de ce genre que j'ai fini par en demander une au Père Noël en voyant comme ceux qui en avaient gagnaient du temps (quand ils ne se trompaient pas dans la programmation); j'ai reçu une HP 34C (210 pas de programme ) et depuis je suis resté un fan de la notation polonaise inverse (j'ai toujours une HP 35S) ce qui me fait passer pour un original (mais personne ne m'emprunte ma calculatrice ).
Quand je vois les calculatrices graphiques d'aujourd'hui sur lesquelles on peut faire ça en 2 minutes...
Fin du hors sujet !

Pour un effet c'est un peu compliqué quoique.

Certes, plutôt un rack qu'une pédale...

Le G5 20th je ne sais pas ce qu'il produit mais c'est une idée

Je me posais la question sur une base G5 20th en s'intercalant au niveau de la boucle d'effet.

mon projet est de monter un ampli expérimental carrément

Sacré projet et sacré ampli !
Le deuxième tone-stack (débrayable) après le mélange, ça ne risque pas de tout gâcher ou c'est juste "pour voir" ?

dilet a écrit : 08 nov. 2023, 23:40

Mais avec une calculatrice programmable ç'aurait été plus simple !

Comme c'était hors sujet (mais c'était pour la bonne cause: il fallait relancer ), j'ai été un peu rapide et pas assez clair: le but du TD était de calculer les coefficients (question de cours, facile) puis de tracer sur papier millimétré H1 (la fondamentale, une sinusoïde donc), puis H1+H3, H1+H3+H5, ... (avec les coefficients) pour voir à quel moment le signal résultant commençait à "devenir carré"; pas vraiment très vite...
A l'époque (1980), peu d'étudiants avaient une calculatrice programmable (ça coutait encore très cher); c'est après quelques TDs et TPs de ce genre que j'ai fini par en demander une au Père Noël en voyant comme ceux qui en avaient gagnaient du temps (quand ils ne se trompaient pas dans la programmation); j'ai reçu une HP 34C (210 pas de programme ) et depuis je suis resté un fan de la notation polonaise inverse (j'ai toujours une HP 35S) ce qui me fait passer pour un original (mais personne ne m'emprunte ma calculatrice ).
Quand je vois les calculatrices graphiques d'aujourd'hui sur lesquelles on peut faire ça en 2 minutes...
Fin du hors sujet !

Pour rester hors sujet , j'ai personnellement commencé avec une règle à calcul (la calculatrice n'existait pas) et j'ai fini avec une HP48 . On partage donc le même intérêt pour la notation polonaise inversée

mon projet est de monter un ampli expérimental carrément

Sacré projet et sacré ampli !
Le deuxième tone-stack (débrayable) après le mélange, ça ne risque pas de tout gâcher ou c'est juste "pour voir" ?

Le deuxième tonestack n'est là que dans les cas où il s'avèrerait utile. D'ailleurs étant de type Big Muff il se résume à un simple potentiomètre de tonalité. J'ajoute que je ne pars pas au hasard : je fais d'innombrables simulations à l'aide de cet outil merveilleux qu'est LTSpice
Je vais détailler tout ça dans la rubrique dédiée

Toujours très intéressant les amis: je prends un verre et j'écoute.

les disto des petits amplis poussés à fond sont le fruit du hasard et c'est la partie puissance qui entre en jeu . Le mécanisme n'est pas bien clair et ça mérite un article complet bien distinct de celui-ci ( je vais voir ça)

J'en suis fort curieux, cela me ferai bien plaisir. Mais oui HS complet

Pour poursuivre le hors sujet, j'ai aussi utilisé la règle à calcul au lycée et je l'ai encore: la perplexité des (jeunes) gens devant cet outil m'amuse toujours; pas de décimales superflues, ni de piles à remplacer, l'outil de l'avenir en ces temps de sobriété énergétique...
J'avais un peu travaillé avec une Curta en sixième en cours de maths (je me demande bien pourquoi on nous avait montré ça...); j'en ai trouvée une d'occasion il y a quelques années: là, ce n'est même plus de la perplexité !

Mais revenons à nos moutons:

Le deuxième tonestack n'est là que dans les cas où il s'avèrerait utile. D'ailleurs étant de type Big Muff il se résume à un simple potentiomètre de tonalité.

Quelque chose comme ça ? C'est effectivement minimaliste...

Avec d'autres valeurs, mais c'est ça. Minimaliste mais efficace. J'aime bien : un PB et un PH en compétition autour d'un potard !

Avec d'autres valeurs, mais c'est ça.

Je m'en doutais.
C'est un extrait de schéma de Big Muff avec les valeurs qui y figuraient...
Je n'ai pas trouvé comment ne pas afficher le nom de l'image pour un fichier joint (pas de problème quand c'est un lien).
Comme tout le monde semble y arriver, je suis vraiment mauvais là...
EDIT: sans doute un enchainement de mauvaises manips, j'y suis arrivé aujourd'hui sur un autre post

Je suis en rodage sur JSchem pour pouvoir faire des schémas perso; c'est toujours plus clair que de longues phrases.
J'ai vu qu'il y a une version Mac de LTspice; ce sera bien pour occuper les longues soirées d'hiver...
EDIT: JSchem a un fonctionnement un peu erratique (Mac en 10.15), je passe donc sur l'éditeur de schéma de LTspice...

Minimaliste mais efficace.

Et sans trop de risques de "saboter" le mélange d'harmoniques, du coup...

Tu en es encore au stade des simulations ou tu as déjà attaqué un proto ?

Hé hé, je rejoins le club de la NPI avec ma HP41CV (ou CX, faudrait que je vérifie). Vu le coût actuel de ces bécanes, le jour où elle meurt, je serai bien malheureux ! J'ai également usé de la règle à calcul au lycée, puis de la TI58C avant de basculer du côté NPI de la Force

Passionnant cette discussion autour des harmoniques paires / impaires !

Comme vous, j'avais lu et admis que les harmoniques paires étaient plus douces à notre oreille que les impaires, soit !

Par ailleurs amateur de la Tube Scraper, j'en avais conclu qu'elles diffusaient de jolies harmoniques paires gambadant nues dans les prés, entourées de fleurs et de papillons multicolores (#allégorie) ; alors qu'une dispo à la Marshall montraient de méchantes harmoniques impaires aux crocs acérés (brrrr)

Un jour, muni d'un analyseur plug-in FFT tombé de camion, je me suis amusé à injecter 500Hz avec un géné BF dans quelques pédales pour voir ce que ça donnait.

Malédiction ! Ma douce TS générait des harmoniques impaires ! (et la tronche du signal après la TS - En bleu au dessus, signal issu du géné BF) :
Poursuivant ce test satanique et déroutant (pour moi), je passais à une (chouette) Guvnor : les impaires sont toujours là, mais les paires ne sont pas ridicules : (signal en sortie de la guvnor) :

Et enfin avec une FuzzFace (bon, là, c'est un ouragan, on s'en prend un peu plein la gueule) : (signal en sortie de la FF - Vous noterez que le signal en entrée, en bleu au dessus, en prend plein la gueule et il est déformé par la pédale qui suit !) :

bilbo_moria a écrit : 12 nov. 2023, 13:41

Passionnant cette discussion autour des harmoniques paires / impaires !

Malédiction ! Ma douce TS générait des harmoniques impaires !

Oui, il faut se rendre à l'évidence : chez Marshall, Soldano, feu Dumble et autres on ne jure que par les impaires. Les paires ne font de temps à autre que de la figuration (maîtrisée ! )

dilet a écrit :
Tu en es encore au stade des simulations ou tu as déjà attaqué un proto ?

J'ai déjà démonté un proto de proto ! Je commande les derniers composants !

bilbo_moria a écrit :Hé hé, je rejoins le club de la NPI

Bienvenue ! Je ne pense pas que l'on ne soit que trois...

jptrol a écrit :Je commande les derniers composants !

Patience, alors...

Donc, si j'ai bien suivi les explications et pour résumer très grossièrement, en sortie du mélange on obtient avec le potar à une extrémité un son type Tube Screamer (100% impaires), à l'autre un son type Guv'nor (paires et impaires "équilibrées") et, entre les deux, on dose la quantité de paires. C'est bien ça ?