Qu'est ce que le signal d'une guitare électrique ?

On en entends souvent parler : il ne faut pas le "dégrader", il faut le "respecter", on peut le "booster", l"'écrêter", le "digitaliser"... Mais de quoi parle t'on ici ? Du signal de votre guitare bien sûr ! Comme vous le savez, la vibration des cordes de votre guitare va être convertie en courant par les micros, pour restituer le son de votre guitare sous forme électrique. De quoi est-il composé ? Comment restitue t'il les nuances de jeu ? La note jouée ? Comment peut il être déformé par les pédales d'effet ?

micros signal guitare électrique
Là où tout a commencé : vos micros !


C'est quoi le signal électrique de votre guitare ?


Comme vous le savez sûrement, il existe 2 types de courant: courant continu ("direct current" : DC) et courant alternatif ("Alternative current" : AC.). Ils se différencient par le fait que l'un a une valeur constante (+9V qui sortent d'une pile neuve par exemple), et l'autre oscille selon une fréquence donnée (50 Hertz sur votre prise électrique généralement) entre une valeur maximale positive et négative.
AC/DC logo
courant alternatif courant continu
Le signal de votre guitare électrique est tout simplement un courant alternatif ! La vibration de la corde est "perçue" par la bobine des micros, qui la retransmet sous forme d'un courant alternatif.
Les valeurs entre lesquelles il oscille dépend de beaucoup de paramètres, et particulièrement de vos micros. Plus le niveau de sortie de vos micros sera important, plus l'amplitude de départ du signal sera importante par exemple.



Comment le volume sonore est il défini par le signal électrique ?


L'amplitude du signal (l'écart entre la valeur maximale et minimale) va définir le volume sonore du signal. Plus l'amplitude est grande, plus le volume sonore sera important. C'est aussi bête que cela !
amplification d'un signal guitare électrique
La plupart des pédales de boost se contentent de faire passer un signal comme celui à gauche à un signal comme celui à droite : on a amplifié le signal. On comprends alors l'origine du mot "amplificateur" : on amplifie le signal de la guitare pour qu'il soit assez fort pour être entendu avec un haut parleur ! C'est aussi ce qui se passe quand vous attaquez les cordes plus fort avec votre médiator : vos cordes vibrent plus et l'amplitude du signal sera plus importante.

Historiquement, on ne pouvait faire cela qu'avec des lampes (tubes) au départ (que l'on retrouve dans les vieux amplis, vieilles radios). Avec l'invention du transistor, il devient possible de miniaturiser tout cela : on peut utiliser des pédales pour booster son signal ! Pour cela, on utilise un montage en collecteur commun que l'on retrouve dans plein de circuits, comme par exemple la Big Muff. Aujourd'hui, avec les circuits intégrés, il existe des amplificateurs opérationnels qui permettent de faire cela, dont certains reprennent même le principe de fonctionnement des tubes pour amplifier les signaux audio (comme les MOSFET Burr Brown par exemple). On en retrouve dans la Jan Ray par exemple.

Composants amplification du signal 
100 ans d'évolution de l'amplification en une photo : une lampe 12AX7, un transistor germanium AC188, un transistor silicium 2n5089 et un circuit intégré d'amplificateur opérationnel TL072

Pour diminuer l'amplitude d'un signal, une simple résistance suffit ! C'est pour cela qu'on met généralement un potentiomètre câblé en résistance variable pour pouvoir régler le volume. C'est ce que l'on retrouve dans plein plein de circuit, comme la Fuzz Face par exemple.


Comment un courant alternatif peut il définir une note ?


Comme on l'a vu avec le schéma au dessus, le courant est caractérisé par une période, qui définit une fréquence (fréquence = 1/période), qu'on définit en Hertz (Hz). Par exemple, le courant alternatif qui sort de votre prise électrique a une fréquence de 50 Hz.
Or, ça tombe bien car à chaque note correspond une fréquence ! Vous avez sûrement déjà entendu parler du fameux La 440 ? C'est juste pour désigner le fait que le "La" qui sert de référence pour l'accordage de la plupart des instruments, qui a une fréquence de 440 Hz !

Plus la fréquence d'oscillation du courant est élevée, plus la note est aigue.

Guitare électrique fréquence du signal
Ainsi, chaque note est définie par sa fréquence. En jouant sur les fréquences on peut modifier le son de manière générale. Une wah wah par exemple ne va laisser passer que certaines fréquences, c'est cela qui lui donne son son caractéristique ! Par exemple le son de canard qu'on a en la laissant à mi course est dû au fait qu'elle ne laisse passer quasiment que des mediums. Les potentiomètres de tonalité vont aussi filtrer les fréquences en éliminant les hautes fréquences (on aura moins d'aigus) ou les basses fréquences (moins de graves).

L'oreille humaine peut entendre les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz. En pratique, cela dépend des individus. Plus on est âgé, moins on entends les fréquences aigues. Il est intéressant de noter que les fréquences medium entre 1000 et 4000 Hz sont ressenties comme plus fortes pour un même volume (en décibel).  Ce qui est sympa pour nous, guitaristes, car la guitare intervient pas mal dans cette gamme de fréquence. Et c'est comme ça qu'on a volé la vedette au bassiste !

En pratique c'est bien sûr plus compliqué car quand vous jouez une note, il y a plusieurs fréquences qui se mettent en place et pas une seule (les harmoniques par exemples). Quand vous jouez plusieurs notes aussi. A ce moment là, les voltages s'additionnent, tout simplement.


Que font les effets sur mon signal ?


On va voir 2/3 exemples d'action des effets sur votre signal.

1. Le compresseur
Un compresseur va délimiter une amplitude maximale pour votre signal. On va diminuer l'amplitude du signal, ce qui va "compresser" le signal ! (tous les noms paraissent plus logiques maintenant n'est-ce pas ?)
Effet d'un compresseur guitare électrique
Vous voyez ici que dans le signal sans compresseur, on a beaucoup de variation dans le niveau du signal : on a beaucoup de dynamique. A l'inverse quand on met en route le compresseur, les signaux ont tendance à être plus proches : on perd de la dynamique. Il se trouve que le signal compressé d'une guitare sonne particulièrement bien, c'est pour cela que beaucoup de guitaristes en utilisent, moyennant une perte de dynamique.


2. La saturation
La saturation est provoquée lorsqu'on a un écrêtage de la courbe du signal. Elle peut être provoquée de différentes manières : saturation des lampes ou de transistors, utilisation de diodes qui laissent passer une partie du courant vers la masse...etc.
Signal saturé guitare électrique

On voit bien ici la saturation en haut de la courbe du signal : il y a écrêtage. Pour mieux comprendre le phénomène, lisez mon article sur le circuit de la Jan Ray, qui parle notamment du clipping par les diodes.
On peut voir aussi que le signal a moins d'amplitude : on compresse le son ! Plus le son est saturé, plus il sera compressé et moins on pourra faire ressortir les nuances de jeu. C'est ce qui apparait typiquement sur une Big Muff par exemple.


3. Numérique versus analogique
La grande différence entre un signal numérique et analogique, c'est qu'un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs, alors qu'un signal numérique est limité à cause du fonctionnement binaire (que des 1 et des 0). On peut ainsi avoir un signal analogique avec une valeur de 3,3333...etc. alors que le signal numérique devra arrêter la virgule à un endroit précis selon la qualité d'encodage. Cette qualité se note généralement en bit / kbit par seconde. Un mp3 par exemple a des valeurs comprises entre 256 et 64 kbit /sec. A titre de comparaison, la qualité d'encodage moyenne d'une CD est de 1411 kbit /sec.

On a donc un signal défini par un nombre de points finis précis, la précision des points correspondant à la qualité d'encodage. Grossièrement, ça donne quelque chose comme ça :
Signal numérique ou analogique guitare électrique

La fréquence d'échantillonnage détermine aussi la qualité du son numérisé. Il faut qu'elle soit la importante possible pour ne pas perdre en qualité (que les points soient le plus rapproché possibles).
On comprends alors la réticence des gens face aux pédales d'effets numérique... La froideur du son de certaines de ces pédales est lié à ce processus de numérisation.

Cependant, aujourd'hui, la technologie a fait de tels progrès que la numérisation se fait avec une perte de qualité qui est difficilement audible.

Par exemple, le premier delay digital, le Boss DD2, avait un convertisseur de 12 bits, avec une fréquence d'échantillonnage de 32kHz (équivalent d'une qualité radio à peine)... Aujourd'hui, Strymon utilise des convertisseurs 24 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 96kHz (qualité audio d'un DVD !)

Voilà, j'espère que cet article vous aura un peu éclairci sur ce mystérieux terme qu'est "le signal"... 
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Pour aller plus loin (en anglais...et français youpi)
Guide techni guitare (pdf) sur les saturations: diode clipping...etc. (en français)
Analogue versus numeric signal: une analyse détaillée des différences entre numérique et analogique par Screaming FX. (en anglais)
Un peu de théorie sur la compression, le clipping...etc.(en anglais)
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