LE VCO ET DCO SUR UN SYNTHÉTISEUR ANALOGIQUE

Signifiant Voltage Controlled Oscillator, le VCO est un générateur électronique délivrant un signal périodique dont la fréquence est contrôlée par une tension. Pourquoi une tension ? Parce que c’est beaucoup plus souple que tout autre moyen, un signal électrique servant de commande à l’oscillateur peut se déplacer beaucoup plus vite que n’importe quel système mécanique. Des tensions peuvent également s’ajouter ou se soustraire très facilement, ce qui permettra au musicien d’envisager des opérations spectaculaires sur le son qu’il élabore avec son synthétiseur.

Le VCO a une entrée dite CV (Control Voltage) pour recevoir le signal électrique qui déterminera sa fréquence. Le signal CV peut avoir diverses origines, mais dans un premier temps, imaginons une unique tension produite par le clavier et qui détermine la hauteur des sons...

LE VCO EN DÉTAILS

Le VCO des synthétiseurs est en fait plus complexe qu’une simple boîte munie d’une entrée et d’une sortie. Il faut prévoir divers réglages, pour le tuning par exemple, qui permet d’accorder l’instrument électronique avec d’autres instruments. Il faut aussi prévoir des entrées supplémentaires pour de subtiles variations de fréquence, comme le requiert par exemple le vibrato. D’autre part, un sélecteur de forme d’onde est indispensable pour choisir un signal de sortie ayant un contenu harmonique (ou spectre) adapté au signal sonore désiré.

1 – L’ENTREE CV

Cette entrée reçoit le signal qui décide de la fréquence de fonctionnement du VCO. Dans son mode de fonctionnement normal, le synthétiseur reçoit cette tension de son clavier. Toutefois, d’autres possibilités sont envisageables, comme faire varier la fréquence du VCO avec un potentiomètre ou une pédale pour avoir des variations de fréquences progressives au lieu des intervalles de demi-tons du clavier. On peut aussi injecter, dans cette entrée, une tension dont l’amplitude varie au hasard et qui sera produite par un générateur spécial. Ceci permettra de créer de la musique aléatoire. En éveil musical, il sera intéressant d’utiliser des modèles de capteurs à la place du traditionnel clavier : capteur réagissant à la pression ou capteur à faisceau lumineux.

2 - LA TENSION DE COMMANDE

Au niveau de la tension de commande, il faut se souvenir des éléments suivants :

C’est une tension non périodique, de l’ordre de quelques volts et toujours positive. Plus la note est aiguë, plus la tension est élevée.

Lorsqu’on relâche une touche, la tension correspondante continue d’être envoyée au VCO, ce qui permet de créer des sons beaucoup plus longtemps que la durée d’enfoncement d’une note sur le clavier.

Il existe deux standards régissant la relation entre CV et le VCO, selon le choix effectué par chaque constructeur. Le premier standard correspond à une relation tension/fréquence linéaire. Chaque fois que la tension double, la fréquence est multipliée par deux. Comme il y a douze demi-tons dans la gamme chromatique, le passage d’une note à la suivante se fait en multipliant la tension CV par la racine douzième de deux. La différence de tension entre deux demi-tons voisins n’est pas par conséquent constante, mais dépend de la position des deux notes sur le clavier.

L’autre standard, dit volt/octave semble plus logique. Il correspond à une relation tension/fréquence logarithmique. Quand la fréquence double, la tension augmente de 1 volt. Entre chaque demi-ton de la gamme chromatique, l’intervalle reste constant et égal à 1 divisé par douze, soit 0,0833 volt. Il est indispensable que le clavier et le VCO emploient le même standard, sinon, il ne sera pas possible de produire les fréquences attribuées normalement à un clavier bien tempéré.

3 - LE TUNING

Ce réglage se présente généralement sous la forme d’un potentiomètre. Il sert à ajuster le VCO sur une fréquence de référence, habituellement le La 3 du diapason, pour le mettre en harmonie avec les autres instruments. Ce réglage n’agit en principe que sur une petite plage, mesurée en centièmes de ton et ne dépassant guère le demi-ton au-dessus et au-dessous du diapason.

4 - LA COMMANDE DE TESSITURE

Le VCO ne connaît aucune difficulté pour parcourir allègrement toute l’étendue des fréquences audibles, étendue dont les limites sont bien supérieures à celles du clavier. L’ambitus du VCO peut atteindre une dizaine d’octaves.

Pour atteindre le maximum de fréquences intéressantes sur le clavier, la commande de tessiture permet de décaler vers le grave ou vers l’aigu les fréquences du VCO, habituellement par bonds d’une ou de deux octaves. La position neutre correspond aux registrations 8 pieds des orgues à tuyaux, c’est-à-dire que la fréquence du son joué correspond réellement à la hauteur du son entendu. Les autres positions ne font que transposer.

5 - L’ENTRÉE DE MODULATION

Il s’agit d’une entrée pour tension de commande secondaire. Cette entrée est prévue pour recevoir un signal permettant de faire varier la fréquence du VCO très légèrement autour de la valeur normale imposée par le clavier. Plusieurs types de signaux électriques peuvent être appliqués à cette entrée, pour produire des effets différents.

On a l’habitude d’introduire ici une tension périodique très lente pour créer l’effet bien connu du vibrato. La quantité du signal de modulation introduite est dosable grâce à un potentiomètre. Sans celui-ci, appliqué en trop forte quantité, le signal qui engendre le vibrato, transformerait vite fait le synthétiseur en signal d’alarme ou en sirène de police !

6 - LA FORME D’ONDE

Il est plus facile d’agir sur le timbre en retranchant au signal électrique une partie de ses harmoniques, plutôt qu’en lui en ajoutant. Pour cette raison, le signal de sortie du VCO ne sera pas uniquement sinusoïdal (absence totale d’harmoniques), mais présentera un choix de signaux aux spectres plus riches. On donne ainsi la possibilité au musicien de prélever la forme d’onde qui lui convient le mieux, parmi quelques formes simples à élaborer. Sur un synthétiseur analogique, les formes disponibles sont presque toujours les mêmes, à savoir : sinusoïde, triangle, carré, rectangle, dent-de-scie et PWM.

La page suivante, 'Les formes d’ondes du synthétiseur analogique', détaille les caractéristiques sonores de chaque forme d’onde.

LE DCO, L’AUTRE GÉNÉRATEUR

Le plus grand inconvénient du VCO est son manque de stabilité en fréquence. Un faux contact dans les connecteurs le reliant au clavier ou un parasite industriel peuvent provoquer une variation de tuning importante. Il ne faut pas oublier que sur un instrument au standard volt/octave, un simple écart de tension de 1,6 millivolt correspond à une variation de fréquence d’un centième de ton. Pour remédier à cela, mais également pour adapter l’instrument à la polyphonie, on a construit un nouveau type d’oscillateur : le DCO.

Il s’agit d’un générateur en tous points semblable au VCO, mais contrôlé numériquement. Concrètement, cela revient à remplacer la tension CV par un signal numérique ou si vous préférez encore, un chiffre codé électriquement. Ainsi, par exemple, le fait d’enfoncer un Do sur le clavier, ne génère plus une tension continue de 1, 2, 3, 4 volts (selon l’octave), mais un signal plus complexe représentant les nombres 24, 48, 60 ou 72. Grâce à ce procédé, il n’y a plus d’erreurs de transmission entre le clavier et le générateur. Ce dernier bénéficie de plus de la haute précision des quartz qui équipent tous les appareils de type numérique.

AVANTAGE DU CODAGE NUMÉRIQUE DES NOTES

Les notes du clavier étant toutes numérotées de la même façon sur les synthétiseurs, il devient assez facile d’envisager de relier des instruments ensemble ou de commander à distance le synthétiseur pour lui faire exécuter des œuvres enregistrées numériquement à l’aide d’un accessoire baptisé séquenceur. Cette commande à distance est maintenant devenue une pratique rendue très courante grâce au système MIDI, adopté non seulement par les facteurs d’instruments, mais aussi par les développeurs de logiciels ou les constructeurs d’effets.

Par J.P Verpeaux

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