Accordeur de guitare électronique

Lors d'un projet à réaliser en école d'ingénieur j'ai proposé de construire un accordeur de guitare. Au départ on avait le choix uniquement parmi une liste limité de projets assez classiques mais comme je connaissait déjà bien les différents choix suggérés (j'en avais déjà réalisé plusieurs), j'ai suggéré quelque chose de plus ambitieux. Notre encadrant me connaissant un peu, il m'a fait confiance et m'a permit de le faire. C'était quand même un challenge technique car j'avais certaines restrictions, pas de composant programmable, pas de pll, etc. mais cela pousse à l'imagination.

Un accordeur de guitare sert à régler la tension de chaque corde d'une guitare, afin que chacune résonne à une fréquence précise et particulière. Le fonctionnement d'un accordeur électronique repose donc sur l'acquisition de la fréquence de résonance de la corde, d'une comparaison avec une fréquence de référence et l'affichage du résultat de la comparaison, trop haut ou trop bas. Il donne à l'utilisateur une information visuelle, selon que la fréquence soit juste, trop haute ou trop basse. Il peut aussi (selon le modèle d'accordeur électronique) donner la tonalité de la note jouée.

Il existe diverses façons de réaliser un accordeur de guitare (plus ou moins complexes), je vais vous décrire ici comment je l'ai réalisé. Comme il a été réalisé dans le cadre de travaux pratique lors de mes études il y avait de multiples restrictions. Les seuls composants autorisés étant les composants passifs, transistors, composants analogiques simples (comparateurs, AOP...) et portes logiques. Les composants programmables, PLL, circuits intégrés complexes étant interdits.
J'ai donc essayé de trouver un système satisfaisant ces conditions.

Pour vérifier la justesse de la note j'ai basé le système sur un compteur logique cadencé par une horloge assez rapide (ici, 200 fois la fréquence de la corde à ajuster). Le compteur compte le nombre d'impulsion de l'horloge de référence entre deux front du signal de la corde jouée.

Une sinusoïde (signal d'entrée) et la fréquence de référence

Un comparateur binaire est ensuite utilisé pour comparer le nombre d'impulsion de l'horloge de référence à la valeur de référence (200). Si le résultat du compteur est 200 c'est que la note est juste, sinon c'est trop haut ou trop bas. A chaque nouvelle période du signal d'entrée le compteur remit à zéro. A chaque fin de période la comparaison est effectué

Pourquoi choisir 200 ?

• Il faut un nombre assez grand pour garantir une erreur assez faible (1/200 de la fréquence de la corde)
• Un nombre trop grand peut rendre la comparaison à la valeur de référence compliqué. Ici il faut 8 bits pour coder la valeur 200 et un comparateur binaire en 8 bits se trouve facilement. De 200 à 255 (valeur max sur 8 bits) il y a suffisamment de valeurs pour avoir une bonne détection de note trop basse.
• La résolution de détection est ainsi fixé à +/- 1/400 qui est suffisamment précis pour l'application.

Avant la détection de l'accord, il faut faire l'acquisition de la fréquence de vibration du son produit. L'acquisition du signal sonore produit par la corde est réalisé par un simple micro à électret suivit d'un pré-amplificateur a AOP. Le signal est ensuite grossièrement filtré (suppression de la composante continu et des fréquences trop hautes) et écrêté. L'écretage du signal consiste à transformer le signal sinusoïdal en un signal carré de même fréquence fondamentale. On écrête un signal simplement avec un inverseur logique ou un comparateur analogique.

Le signal analogique est après écrétage un signal binaire donc facile à transporter et à traiter, mais qui comporte l'information qui nous intéresse, la fréquence de résonance de la corde. Ce signal sert à donner le départ du compteur en le remettant à 0 à chaque front montant. Il valide aussi l'acquisition du résultat de la comparaison binaire entre la référence et la sortie du compteur. Le résultat du comparateur étant sauvegardé, un simple affichage constitué de leds indique à l'utilisateur la justesse de la note.

Schéma fonctionnel de l'accordeur

État d'avancement : le projet est terminé. Les différents éléments fonctionnent comme prévu, surtout avec un signal simple injecté au GBF. Mais un petit bémol, le timbre d'une guitare est complexe et n'est pas constitué que d'une seule sinusoïde mais de la fondamentale plus quelques harmoniques. La détection est donc perturbée par les harmoniques alors que ça fonctionne bien avec une sinusoïde pure. Malgré tout c'était un projet bien abouti et largement plus complexe que ce qui était proposé. J'ai eu 18/20 pour ce projet car on peut toujours faire mieux...