PIERRET Geoffroy TS2 SIMON Bastien TS1 TAULET Vincent TS2

PIERRET Geoffroy TS2
SIMON Bastien TS1
TAULET Vincent TS2
TPE
La guitare électrique :
Fonctionnement, acquisition du son et transformations

Introduction :
Le son produit par un amplificateur de guitare électrique n'a pas un rapport
direct avec le son émis par les cordes ; une vibration est captée, puis subit maintes
transformations avant que l'on aboutisse au son final dégagé par l'amplificateur.
Sans phénomène acoustique, comment est-il possible que la guitare
électrique produise un son ?
Au cours de cet exposé, nous verrons comment, à partir d'une simple corde
que l'on fait vibrer, on peut obtenir une grande variété d'ondes différentes qui
seront captées à l'aide de micros spécifiques, puis transformées électriquement
avant de sortir par les haut-parleurs pour donner le son que l'on a l'habitude
d'entendre.
Problématique :
Sans phénomène acoustique, comment est-il possible que la guitare électrique
produise un son ?
Plan :
I. Le fonctionnement d'une guitare électrique:
1) Les cordes:
a) Les fréquences:
b) Le calcul de la longueur des cases:
2) Le passage d'un phénomène magnétique à une tension électrique se fait
grâce aux micros:
II. La métamorphose et la sortie du son capté par les micros:
1) Un effet très répandu: la distorsion:
a) L'amplification de la tension:
b) L'écrêtage:
c) La distorsion peut être simulée virtuellement
2) L'ampli
3) Le fonctionnement d'un haut-parleurI. Le fonctionnement d'une guitare
électrique :

1) Les cordes :
a) Les fréquences :
La note de référence est appelée « diapason » et fait référence au « la », dont une
des fréquences est 440 Hertz (cette fréquence est celle du la 3).
A la même note correspondent en effet plusieurs fréquences, dont l'une est toujours
le double de sa précédente; par exemple le la3 joué une octave au-dessus a une
fréquence de 880 Hz. Les deux sont séparées par ce que l'on appelle une octave.
... SOL LA SI DO RÉ MI FA SOL LA SI ...
La partie soulignée correspond à la gamme de la mineur, et contient 8 notes séparant les
deux notes à l'octave (en comptant celles-ci). Du premier au deuxième la, la fréquence à
doublé.
Dans le tableau ci-dessous sont présentées quelques notes et leur fréquence :
Note
mi
fa
fa#
sol
sol
#
la
la#
si
do
do#
ré
ré#
mi
Fréquence Hz
165
175
185
196
208
220
233
247
262
277
294
311
330
Note
mi
fa
fa#
sol
sol
#
la
la#
si
do
do#
ré
ré#
mi
Fréquence Hz
330
349
370
392
415
440
466
494
523
554
587
622
659
Il faut savoir que dans notre culture, on
trouve entre une note et son octave 12 demi-
tons, et une gamme se compose de 7 notes (on enlève 5 demi-tons au total). Voici une
gamme de Do majeur, sur laquelle on fait figurer les écarts entre les notes :
DO (1 ton) RÉ (1 ton) MI (½ ton) FA (1 ton) SOL (1 ton) LA (1 ton) SI (½ ton) DO
Comme, d'un demi-ton à un autre, on multiplie la fréquence par un coefficient que
l'on nommera a. On a donc affaire à une suite géométrique de raison a. Etant donné que
pour passer d'une octave à une autre on multiplie la fréquence par deux, on peut poser
l'équation : a12 = 2 <=> a = 12√2
On trouve ainsi que la valeur du coefficient séparant deux demi-tons consécutifs
est de 1,0595.
L'oreille humaine ne peut percevoir tous les écarts de fréquence, aussi a-t-on
appelé l'écart perceptible le plus petit un comma. Entre deux tons, on compte 9 commas.
Entre deux demi-tons, on compte par convention 4 commas (on évite de diviser le
comma).
Sur une guitare, électrique ou non, on obtient entre chaque note un écart minimum
de ½ ton (si l'on ne déforme pas la corde). Voyons maintenant comment calculer la taille
de chaque case sur une guitare.
b) Le calcul de la longueur des cases :
Note
mi
fa
fa#
sol
sol#
la
Fréquence Hz
659
698
740
784
831
880

Le manche d'une guitare est divisé en plusieurs cases, chacune séparée par une
barrette (également appelée frette). Lorsque l'on souhaite jouer une note sur une guitare,
on peut appuyer sur une des cordes au niveau d'une case. L'organisation des barrettes
est telle que d'une case à l'autre la fréquence varie d'un demi-ton.
Il s'agit donc, lorsque l'on fabrique un manche, de calculer avec une grande
précision l'espace nécessaire entre chaque barrette. Le procédé de calcul correspond à
une suite géométrique, telle que les cases seront d'autant plus petites qu'elles seront
éloignées de la tête de la guitare.
Comme entre chaque case la note varie d'un demi-ton, et que la longueur entre la
frette et le chevalet est proportionnelle à la fréquence de la note, on a : ln = l0 (12√2)n .
Ceci est l'expression de la suite géométrique de premier terme l0 (longueur de la corde
entre le chevalet et le sillet) et définie par la relation : ln+1 = ln (12√2).
2) Le passage d'un phénomène magnétique à une tension électrique se
fait grâce aux micros :
Si l'on écoute un morceau de guitare électrique, on n'entend pas les parasites, les
bruits extérieurs qui sont toujours présents lors d'un enregistrement : bruit des doigts
contre le manche, voix, ... Cela est dû au fait qu'il est acquis, non par le biais d'un micro
ordinaire, qui capte des phénomènes acoustiques, mais grâce à un « micro magnétique »,
qui capte les vibrations des cordes (qui sont justement en métal) avec l'aide d'un aimant,
et qui génère une tension électrique correspondant au son capté. Comment fonctionne ce
type de micro ?
Ce micro est composé d'un aimant entouré d’une fine bobine de cuivre. L'aimant
génère ainsi un champ magnétique qui varie en fonction de la position de la corde. La
variation du champ magnétique engendrée par la vibration des cordes entraîne la
génération d'un courant par induction électromagnétique dans la bobine, c’est une
conséquence de la loi de Faraday :
Loi de Faraday : Lorsqu'on fait varier, par un procédé quelconque, le flux d'induction
magnétique qui traverse un circuit fermé conducteur, ce circuit est le siège d'un courant,
dit courant induit.
Il est possible de calculer la tension induite grâce à la loi de Lenz :
Loi de Lenz: Le sens du courant induit est tel que le flux qu'il produit à travers les circuits
qu'il parcourt tende à s'opposer à la variation de flux qui lui donne naissance. En ce cas,
on démontre que la tension induite e, s'exprime ainsi, en fonction de la dérivée du flux
du champ magnétique traversant les bobines du micro, par rapport eu temps t:
e=-d /dt
 est le flux du champ magnétique, il s’exprime en Weber.
Voici le champ magnétique, dessiné, de plusieurs types de micros :

On peut y voir l’importance du champ magnétique dans le son capté : les micros de
type « single coil » (un seul bobinage) captent la vibration de la corde sur une plus grande
étendue, produisant un son plus équilibré que le « humbucker » (double bobinage) qui a
un son plus nasillard mais produit moins de parasites. En modifiant la polarité des aimants
couplés, on peut donc modifier le son capté.
La guitare électrique génère donc sa propre tension qui peut varier de 300 à 600
mV, voire 1V ou plus (en valeur absolue) pour une attaque violente de la corde.
Cependant, cette tension est beaucoup trop faible pour être transmise directement à un
haut-parleur et être restituée de façon audible, d'où la nécessité d'un amplificateur. Le son
que l'on obtient alors à la sortie est assez semblable au son d'une guitare acoustique, à la
différence près qu'il est plus « métallique ». Il existe de nombreux effets qui font subir au
son des transformations plus ou moins importantes et visant à rendre le son plus beau ou
plus adapté au morceau joué. La plupart du temps, le son que l'on entend à la guitare
électrique est différent, on y a au préalable appliqué un effet appelé « distorsion ».
II. La métamorphose et la sortie du son capté par les micros :
1) Un effet très répandu: la distorsion :
la distorsion est un effet très répandu, notamment dans la musique moderne. Elle
est apparue vers le milieu du XXè siècle et fait « saturer » le son d'origine, appelé « son
clair ». Elle permet, outre de transformer sensiblement le son, d'obtenir une durée de note
plus longue, et ouvre la porte à de nombreuses techniques inefficaces avec un son clair.
Elle repose en réalité sur un principe relativement simple.
a) L'amplification de la tension :
La première partie consiste à amplifier la tension d'une manière significative
(* ?) sans modifier la fréquence pour que la note reste la même. En observant cette
tension à l'oscilloscope, il en résulte que la sinusoïde du son clair est transformée en une
sinusoïde ayant la même fréquence, mais une amplitude supérieure.
Electroniquement, le composant capable de modifier la tension de base de
cette manière est un amplificateur opérationnel accompagné du montage adéquat, comme
dans le schéma ci-dessous :