l’effet de trémolo : origines, fonctionnement et améliorations !

Dans cet article nous allons explorer l’univers du trémolo, en présentant l’origine de cet effet, la différence entre un trémolo harmonique ou un trémolo, leur fonctionnement et enfin, comment améliorer cet effet qui a plus d’un demi siècle !
Bref, un max de contenu pour maîtriser le sujet, accrochez-vous !

Le trémolo harmonique refait surface

Le signal passé au hachoir !

Des plaines désertiques du spaghetti western aux notes hachées de la musique électro la plus épileptique, le trémolo est partout.
Il s’agit du premier effet spécifiquement conçu pour la guitare électrique, avant même la reverb, via la pédale DeArmond datant de 1948. 

On retrouve ensuite le trémolo intégré à pas mal d’amplis vintage (avec des circuits très différents selon les marques), puis il a été détrôné par le phaser et le chorus dans les années 70 et 80, jusqu’à un véritable retour en grâce à la fin des années 90, lorsque le trémolo devient le meilleur ami du guitariste à la recherche d’un son roots et authentique. Depuis, tous les fabricants proposent leur version avec plus ou moins d’options.

On sépare et on pan !

A contrario, le trémolo harmonique fait partie des effets les plus rares et les plus intéressants pour personnaliser votre son. Il apporte un mouvement plus vivant qu’un simple trémolo, il n’a pas le caractère daté du chorus, et envahit moins l’espace qu’un délai ou une reverb.

Le trémolo harmonique existe sous de nombreuses dénominations : vibrato, harmonic vibrato, harmonic tremolo, vibe, univibe, et ainsi de suite. 
Dans tous les cas, le but avoué est le même : faire varier cycliquement la hauteur de vos notes (plutôt que leur volume comme le fait un tremolo normal) en déphasant les graves et les aigus. Cette séparation des deux plages de fréquence n’est pas sans rappeler le fonctionnement des cabines Leslie, et ce n’est pas un hasard : les premiers trémolos harmoniques, dont la Univibe ou le vibrato des amplis Magnatone, avaient pour but de reproduire l’effet de la Leslie.

Mais ces références ont bien sûr imposé leur propre couleur sonore, et quelques fabricants en ont depuis proposé leur version.

L’effet de trémolo

En théorie, comment ça marche ?

La radio !

Tout a commencé par l’invention de la radio et plus particulièrement, la transmission AM pendant la 1ère guerre mondiale.

Nos chers ingénieurs/chercheurs ont cherché un moyen d’envoyer un signal audio dans les airs, donc un signal dont les fréquences sont entre 20Hz et 20kHz. Dans le monde du traitement du signal c’est un signal à très basse fréquences, on travaille régulièrement dans le domaine du MHz en radiophonie !

Pour transmettre ce signal dans les airs, la taille de l’antenne idéale est exprimée par cette formule :
Longueur de l’antenne = c / fréquence min.
Soit environ L = 3*10^8 / 20 = 1.5*10^7 m
Même la tour Eiffel n’y arriverait pas !

Nos physiciens ne se sont donc pas laissés faire et ont pris le problème à l’envers, ils ont décidé d’envoyer de la haute fréquence dans les airs, de l’ordre du MHz (oui oui c’est ce que vous sélectionnez sur votre poste radio en changeant de station) puis ils se sont débrouillés à intégrer notre audio dedans.

Et oui, si on reprend la formule avec une porteuse à 433MHz, on n’a plus besoin que d’une antenne de 69cm environ pour être dans les conditions optimales !

La modulation d’amplitude

Les créateurs de cette méthode l’ont appelé, modulation d’amplitude ou AM. La FM correspond à une modulation en fréquence plutôt qu’en amplitude, ça rend le signal beaucoup plus résistant aux ondes parasites, mais ça ils l’ont inventé un peu après !
L’audio devient le signal modulé et la haute fréquence le signal modulant ou, la porteuse dans le jargon.

Une fois que votre radio capte le signal haute fréquence, elle applique un simple filtre passe bas pour récupérer l’audio et supprimer la haute fréquence. (Disclaimer : Je n’ai pas regardé le schéma mais j’imagine que ça doit pas être bien plus compliqué que ça sur les premiers modèles analogiques et sur les premiers étages de traitement !)

Par conséquent, ce fonctionnement a inspiré les premiers concepteur de trémolo.
Ils avaient pour but de faire varier le volume d’un signal audio très lentement et cycliquement.

La LFO

Les premiers créateurs de trémolo ont donc gardé le principe de la modulation d’amplitude (AM) mais le signal modulant et modulé sont à présent inversés.
Et oui ! Les modulants dans le cas qui nous intéresse sont de très basse fréquence, normalement de 0.1Hz à 20Hz, car si nous les entendions, ils créeraient des pitchs comme ce qu’on obtient avec un synthétiseur. Et ça, ce n’est pas le but d’un trémolo !

Ensuite le signal modulé est tout simplement le signal de guitare entrant (ou un autre instrument).

Cette très basse fréquence s’appelle une LFO pour Low Frequency Oscillator. Il en existe de toutes formes, ici j’ai utilisé une sinusoide, mais un triangle, un carré ou tout ce que vous pouvez imaginer fonctionnent également !

C’est pourquoi vous retrouvez souvent tout un tas de « waveform » quand vous recherchez un nouveau trémolo, car c’est malheureusement un des seuls points sur lesquels les fabricants ont eu l’occasion de jouer depuis quelques décennies.

Il est donc temps d’apporter un peu plus d’originalité à cet effet plus qu’excitant.

Montage électronique élémentaire

Le fonctionnement d’un trémolo n’a plus de mystère pour vous, je vais donc vous présenter un schéma tout « simple » qui permet de créer cette belle modulation d’amplitude analogique.

La vactrol

Dans ce schéma, le signal rentre par la gauche, il rencontre dès le début un composant assez mystérieux, la fameuse vactrol ! C’est un composant optique (d’où le nom de trémolo optique que l’on retrouve souvent), d’un côté sur ses pattes 1 et 2, on a une LED et de l’autre sur 3 et 4 une photorésistance. Les 2 composants dans cette version sont encapsulés dans le même boitier mais il existe une solution DIY où on achète une simple LED et une simple photorésistance. Ca revient bien moins cher mais les performances ne sont pas du même niveau !

Pour revenir à la vactrol, une photorésistance c’est carrément magique pour notre montage, si la LED est éteinte la résistance va être très importante, de l’ordre du MOhms. Puis, quand la LED est allumée, au plus elle sera lumineuse, au plus la résistance sera faible, on peut aller jusqu’à environ 40 Ohms sur nos vactrol.

Ca va, jusque là ? Allez pour résumer :

La LFO est à 1 => La LED de la vactrol s’allume => La photorésistance a faible une faible impédance
La LFO est à 0 => La LED de la vactrol s’éteind => La photorésistance a une très haute impédance

On dit qu’une vactrol est de bonne qualité quand on peut descendre aussi bas (40 Ohms) et vite ! Sans latence.
Datasheet de notre vactrol, la NSL-32, on l’utilise sur la Lazy Comp et ça a déjà été vu dans plusieurs effets de qualité : NSL-32

L’amplificateur inverseur

Le montage à AOP inverseur est un des plus utilisés. Il comporte des avantages et des inconvénients. Il permet de gérer le volume de notre trémolo avec la possibilité d’aller à un volume nul ou à un volume max. Par contre, il va entraîner un déphasage de 180° dans la chaine de son.
Le montage qui n’inverse pas la phase (on l’appelle non inverseur) n’est pas capable d’avoir un gain nul, ce sera minimum un gain de 1, pas pratique pour couper le son !

En audio on ne parle pas uniquement de résistance mais plus d’impédance, ça prend en compte les résistances mais aussi les condensateurs, ce qui est plus précis sur l’ensemble du spectre. Donc gain = -Z2/Z1.

Le montage inverseur et sa vactrol

Allons à présent identifier Z1 et Z2 dans notre montage et comprendre comment notre gain évolue dans le temps !

Z2 = R8 en parallèle avec F4 et avec le potard branché entre G’ et F
Z1 = Rvactrol + Rtrimpot

Concernant Z2, nous avons choisi F4 de telle manière que toutes les fréquences de 20 à 15kHz passent sans être altérées. Au dessus c’est très légèrement atténué. Admettons donc que dans notre calcul, Z2 = R8 // Potard de 5kOhms.

Z2 max = 5.1k // 5k = 2.5kOhms.
Z2 min = 5.1k // 0 = 0 Ohms.

Comment est-ce que je fais ce calcul ? La formule est simple, quand 2 résistances sont en parallèle, la résistance équivalente suit cette formule :

Concernant Z1, Z1 = photorésistance + trimpot monté en résistance variable
Au plus bas, Z1 min = 40 (photo résistance éclairée à fond) + 0 (trimpot au minimum) = 40 Ohms.

Avec Z2 max et Z1 min, le gain Av = -2500 / 40 = 62,5 = 18dB
L’ampli va saturer comme il faut !
Le trimpot sert donc à régler un gain max pour ne jamais saturer en tournant le potard de volume. 

En mettant le trimpot à 50%, Z1 min = 40 + 500 = 540 Ohms, soit un gain de 5 à présent.
Quand on livre la pédale Trémolo, on règle le trimpot de Gain sur 60%, Z1 min est donc égale à 440 Ohms. Soit un gain de 5.7 avec le volume à fond. Soit +7.5dB. Potard de volume à fond.
Par contre pour ceux qui aiment le grahou, n’hésitez pas à le remettre à fond, ça va cruncher !

Revenons donc à notre gain. Av = -Z2/Z1.
Quand, Av = 0 aucun son ne passe, puis si Av != 0, le son passe et le volume sera proportionnel à Av.

En considérant que le potard de volume est à fond, Z2 = 2500 Ohms.
Si LFO à 1 => LED allumée => Z1 = 440 Ohms => Av = -Z2/Z1 = -5.7 => On gagne du volume.
Si LFO à 0 => LED éteinte => Z1 = 5 MOhms => Av = – 0.0005 = -33dB => On coupe le son.
Si LFO à 50% => LED allumée à 50% => Z1 = 5 kOhms environ => Av = -0.5 => On a la moitié de volume

Magique, n’est-ce pas ? On vient de créer une modulation d’amplitude, et donc un trémolo, avec une poignée de composants !

Vous voulez aller plus loin ? Lancez-vous dans la fabrication d’un kit FX Teacher !

Le trémolo harmonique

En audio

Cette fois-ci, le fonctionnement est un peu plus complexe mais complètement abordable pour des débutants en électronique ! 

L’objectif est de séparer le signal en 2 branches, on garde d’un côté uniquement les aigus et de l’autre uniquement les basses. D’où sur le schéma précédent, le LPF (Low Pass Filter) et le HPF (High Pass Filter).

Ensuite, chaque branche arrive dans une cellule de trémolo optique semblable à celle du trémolo étudié précédemment. Une modulation d’amplitude (AM) !
Et pour finir ces 2 branches vont s’additionner pour ne faire qu’un ! (Tube Summing Amp dans ce schéma)
Comme ça, rien de bien fou, on sépare pour ensuite assembler les bandes de fréquences !

Sauf que l’astuce est de créer une 2nd LFO qui est toujours en opposition de phase avec la 1ère.
Du coup quand la 1ère LFO est à son maximum, la 2nd est au minimum.
Ainsi, quand les basses sont coupées, les aigus prennent le relais ! Puis, inversement.

Toute la qualité d’un trémolo harmonique sera donc dans son traitement du signal, quelles fréquences de coupure choisir pour créer mes bandes ? Quels gains appliquer ? Comment éviter de générer du bruit ?
C’est la-dessus que nous avons travaillé pour développer la Ages. Nous avons également profité du fait d’embarquer une intelligence pour proposer une interaction plus vivante avec la pédale ! Le détecteur d’attaque !

En électronique

Ici, le traitement analogique du signal peut être découpé en 3 étapes.
La 1ère consiste à bufferiser le signal afin de préserver sa qualité et son intégrité dans la chaine de son (voir Ego Driver), la 2nd consiste à séparer les bandes basses et aigus puis à moduler leur amplitude. Et enfin, la 3ème et dernière somme ces bandes et gère le volume de sortie.

Filtre passe bande

Focalisons nous dans un premier temps sur ce qui nous intéresse le plus, la 2nd partie du montage. Pour séparer les basses et aigus c’est plutôt simple, C4 et R7 forment avec ICI1B un filtre passe bas, les basses sont donc dans la partie supérieure du schéma. Puis, C3 et R6 forment un filtre passe haut avant de rentrer dans IC1C, les aigus sont donc la partie inférieure du schéma.

Les filtres sont volontairement mal choisis pour détruire les aigus dans le premier cas et les basses dans le second. On coupe à 660Hz pour le filtre passe bas, puis à 1.5kHz pour le filtre passe haut. Du coup, les filtres sont assez bien étudiés pour s’entrecroiser comme il faut sur les mediums.

Pour rappel, j’obtiens ces fréquences de coupure en utilisant la formule :
fC = 1/(2*PI*R*C).

Ce montage permet à la fois de séparer les 2 bandes avec un signal identique sans le détériorer vu qu’on a un circuit actif avec une entrée à haute impédance. Puis, de filtrer sur les bandes de fréquences désirées. Ingénieux !

Le potard de Tone permet de créer un pan entre basses et aigus. Si on met le potard à 0, le curseur se retrouve en bas et donc le canal du bas sera à la masse, il n’y aura plus d’aigus. Inversement si on met la tone à fond, les basses seront à la masse et il n’y aura donc que des aigus.

L’étage de sortie

Enfin, l’étage de sortie est ce qu’on appelle un montage additionneur !
Le gain total n’est plus Vs = -Ve*Z2/Z1 mais Vs = -Ve*Z2/Z1 – Ve’*Z2/Z1’
Ici Z2 est le potard de volume soit 50kOhms. Z1 est la resistance variable du canal du dessus et Z1’ la resistance variable du dessous.
Vs est le signal de sortie de l’effet.
Ve est le signal qui sort de l’AOP IC1B et Ve’ sort de IC1C.

Par conséquent, si notre LFO n’éclaire que le 1er canal, Z1 va être très faible pendant que Z1’ sera très important. On peut dire dans ce cas que Vs = -Ve*Z2/Z1 avec Z2/Z1 qui sera assez fort.
Soit un signal de sortie rempli de basses.
Inversement, si on n’éclaire que la 2ème branche avec la LFO, on n’aura que des aigus.
Puis, si les 2 LFO sont au même niveau (ça arrive à demie période), on aura un signal équilibré car les 2 branches auront le même niveau.
Mais ce qui est chouette c’est que ce signal n’aura pas la même forme spectrale qu’au début, n’oublions pas que l’on a coupé une partie des médiums !

Voilà vous savez tout ! Enfin presque… Ca fait quand même 7 ans que je bosse sur le sujet, je suis sûr que j’ai encore plein de choses à vous transmettre. Au fait ! On organise des masterclass un peu partout en France et bientôt dans le monde, ce serait génial de s’y rencontrer pour échanger sur le sujet et fabriquer une pédale ensemble !

L’avantage du contrôle numérique

Et si le numérique était loin d’être notre pire ennemi ?

D’une LFO analogique à numérique

Depuis toujours, le trémolo est découpé en 3 parties, le bloc d’alimentation, l’étage de modulation d’amplitude et enfin, la génération de la LFO.

La LFO traditionnelle, analogique

Pour une bonne qualité sonore, il est indispensable de garder le bloc analogique de modulation d’amplitude car il évite un échantillonnage inutile du signal dans un processeur et donc une perte inutile de headroom et de résolution.
Ah mais si ! Pardon, ça coûte moins cher en production de tout mettre dans une seule puce et de ne garder qu’une vingtaine de composants ! Bref, vous ne verrez jamais ça chez nous 😉

Par contre, concernant l’alimentation et la LFO, tout est permis ! Et il y a bien évidemment des choses à améliorer, depuis le temps !
Nous allons sur cette partie nous concentrer sur la génération de LFO.

Pour résumer (ce n’est pas le sujet de rentrer dans les détails ici), on a un montage oscillateur sur lequel on peut faire varier la fréquence et le faire passer d’un sinus à un carré.
C’est assez simple, ça ne prend pas beaucoup de temps de développement et ça a été fait et refait des dizaines de fois. C’est pourquoi des fabricants choisissent cette solution.
Mais du coup, comment fait-on si on veut un tap tempo ? Si on veut des formes d’ondes un peu plus folles ? Des presets ?

Pour une fois, une partie de la pédale n’a pas nécessairement besoin d’être analogique vu qu’elle ne touche pas au son mais quelle créer des signaux de contrôle.
Alors ce qu’on nous avons choisi de faire et d’autres l’ont très bien compris aussi, c’est « simplement » de générer toutes ces formes d’ondes depuis un micro contrôleur !

Le micro contrôleur

Cette simple puce intègre des milliards de transistors ainsi que des groupement de transistors, de fonctions etc… Un véritable système indépendant, capable de générer une infinité de LFO, de calculer un Tap tempo et ensuite de l’appliquer, de charger des preset, des subdivisions, des réglages secondaires…. Bref tout ce que vous voulez ! Et on a épluché TOUTES vos demandes.
Par contre… Il faut la programmer 🙂

C’est mon apprenti Damien qui a été en charge de ce projet, il fait la même école d’ingé que moi et j’ai trouvé ça chouette de lui confier un tel projet.
Pendant 1 an je faisais du développement firmware chez NXP Semiconductors, c’est un boulot qui peut rendre fou mais en même temps qui est tellement valorisant quand le produit prend vie !
La différence c’est qu’en Arduino on utilise un langage de programmation assez courant, une sorte de C simplifié. Chez NXP on faisait tout en langage machine, c’était assez prise de tête !
Et on passait des mois à développer la moindre fonction.. bref !

Pour résumer simplement le fonctionnement du système, les potards et switch sont à présent lus par le micro contrôleur. En tournant les potards, vous donnez donc des instructions au micro contrôleur ! Vous ne touchez jamais directement le son.
Derrière, le firmware est étudié de telle sorte que toutes les combinaisons et interactions possibles soient imaginées, anticipées et mènent à une action pertinente… ou à un gros crash système ! ^^
Nan on a passé des semaines à chercher les moindres failles, tous les gros problèmes sont gérées, la suite de nos recherches s’axera sur des updates permettant d’aller plus loin !
D’ailleurs notre puce est sur support pour facilement la changer et profiter d’un code mis à jour dernièrement !

Enfin, le micro créer une LFO en permanence et l’envoie à la vactrol, ainsi vos choix ne feront que modifier la forme de la LFO en suivant nos instructions dans le manuel.

LFO numérique

Je vais vous avouer quelque chose, en réalité, la LFO que vous créez depuis ce micro contrôleur n’est pas un signal analogique ! Il n’y a pas de convertisseur numérique -> analogique dans l’Arduino !
On est donc obligé de passer par ce qu’on appelle une PWM.
Ca pose quand même problème, la suite du schéma ne parle que l’analogique ! On va donc convertir tout ça… nous même !

Ce schéma montre d’une part le signal analogique désiré et de l’autre ce que le micro contrôleur génère sur sa sortie PWM !

C’est assez proche de la modulation de fréquence vu plus haut, sauf qu’ici on joue avec le rapport cyclique du signal carré. C’est à dire que lorsque le niveau du signal est important, on a un rapport cyclique faible, le signal est souvent à 0 et monte à 1 de temps en temps !
A l’inverse, un signal faible engendre un grand rapport cyclique et le signal reste souvent à 1.
C’est la seule solution pour restituer une LFO depuis un Arduino ! 

Le but du montage de filtrage de LFO est donc d’enlever le signal carré qui est plein de hautes fréquences et de le lisser jusqu’à ce qu’on récupère uniquement notre signal analogique.

Il s’agit d’un simple passe bas à une fréquence de coupure basse, environ 34Hz ici ! R4 et F2 forment le filtre passe bas sur l’AOP IC1A. Le même montage de filtrage que pour les étages précédents !

Ensuite, l’étage de sortie (à basse impédance) vient driver en courant la LED de la vactrol et on limite le courant avec R2 pour ne pas non plus la faire flamber !

La suite de l’histoire vous la connaissez, on allume et éteint périodiquement la LED pour augmenter et diminuer le gain des étages de sortie.

Voilà ! Vous savez tout sur le trémolo et le trémolo harmonique, il n’y a plus qu’à écouter !
Ou… à créer votre propre trémolo 😉

Et le Spinner dans tout ça ?

Exprimez-vous enfin !

Jusqu’ici, pour étendre le champ d’action de vos effets, vous aviez la possibilité de leur adjoindre un footswitch de tap tempo ou une pédale d’expression.

Mais en réalité, ce qu’on appelait pédale d’expression jusque là n’était qu’une pédale de contrôle qui revient exactement au même que de tourner un potard avec le pied.
Pratique, certes, mais pas très créatif.

Avec le Spinner, voici la première pédale d’expression digne de ce nom. 

Fonctionnement du Spinner

Allez, pas de secret entre nous !

Le magnifique hand spinner en forme de boomerang est taillé sur mesure par un ami sur Nice, Joffrey Legouet, qui par ailleurs fabrique de magnifiques guitares en alu. Pour l’instant il n’en fait que pour les proches mais je vous en parlerai bientôt dès qu’il se lance !
Avec Joffrey, on a fait en sorte d’incruster des aimants à l’intérieur de chaque pale du boomerang. Nous avons donc 3 aimants qui ont un champ magnétique identique.

A chaque fois qu’un aimant passe devant la zone « sensor », il va perturber le champ magnétique d’un capteur à effet hall !
Celui-ci est ensuite traité par un micro contrôleur et va donner des informations la pédale qui est connectée au Spinner.

Par exemple, si le Spinner est connecté au Trémolo, en mode accélérateur, si le Spinner tourne vite, le Rate du trémolo va accélérer.
Magique n’est-ce pas ?

Encore une fois, tout se passe dans le code développé par notre équipe, le micro va calculer le temps entre chaque passage devant le capteur pour en déterminer une vitesse. Puis selon le mode désiré il effectuera certaines actions.
Ensuite les 2 modules communiquent grâce à un mini jack et échangent une donnée selon un format qu’on a développé.

Ce format est très simple d’utilisation et semble vous plaire ! Nous allons l’adapter à plusieurs de nos produits, et espérons le partager avec d’autres fabricants !

Voilà, vous connaissez les bases du fonctionnement du Spinner et je serai encore une fois ravi de vous en dire plus lors d’une masterclass !
Merci à tous ceux qui se sont accrochés et à très vite pour le prochain article 🙂
Surtout si vous avez des questions, lâchez vous en commentaire, c’est fait pour ! J’y répondrai dès que possible.

Pour les moins bricoleurs d’entre vous, la suite, c’est par ici :