Ré-création DIY #5 : PWM

Pour ce nouveau volet ré-créatif, on explore le PWM de Tim Escobedo, un circuit dans la lignée du Thing Modulator ou du Digital Octaver Fuzz déjà rencontrés dans ce blog. Bon chelou en perspective ! 🙂

Je me suis donc amusé à monter ce circuit, curieux d’entendre comment il sonne. En particulier, la partie LFO (Low Frequency Oscilator) m’a intrigué.

Dans cet article nous allons voir brièvement le fonctionnement du circuit, la liste des composants nécessaire et à la fin je présente un test audio.

1 Fonctionnement du circuit du PWM

Voici le circuit recopié à ma façon. Vous pourrez voir le circuit original dans la ref [1] (je ne le montre pas ici pour des raisons de droit).

J’ai séparé le circuit en 3 blocs. En rouge, c’est le bloc d’alimentation. Très simple : une pile 9 V, une diode de protection et un condensateur de découplage pour filtrer du bruit possible généré par la source. En sortie, du bloc, on obtient une tension Vaa (un peu inférieure à 9 V en raison de la diode qui fait chuter légèrement le potentiel).

Cette tension Vaa sert à alimenter deux circuits intégrés, un LM386 qui est un amplificateur opérationnel et un CD40106 qui est un trigger de Schmitt.

En vert, nous avons un LFO, un oscillateur à très basse fréquence, nous allons revenir sur son rôle dans la suite. Un interrupteur permet d’utiliser le potentiomètre « pulse width », ou d’enclencher le LFO.

Le CD40106 est composé de 6 triggers de Schmitt indépendants. Les 3 qui ne sont pas utilisés sont groupés dans le cadre cyan. Il est important de relier leur entrée à la masse pour éviter qu’ils produisent du bruit.

1.1 LM386

Nous avons déjà rencontré le LM386 et décrit son fonctionnement dans les articles sur les mini-amplis à base de LM386 ou dans le clone de l’Acapulco Gold. Je vous invite à aller les lire si vous voulez voir des applications de ce circuit intégré.

En gros, le rôle du LM386 ici est d’amplifier le son venant de la guitare avant de l’envoyer dans le trigger de Schmitt. Ceci est important car si le signal de la guitare est trop faible, le trigger de Schmitt ne va rien donner en sortie.

1.2 Trigger de Schmitt

Le trigger de Schmitt est une nouvelle incorporation dans ce blog, décrivons-le brièvement.

Inventé par Otto Schmitt en 1934, une bascule de Schmitt ou trigger de Schmitt permet d’obtenir un signal pulsé ou carré, dont la forme est pilotée en entrée par un signal analogique [2].

Le trigger est défini par un seuil haut et un seuil bas. Lorsque le signal analogique d’entrée est plus grand que le seuil haut, le trigger sort une tension positive constante. Lorsque la valeur du signal d’entrée passe en dessous du seuil bas, le trigger sort une tension négative constante.

On obtient donc en sortie du trigger un signal carré commandé par le signal d’entrée.

Il est intéressant de souligner que, selon la ref [2], le trigger de Schmitt a longtemps été utilisé comme générateur de son dans les sonneries de téléphone portable ou les consoles de jeux avant l’ère 16 bits comme la Game Boy. Après être tombé en désuétude, ce circuit intégré a retrouvé un regain d’intérêt dans les synthétiseur modulaires et les instruments de musiques DIY.

Dans le PWM, le trigger de Schmitt va donc transformer le signal analogique de la guitare en un signal carré. Au contraire du Thing Modulator, où la fréquence de sortie n’a plus rien à voir avec la fréquence d’entrée de la guitare, ici la fréquence fondamentale du signal de sortie est conservée. Par conséquent, si on joue un mi, on entends un mi. Par contre, le timbre de la guitare est radicalement changé et trituré. On est dans la catégorie des sons synthétique, on aime ou on n’aime pas ! 🙂

1.3 Description des potentiomètres « pulse width » et « freq »

Potentiomètre « pulse width »

Le potentiomètre de 500 kohms nommé « pulse width » en conjonction avec le condensateur de 5 nF va agir comme un filtre.

Il en résulte un son plus ou moins aigu, et il est marrant de jouer avec lorsqu’un accord ou une note sont maintenus par exemple (chose que je fais dans la démo plus bas).

LFO (Low Frequency Oscilator)

Un LFO est un oscillateur à très basse fréquence. Je pense que l’idée dans le bloc vert est de faire comme si on tournait périodiquement le potentiomètre « pulse width » de gauche à droite. Pour cela, on remplace le potentiomètre de 500k par un transistor que l’on fait osciller entre un état passant et un état bloqué grâce au LFO connecté à la base du transistor.

Il est très facile de construire un LFO à partir d’un trigger de Schmitt [3]. Comme nous l’avons dit plus haut, il est inclus dans le cadre vert, je le retrace ici :

En bouclant le trigger de Schmitt par les résistances de 47 kohms et 500 kohms et en connectant l’entrée à la masse par un condensateur de 2,2 uF, on fait entrer le trigger de Schmitt en oscillation. Il en résulte un signal carré que j’ai représenté en rouge sur la figure ci-dessus.

En jouant sur la valeur de potentiomètre que j’ai nommé « Freq », on joue sur la fréquence du LFO. L’amplitude du signal est contrôlée par le potentiomètre de 10 kohms que j’ai nommé nommé « Ampl », puis les « angles » du signal carré sont « adoucis » par l’ensemble formé par la résistance de 33 kohms et le condensateur de 100 uF. Ce signal est appliqué à la base du transistor ce qui donne l’effet voulu de faire varier la résistance entre son collecteur et son émetteur.

2 Liste des composants et montage

2.1 Liste des composants

Voici la liste des composants pour monter le PWM, il n’y en a pas beaucoup, mais il y a tout de même 4 potentiomètres.

Composants	Unités	Description
Composants actifs
LM386	1	Amplificateur opérationnel
CD40106	1	Trigger de Schmitt
2N3904	1	Transistor bipolaire NPN
Diodes
1N4001	1	ou équivalent
Potentiomètres
10k	1	linéaire
100k	1	logarithmique
500k	2	linéaires
Résistances
33k	1
47k	1
Condensateurs
5n	1
100n	1
2,2u	1
22u	1
100u	1

2.2 Brochage des composants

Voici le brochage des composants actifs pour lesquels il faut faire attention, en commençant par le LM386 :

Voici celui du CD40106 :

Et celui du 2N3904 (que vous pouvez trouver à l’aide d’un multimètre, regardez ici !)

2.3 Montage sur protoboard

C’est comme en cuisine, une fois qu’on a tous les ingrédients on peut s’y mettre. Le montage sur protoboard (plaque de prototypage) n’est pas trop compliqué. Voici ce qu’il donne pour moi :

Pour les potentiomètres du LFO j’ai utilisé des trimpots, ce sont les petits carrés bleus à droite. Il ont l’avantage de ne pas nécessiter de soudure, on peut les placer directement sur le protoboard.

Si vous avez des difficultés à utiliser un protoboard, vous pouvez lire le tutoriel téléchargeable sur ce blog.

3 Un peu de son avec le P.W.M.

Voici quelques extraits audios pour se donner une idée de comment sonne le circuit tel quel. D’abord le son clean (en ne branchant la guitare qu’à l’ampli avec un peu de réverbe)

Puis avec la pédale d’effet enclenchée. Je joue d’abord avec le potentiomètre pulse width en maintenant une note constante :

Puis je joue un riff en plaçant le potentiomètre sur différentes positions :

Ensuite j’enclenche le LFO. Je joue d’abord avec la fréquence du LFO :

Finalement je joue avec le potentiomètre « Ampl » pour jouer sur – vous l’aviez compris 🙂 – l’amplitude du LFO :

4 Conclusion

Voilà donc un effet qui déboîte ! Pour les côtés positifs, il permet en mode « Pulse width » d’obtenir une palette de sons tout à fait variée et intéressante. J’aime aussi beaucoup le mode « LFO », il y a en particulier une position du potentiomètre d’amplitude qui permet d’obtenir une espèce d’effet chorus qui donne un gros son, tout à fait inspirant. Pour les côtés négatifs, je trouve que le son est difficile à contrôler, la note se maintient difficilement et elle « saute » assez aléatoirement. Ça donne une espèce de glitch, qui peut aller bien pour certaines musiques expérimentales ou improvisées, mais pour jouer une mélodie c’est assez limité. Cependant, j’ai pu constater que l’utilisation d’une pédale de boost ou d’un buffer en amont peut arranger cela, j’ai posté une petite vidéo de démo sur Instagram qui le montre.

Comme il est coutume je prépare une petite vidéo sur cette pédale.

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Références
[1] http://www.jiggawoo.eclipse.co.uk/guitarhq/Circuitsnippets/snippets.html
[2] https://fr.wikipedia.org/wiki/Bascule_de_Schmitt
[3] https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd40106b.pdf?ts=1598606722789&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F