Sommaire :
Génèse du projet
Présentation
Alimentation et autres choix
Schéma de principe
Parlons électronique
Les commutateurs
La rythmique
Les filtres passe haut et bas
Le code
Coté Arduino
Schéma de principe
Coté PC
L'interface utilisateur
Fenêtre principale
Bloc Note Audio
Photos
Vue d'ensemble
Vue de dos
L'afficheur
Une carte électronique
La carte Arduino
L'alimentation
Le pédalier
En guise de conclusion

Le tout début fut l'achat d'une guitare type Stratocaster en kit à 63.00€ chez Thomann.  Et c'était parti pour le bricolage, la bidouille... Activité que j'ai toujours fait, pour des raisons économiques, quand j'étais jeune et pour le plaisir aujourd'hui. Double plaisir, celui de faire et celui d'être à nouveau dans le mainstream : DIY ! (Do It Yourself, ça fait mieux que bidouille a 2 balles il parait...).
La 2ième étape fut la recherche du son de guitare que j'avais en tête. J'avais plusieurs options. La plus simple, l'achat d'un multieffet avec plein de simulateurs d'amplis. Mais je n'aime pas les simulations et de plus ça fait pas DIY.. J'ai donc fouillé dans mes vieux coucous et récupéré un delay Boss des années 80 et surtout une vieille pédale dont il ne restait plus que la carte électronique, un phasing SmallStone d'Electroharmonix version 1978.  Elle sonnait toujours aussi bien et pas qu'un peu. Ca remplacerait presque un poële à bois tellement c'est chaud et puis ça ne peut pas être simuler un son comme ça. J'ai complété le tout par un préampli à lampe tout neuf (Art Tube Amp), le DIY a ses limites. Il faudra quand même que je change la lampe un de ces jours, il parait qu'on arrive à un son des plus chaud en prenant des lampes triées à la mains voir des lampes originales des années 50 ou 60....

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PRESENTATION DU PROJET (Haut de page)

La première chose à penser lorsqu'on se lance dans un projet électronique, c'est l'alimentation électrique. Il y a plein de possibilités, il faut donc choisir. Le pire c'est qu'il n'y a pas de bonnes et de moins bonnes solutions, en fait ça dépend de ce qu'on veut faire. Et même lorsqu'on sait ce qu'on veut faire il reste encore une foultitude de possibilités et pour chaque possibilité une foultitude de manière de le faire. Il faut donc choisir... Et dans l'électronique c'est toujours la même chose, il n'y a pas d'idéal, il n'y a que des compromis. J'ai donc opter pour une alimentation 9V simple, ce qui complique un peu les montages puisqu'il faut créer une masse virtuelle. mais cela permet de rester dans un standard passe partout et d'être compatible avec la plupart des alimentations des équipements audios actuels.
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Il fallait aussi que je choisisse comment j'allais organiser les différents éléments que je souhaitais construire en anticipant sur la manière dont j'allais les câbler parcequ'il y a en définitif plus de 50 câbles pour connecter l'ensemble. J'ai donc opté pour des cartes de 7,50cm X 5,50cm avec d'un coté les alimentations (Masse numérique, 5V, Masse Analogique, 9V, 4,5V) et les commandes Arduino et de l'autre coté les entrées et sorties audio. Je ne me suis pas trop trompé, il y en a une qui déborde un peu mais les autres sont remplies juste ce qu'il faut. Et surtout, pas d'interférences entre le numérique et l'analogique ou plutôt assez peu mais je pense pouvoir améliorer ce point là.

Troisième choix, quels circuits intégrés. Quand on en a en stock, on prend ceux qu"on a mais quand il faut en acheter ? On va va sur internet et dans les forums on trouve plein d'avis différents chacun prétendant avoir le meilleur. Au bout du compte j'ai choisi des Amplis Op NE5534 (simple) et NE5532 (double). J'ai testé aussi des TL72 et...c'est pareil.. Les transistors sont des 2N2222 pour les commandes LED, des Jfet BS170 pour le préampli guitare et les adaptateurs d'impédance (Les Jfet sont un bon choix, c'est facile à mettre en oeuvre et ça sonne) et un BC549 avec une diode 1N4148 pour la Fuzz. Bref que des grands classiques de l'électronique.

Il restait le pédalier qui nécessite des boutons poussoirs assez solides puisqu'ils sont manipulés avec les pieds. C'est en me promenant chez Casto que je me suis dit que des poussoirs muraux qui servent ordinairement à allumer et éteindre les lumières pourraient peut être faire l'affaire. A 1.00€ pièce, je ne risquais pas grand chose, j'ai donc investis 3.00€, fixés les 3 poussoirs sur une planchette qui tranait dans mon atelier, câblé le tout avec un fil téléphone qui ne me servait plus (Ah ! DIY quand tu nous tiens...), brancher ça sur la carte Arduino et ça marche ! Ca marche même très bien, on verra dans le temps ce que ça donne...
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SCHEMA DE PRINCIPE (Haut de page)

Le coeur des éléments internes est une carte Arduino Uno, un micro controleur programmable en C++(Arduino le site). Il s'agissait dans un premier temps de controler la mise en route (On/Off) des pédales déjà en place, préampli, phasing et delay  (partie A). La partie informatique était simple mais il fallait d'abord construire des interrupteurs analogiques commandables en  0V/5V.  J'avais plusieurs options, des commutateurs Cmos, des transistors ordinaires ou des JFet ou, dernière option que j'ai choisie, un système avec des photos résistances (LDR) et des leds. J'ai eu raison car malgré un coté LoFi, ce système procure une atténuation suffisante et surtout ne génère pas de clics et de clocs lors des mises on et off. J'ai testé les commutateurs Cmos et les transistors et je n'ai pas réussi à me débarrasser de ces petits clics très déagréables ou  quand j'ai réussi à les éliminer c'était pour obtenir des distorsions tout aussi peu musicales.. Le seul inconvénient du système Led/LDR c'est le temps de montée et descente relativement lent, quelques dizaines de millisecondes, qui interdit les attaques franches et dynamiques.  Inconvénient qu'on peut aussi voir comme un avantage puique ces attack/Decay ont un coté musicale qui colle bien avec l'idée générale du projet. Ci-dessous le schéma, très simple, un transistor monter en inverseur (porte non car le son passe quand la LED est éteinte), une LED, une LDR et 2 résistances. Le condensateur C1 Augmente encore le temps de decay, très bien pour les effets trémolo à supprimer pour les effets séquenceurs (voir plus bas).

Deux autres modules électroniques étaient indispensable pour que cette première étape fonctionne :Un adapadtateur d'impédance, un tampon entre l'élément extérieur (le phasing par exemple) et la LDR. et un préampli guitare. Pour ces 2 cas je remercie grandement le site Sonelec qui est une mine de schémas électroniques des plus complexes aux plus basiques avec des explications claires, drôles et très didactiques.  Pour l'adaptateur d'impédance j'ai choisi le Préampli guitare 005. (Schéma ci dessous à base de JFet) et pour le préampli guitare je me suis basé sur le préampli guitare 003. N'ayant pas le même transistor que lui j'ai dû adapter les valeurs des résistances et de fil en aiguille le schéma définitif est assez différent de l'original.

Les commutateurs (Haut de page)

Un point important pour le préampli guitare était que je souhaitais obtenir un gain de 20dB  pour pouvoir saturer le préampli à lampe. et que la commutation son clair/son saturé soit commandable par  Arduino. Il fallait donc commander simultanément  + ou - 20db à l'entrée du préampli à lampe et l'inverse - ou + 20 dB à la sortie de manière à voir un son clair ou saturé avec un même niveau sonore. Ce n'était pas très compliqué puisqu'il suffisait ajouter une résistance variable à la sortie du préampli guitare (VR3 sur le schéma) et une autre à la sortie du préampli lampe. Puis ajouter le commutateur LED/LDR en série à chacune des 2 résistances variables. La partie prémix était simple et comme il y a 250 000 schémas de ce type sur le net, je ne vais pas vous encombrer du mien.

La partie B devient plus originale et provient d'expérimentations que j'avais faites en numérique avec Synhedit(en version payante maintenant hélas). Il s'agit de transformer le son de la guitare en un espèce de bruit blanc puis de le décomposer en différentes fréquences, chaque fréquence étant déclenchable par Arduino pour générer des rythmiques genre Bassdrum/HitHat/Percus. Je me suis limité pour l'instant à 2 fréquences bass et high et à l'arrivée je suis plus proche d'un effet Bass/Maracas. Le grand intérêt de ce principe par rapport à l'accompagnement par un séquenceur ou d'un système à boucle (Looper) c'est d'avoir le controle totale de la rythmique. Elle s'arrête quand on s'arrête, repart quand on repart, change de tonalité quand on change de tonalité et suit la dynamique générale du jeu de guitare. On peut donc partir en totale improvisation, pas besoin de programmer des breaks, changement d'accords ou variations de rythmique le système suit sagement sans avoir le côté figé d'une boite à rythme qui tourne adlibitum sur le même rythme. C'est assez bluffant au début, on peut jouer n'importe quelle grille d'accord, la rythmique suit harmoniquement, on fait des breaks, on repart, la rythmique suit rythmiquement...  Puis on s'habitue, et quand on repasse sur un séquenceur ordinaire on se dit :"C'est quoi ces machines qui se prétendent intelligentes et qui ne comprennent rien à ce que je joue ?

Pour La transformation il me fallait une grosse distortion ou mieux un Fuzz. Je me suis basé sur le schéma de BazzFuzz assez géniale pour sa simplicité et le nombre de composant : 6 !. Ca tient dans un dé à coudre et pour ceux qui ne savent pas souder ça devrait même marcher avec du scotche et de la colle !  Pour les moins téméraires vous pouvez même essayer sans C1, C2 VR1 ce qui vous fera 3 composants plus une pile 9V. L'auteur du site a essayé divers transistors et différentes diodes, moi aussi, les résultats sont différents. il est assez amusant de constater qu'on peut remplacer la diode par une LED, on obient alors un son assez doux, genre crunch, et qu'en changement la couleur de la LED, on change la couleur du son !. J'ai choisi  des composants courants qui génèrent un Fuzz total et une fin de son (decay) brutale qui me sert du coup de noise gate. Comme cette Fuzz sonnait bien j'ai décidé de la garder à l'état brut avec une commutation on/off Arduino.

Filtres Passe Haut et Passe Bas (Haut de page)

Restait donc à faire les filtres passe haut et passe bas. Ne trouvant rien qui me convenait sur internet j'ai repris un vieux bouquins d'électronique (c 1980) et je me suis lancer dans le montage de filtre "Tschebycheff". Depuis l'orthographe de ce nom a changé (?), maintenant on écrit "Tchebychev" ce qui semble plus prononçable...  L'avantage de ces filtres est de pouvoir les faire résonner jusqu'à l'auto oscillation assez simplement. Je ne rentrerais pas dans le détail du fonctionnement, pour en savoir plus cliquez sur le lien "Tchebychev". J'ai pourtant bien suivi les leçons pour le filtre passe haut mais finalement la méthode expérimentale est encore la meilleure et après plusieurs tests avec différentes valeurs de résistances et condensateurs j'ai opté pour les valeurs notées sur le schéma avec en plus une résistance variable pour ajuster la résonnance une fois le montage fini. Comme pour tout filtre qui se respecte, j'ai ajouter un adaptateur d'impédance puisque l'impédance de sortie du matériel qui précède agit sur la fréquence de coupure. J'ai mis mon adaptateur préféré et pris un NE5534 pour le filtre.

Le filtre passe bas a été un peu plus complexe. Déjà il a fallut que je descende la fréquence de coupure très bas, moins de 30Hz pour éliminer toutes les harmoniques et m'approcher le plus possible d'un sinusoïde. Une fois fait, le son obtenu sonnait pas mal mais il disparaissait presque complètement et manquait sérieusement d'attraque lorsque je rajoutais le son naturel de la guitare. Il me fallait donc un générateur d'enveloppe qui agisse sur la fréquence de coupure du filtre en partant de quelques milliers de Hertz pour atteindre en quelques millisecondes la fréquence la plus basse.. Pas simple à trouver ce genre de choses car la plupart du temps il est proposé de générateur ADSR complet (Attack/Decay/Sustain/release) et plus ou moins complexes ou des choses plus simples mais des AR (Attack/Release) alors qu'il me fallait des AD (Attack/Decay) et que je voulais que ça fonctionne avec des Amplis Op ordinaires. J'ai du finalement décomposer le schéma d'un ADSR en m'inspirant d'un AR pour obtenir ce que je cherchais... Pas mal de recherches et d'expérimentations pour ce "petit" point donc.
Pour associer ce générateur d'enveloppe au filtre j'ai utilisé une LDR. Mais, pour compliquer l'ensemble il me fallait aussi isoler galvaniquement la masse numérique (commande) de la masse analogique sous peine de voir apparaitre sur le signal audio des clic et des clocs et tous les bruits de transmission informatique (USB, Disque Dur, internet...) généré par l'ordinateur. Et de rajouter encore un composant, un optocoupleur qui trainait dans un tiroir et dont la référence était effacée... Ca a marché! C'est devenu au bout du compte le montage le plus complexe de l'ensemble. Les électroniciens aguerris auront sans doute remarquer que je vise la plus grande simplicité possible avec un nombre de composant minimal. Encore un compromis entre un résultat techniquement performant et un mise en oeuvre la plus simple possible.

Il faut dire également que je fais mes montages avec des plaques d'essais pré-percées avec bandes de cuivre. Plus c'est complexe et grand en taille, plus on risque des buzz ou effets d'antennes avec tous plein de bruits qui n'ont rien de musical, en plus l'erreur étant humaine, en cas de panne ça devient vite ingérable. Je m'en sors finalement pas trop mal, j'ai encore malheureusement des bruits de commutaton entre -30 et -25 dB mais le souffle ne dépasse pas celui de la vielle SmallStone et, miracle, je n'ai pas trop de buzz (Et oui en audio on aime pas le buzz...)

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Je ne rentrerais pas dans le détail de la programmation. La plus grosse difficulté a été d'optimiser la structuration des données et des mémoires puisque celles de l'ARDUINO, les mémoires, sont toutes petites. 32Ko pour la partie logiciel, 2Ko pour la mémoire vive, et 1Ko pour l'EEPROM qui est une sorte de disque dur. Comparées à celles d'un ordinateur basique c'est à peu près un million de fois moins...

J'ai ajouté une carte avec un afficheur 7 segments (Communicant en I2C pour les connaisseurs) et 5 boutons poussoirs ainsi 8 leds, 4 rouges et 4 vertes qui clignotent au rythmes des commutateurs. Ce controle visuel est bien pratique et en plus c'est joli...

Je compte passé à la version 3.00 en MIDIfiant l'ensemble car pour l'instant la carte ne peut pas être synchronisée à un autre séquenceur. Ce qui est certe dommage mais c'est déjà vachement bien.

A ce stade cette partie logicielle est très stable, aucun bug ou décrochage de tempo et l'optimisation du code est sans doute a son maximum car la boucle complète s'effectue en 120 microsecondes environ, changement de programmes compris, on est donc bien dans le domaine du temps réel. De plus au niveau des capacités mémoires j'en utilise un peu moins de 50%. 

Pour pouvoir traiter des données, il y a 20 programmes de stockées sur la carte, encore faut il pouvoir les rentrer...

J'ai d'abord pensé le faire avec la carte elle même en lui ajoutant un petit écran mais ce n'aurait été ni ergonomique ni très intuitif. 4 boutons pour 25 fonctions ce n'est jamais très facile à utiliser et j'ai suffisamment souffert de ce type d'interface avec les machines des années 80. Le pire, c'est que certains n'ont toujours pas compris ça et continue à en proposer aujourd'hui...

Je suis donc repassé sur mon PC et j'ai opté pour Visual Basic de microsoft. Ce ne fut pas forcément le meilleur choix mais ça reste malgré tout de la programmation orienté objet de haut niveau (le haut niveau ne veut pas dire que c'est vachement bien mais que cela permet de manipuler des objets (informatique) qui manipulent eux mêmes des objets qui manipulent..etc.. s'éloignant ainsi du langage du microprocesseur qui lui, est dit de bas niveau). Deux défauts toutefois (à mon humble avis) c'est une programmation "bavarde", il faut taper beaucoup de caractères pour arriver à ces fins, ce qui donnent de longues lignes codes pas très synthétiques et les forums, tutorials, et libraries sont moins nombreuses que pour le C++. Par contre ses deux grandes qualités sont premièrement son coté très intuitif, on tape certe, beaucoup de caractères mais ça commence à ressembler à des phrases et aussi sa très grande facilité de mise en oeuvre puisqu'on a accés à toutes les fonctions de windows avec une facilité proche du WYSIWYG (What You See Is What You Get)

Là non plus je ne rentrerais pas dans le détail du code, une copie d'écran suffira. En gros cette page permet de manipuler tous les paramètres d'un programme, celui sur la copie d'écran s'appelle "Organ-01, c'est le program n°3, valeur qui apparait égalment sur l'afficheur de l'ARDUINO. Il y a 20 programmes pour chaque config.Le nombre de config n'est pas limitées. Celle en cours s'appelle "Config-01", le "-G-" signifie que c'est cette configuration qui est actuelement gravée dans l'EEPROM de l'ARDUINO.
On peut choisir le tempo (120 sur l'écran), régler la vitesse et la durée d'impulsion de trémolos 1 et 2 (La vitesse du trémolo 1 est 1/4 de mesure soit 1 Temps, trémolo 2, 1/16 de mesure soit la double croche). La mesure est d'office à 4 temps.

En dessous on voit 3 lignes, Pedal1, Pedal2, Pedal3 qui permet de programmer l'activité des 8 commutateurs pour chaque pédale et les 4 dernières lignes Gate1 à Gate4 qui correspondent aux 4 séquenceurs 16 pas.

Il y a aussi l'indication de la pédale active, ici la 2 et un gros bouton vert pour envoyer les données à l'ARDUINO.

Enfin il ya un menu Fichier qui permet de renommer, supprimer les programmes et config et de les graver dans l'EEPROM de l'ARDUINO. Le menu outil permet entre autre de déconnecter la carte pour libérer le port USB et d'accéder au bloc note audio (voir plus bas).
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