Analyse du circuit de la Klon Centaur

Pour ceux qui ne connaissent pas la Klon Centaur, il s’agit d’une overdrive créée dans les années 90 par Bill Finnegan et des ingénieurs en électronique du MIT (ça ne s'invente pas !), qui a fait couler beaucoup d’encre (et d’argent !) de par sa rareté et sa qualité musicale. Elle a été utilisée par de nombreux guitaristes, et par les plus grands comme Jeff Beck par exemple. Il s’agit d’une overdrive à 3 potentiomètres : gain, volume et aigus, réputée pour ses crunch légers, très léger, ses qualités en tant que boost et son buffer. J'avais d'ailleurs à un moment réalisé un circuit imprimé pour reproduire le buffer de la Klon Centaur.

La Klon est un circuit assez complexe. Avoir une analyse détaillée du circuit est nécessaire, et de plus il y a relativement peu de documentation sur comment marche le circuit en ligne, bien que plein de références soient disponibles. Il faut aussi rappeler que le circuit a été conçu en grande partie par des ingénieurs en électronique du MIT (et non pas par Bill Finnegan, qui est plus musicien que technicien), et il est donc assez "étrange" et non standard quand on est habitué aux circuits classiques (Tube Screamer, distorsion rat...etc) Donc attachez vos ceintures, ça va être long !

Si vous n'êtes pas encore trop trop familier avec les différents composants, et la théorie autour des pédales d'effets pour guitare, je vous conseille de lire d'abord d'autres articles sur la théorie et de vous familiariser un peu avant d'attaquer l'analyse de celui ci !

Y a t'il des différences entre les différentes versions de la Klon Centaur (silver, gold...)? A vrai dire, pas beaucoup. Cliquez ici pour en savoir plus sur les différentes versions de la Klon Centaur.

Voici le fameux circuit :

Déjà on peut voir que contrairement à pas mal de pédales boutique overpricées, ici le circuit est entièrement original !

On distingue donc 4 amplificateurs opérationnels (OP amps), on peut voir les fameuses diodes germanium entre le deuxième et troisième OP amp. Globalement, si on divise le circuit en plusieurs parties, on voit que le signal est divisé en 2 parties, une qui va conduire le signal clean, et l’autre le signal drive, qui vont ensuite être mélangés quand la pédale est on, et le signal va sinon passer par un buffer quand elle est off. Pour être plus exact, la partie clean contient plus les aigus, tandis que la partie saturée contient plus les graves et mediums.

J'ai tracé ici le chemin suivi par le signal :

On peut voir que le signal d'origine (en bleu) est séparé en deux signaux différent: clean et saturé (respectivement verts et roses), qui sont dosés via un double potentiomètre de gain, puis remélangés (en jaune)... Si la Klon est si à l'aise dans les drives légers, c'est sûrement grâce à ce mécanisme qui permet de conserver une partie du son clean et donc d'avoir des saturations très discrètes qui sont mixées avec votre signal de base.

On voit aussi que quand la pédale est off, le signal passe quand même au travers d'un OP amp (c'est la boucle bleue qui passe au dessus du circuit)... C'est le fameux buffer !

Si on sépare le circuit en plusieurs parties comme on en a l'habitude, ça donnerai quelque chose comme ça :

Enfin, en bas à droite, on a un système avec un MAX1044 qui permet d'apporter différentes tensions au circuit. Si vous vous rappelez bien, le MAX1044 permet d'inverser une tension, ou de la doubler pour avoir 18V. Ici, il est utilisé pour ces deux fonctions en même temps !
Voyons ce premier circuit qui permet de fournir les différentes tensions nécessaires au fonctionnement de la Klon Centaur.

Alimentation de la Klon Centaur

Comme vous pouvez le voir, il n'y a pas moins de 4 tensions différentes qui sont délivrées par l'alimentation de la Klon Centaur ! On a donc V+ (9V), VB+ (4.5V), V- (-9V) et V2+ (18V) ! Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué n'est ce pas ?

V+ (9v de base donc) est stabilisée grâce à un condensateur de 47uF, et une diode (D4) prévient les inversions de polarité. On retrouve un schéma classique de stabilisation d'alimentation.

V+ est ensuite divisée par deux grâce à un pont diviseur de tension avec R29 et R30, pour donner VB+ (4.5V). Vous ne savez pas ce qu'est un pont diviseur de tension ? Lisez mon article sur les résistances et leur rôle dans les pédales d'effet. Cette tension est aussi stabilisée avec un condensateur de 47uF.

Enfin, le MAX1044 est utilisé pour obtenir une tension inversée (V-, -9V) et doublée (+V2, 18V). Le MAX1044 est un circuit intégré commercialisé par MAXIM qui permet de modifier des tensions. Il est très pratique, et on le trouve dans plein de circuits utilisant des doubleurs de tension. Ici, pour doubler la tension, et avoir une tension négative, il est utilisé comme indiqué sur la datasheet. Pour plus d'infos sur le MAX1044, lisez mon article sur l'inversion de tension.

Buffer de la Klon

La boucle bleue qui passe tout au dessus du circuit pour aller vers la sortie n'est active que quand la pédale est "off". Il s'agit du fameux buffer ! Un buffer permet de diminuer l'impédance de votre signal, et de garantir que les hautes fréquences (aigus) soient maintenues le long de votre chaine d'effets. Voici le schéma:

(rappelez vous, j'avais designé des PCB pour le refaire)

La première partie, jusqu'à C2, est simplement l'entrée du circuit. On a une résistance à l'entrée pour ajuster le signal (R1), et une résistance de rappel pour éviter les "ploc" à l'enclenchement. Pour plus d'infos sur ce type de résistances et leur rôle, lisez mon article sur les résistances.

Le condensateur C1 est un condensateur de liaison : il permet d'éviter que des courants directs parasitiques en provenance des micros. Avec la résistance R2, il va aussi jouer un rôle de filtre passe haut. Plus la valeur du condensateur est faible, moins il y a de basses qui pourront le traverser. Ici, avec une valeur de 0.1uF, on laisse passer la plupart des basses de la guitare. Ce qui garantit un buffer assez transparent !

Ensuite, le signal arrive à l'entrée d'un amplificateur opérationnel, faisant partie du TL072. Le TL072 est un double ampli opérationnel, très transparent. Il est monté en non-inverseur (le signal arrive par la borne "+"). Normalement, on a deux résistances qui vont définir le gain d'un tel montage. Ici, on n'en a aucune : le gain est de 1, ce qui garantit à peu près un même volume sonore en entrée et en sortie. L'amplificateur opération a une entrée haute impédance, et une sortie faible impédance : le buffer a diminué l'impédance du signal, tout en maintenant le volume sonore !

Enfin, on a un deuxième condensateur de liaison de 4.7uF, combiné à une résistance de 100k à la masse. Cela forme un filtre passe haut (encore), qui laisse une fois de plus passer à peu près toutes les fréquences. Une dernière résistance de 560 ohms va ajuster le niveau sonore, et le signal est délivré au reste de la chaîne.

Splitter (Séparateur de signal)

Quand le circuit est "on", le signal ne passe plus par le buffer, qui est déconnecté du reste du circuit par le footswitch, mais par le "splitter". Cette partie du circuit permet de séparer le signal en différentes parties : médiums, basses et aigus.

A l'entrée, on a le début du buffer, puis le signal arrive à la sortie de l'OP amp. Là, il y a 3 chemins que le signal peut prendre : en bas en passant par la résistance 5,1k et le condensateur C4, vers l'OP amp, ou au dessus en passant par la résistance R17. Bon, c'est quoi ce bordel ?

Ces différents "spliters" où va se diviser le signal filtrent certaines fréquences. Cependant, je n'ai pas encore le background et les connaissances nécessaires pour vous dire lesquelles. En effet, certains filtres sont basés sur des calculs complexes avec transformée de Fourier et compagnie, mais si des électroniciens plus compétents passent dans le coin et veulent bien indiquer tout cela, ce serait super !

Vous voyez qu'en bas, le signal passe au travers de différents composants, puis passe au travers d'un potentiomètre GAIN2. Le sonne ne passe pas au travers de diodes, et reste donc clean.
Le signal peut passer "par au dessus", au travers de la résistance de 1,5 et 15k, et est remixe à la fin du splitter. Là aussi le signal reste clean. On a donc deux signaux clean qui sont séparé du reste du signal.

Enfin, le signal qu'il reste peut aussi passer au travers du second OP-amp. Un potentiomètre GAIN1 règle la quantité de signal qui va passer vers l'OP amp. GAIN1 et GAIN2 sont en fait un double potentiomètre : quand on augmente un, l'autre baisse et vice versa ! On dose ainsi la quantité de signal clean et saturé qui est mélangée le long de la course du potentiomètre ! C'est un système assez ingénieux qu'on ne retrouve dans aucune autre pédale, et c'est une des nouveautés de la klon centaur : tout le signal n'est pas modifié par la pédale, une partie est gardé clean, et remélangé ensuite, ce qui permet de conserver notamment pas mal les aigus, et d'avoir quelque chose d'assez "transparent".

Le saturation vient principalement de la saturation de l'OP amp, aussi étrange que cela puisse paraitre ! Il a un gain assez important; On peut le calculer. Il est monté en non-inverseur, donc le gain sera de 1 + résistance de la boucle / résistance vers la masse = 1+ 422 / (15 + 2 + valeur du potentiomètre de gain (100k) ) = 1 + 422 / (117) = 4,6 avec le gain au minimum.

On a ensuite un condensateur de liaison (C9), et le signal arrive au niveau des fameuses diodes germanium D2/D3. La majeure partie du temps, ces diodes n'interviennent en fait que très peu ! J'ai pu le remarquer en modifiant notamment celles de la Soul Food. Elles interviennent seulement à haut niveau de gain, donc on entends relativement peu la différence en changeant les diodes. Je ferai peut être une petite vidéo pour vous montrer tout ça dès que j'aurai un peu plus de matériel pour le faire...

Enfin, à la fin de ce circuit, on voit que les différents signaux se remélangent ensemble dans la deuxième partie du circuit :

Signal mixer / sortie

Nous voici donc arrivé à la fin du circuit (fiouuuu), voici le "signal mixer" !

Les deux signaux ont été remélangés à la fin du splitter, et vont maintenant être amplifiés et filtrés.
Un premier OP amp monté en inverseur amplifie le signal. Cet OP amp a aussi un très fort gain, ce qui garantit une hausse de volume conséquent, intéressant si on veut utiliser la pédale en clean boost.

Un deuxième OP amp avec un gain de 1 (regardez les valeurs de R22 et R24 !) va permettre de régler la quantité d'aigus dans le signal final. Il est organisé en filtre passe bas classique : on laisse passer jusqu'à une certaine fréquence maximale. On règle cela grâce au potentiomètre de treble qui laisse passer plus ou moins de signal aigu dans l'OP amp.

Enfin, un condensateur de liaison de 4.7 uF empêche le passage de courants DC parasites. Une résistance de 560R et le potentiomètre de volume câblé en résistance variable vont ajuster le volume final. On a aussi deux résistances R27 et R28 dont je ne comprends pas bien l'utilité vu le circuit...

Il y a encore certaines choses qui sont peu claires pour moi, notamment au niveau du splitter : il y a des filtres qui permettent de choisir quelles fréquences vont passer par quel chemin, mais j'ai du mal à voir lesquelles. Il faudrait faire des calculs (beaucoup) plus poussés, que je ne maîtrise pas encore. (transformée de Fourier & Cie)

J'espère que ça vous donne quand même une idée de comment le circuit marche. Voyons maintenant le plus fun : comment modifier une Klon centaur ?
En effet, il y a des modifs qui peuvent être sympas à faire, voyons ensemble lesquelles.

Et voilà, nous arrivons à la fin de cet article ! Je sais que c'est un peu dense, donc prenez votre temps afin de comprendre, et surtout, n'hésitez pas à poster vos questions dans les commentaires ! Si jamais vous voyez une erreur dans l'analyse du circuit ou ailleurs, n'hésitez pas à m'en faire part, je corrigerai !

Cet article vous a été utile ? N'hésitez pas à me remercier en likant la page facebook Coda Effects !

Pour aller plus loin : (en anglais)

Document de 2009 faisant suite au « dégoopage » de la Klon

Manuel fourni par Aion electronics, bien fait et très informatif
La page du projet Refractor par Aion Electronics.
La page de la "Klown" Centaur du site Revolution Deux
Projet "Sunking" de madbean pedals, un autre clone de Klon, avec un PCB plus gros
"Klown" centaur moddée sur le site de la Revolution Deux
Un site avec des photo de chaque Klon centaur, classées par numéro de série (un peu obsessionnel comme site, mais marrant à voir !)
Manticore fx : pas mal d'infos sur les versions de la Klon et les fameuses diodes.
Histoire de la klon centaur sur Premier guitar