De la roue phonique au haut-parleur

NOUS AVONS LE PLAISIR DE VOUS PRÉSENTER UN ARTICLE ÉCRIT PAR STÉPHANE BREDEL, ANCIEN RÉDACTEUR DES BULLETINS DE L'ASSOCIATION TRIBUTE TO HAMMOND, QUI A EU LA GENTILLESSE DE NOUS DONNER L'AUTORISATION DE PARTAGER CELUI-CI.

« Maintenir l'interrupteur "Start" en position "On" pendant 8 s environ. Sans le relâcher, pousser l'interrupteur "Run" en position "On". Après avoir maintenu les deux interrupteurs en position "On" pendant 4 s environ, relâcher l'interrupteur "Start" pour le faire revenir à sa position initiale. Si la console est très froide, ou si un régulateur de fréquences est utilisé, il sera peut-être nécessaire de maintenir l'interrupteur "Start" un peu plus longtemps. Une lampe témoin indique que l'orgue est en marche. »
Après avoir appliqué ces consignes du manuel technique, il ne vous reste plus qu'à sélectionner votre jeu de tirettes, sélectionner éventuellement percussion et vibrato, et poser vos doigts sur le clavier pour pouvoir entendre les sons de votre Hammond à roues phoniques. Pourtant, que le chemin des fréquences est long et tortueux entre le générateur et nos oreilles ! Aussi, cet article n'a pas d'autres prétentions que de vous éclairer sur les différentes étapes de génération, transformation et restitution des fréquences.

SCHÉMA DE PRINCIPE
Vous trouverez en dernière partie de cet article le schéma de principe d'un orgue Hammond, extrapolé et traduit du manuel technique du A-100. Nous avons logiquement suivi ce schéma pour le déroulement des explications, étape par étape. Pour plus de clarté, nous avons pris la liberté d'attribuer une couleur par étape. Ce schéma est transposable pour les modèles B-3, C-3, RT-3, D-100 et la Série A-100. Il est également transposable pour la plupart des modèles à roues phoniques, y compris les spinets, les quelques différences n'altérant en rien le principe général. Puisqu'il s'agit du schéma du A-100, la partie amplification se rapporte au système intégré de ces modèles. Mais cela pourrait tout aussi bien être une Leslie.

Étape I : GÉNÉRATEUR
Le moteur "run" tourne comme une horloge, entraînant avec lui les 91 roues phoniques nécessaires à la génération des fréquences. Chaque roue tourne devant un capteur qui délivre un petit signal sinusoïdal, filtré, de quelques mV. Chaque fréquence est acheminée par un fil sur des barrettes de raccordement (terminal strips), une pour le clavier supérieur, et une pour le clavier inférieur et le pédalier. Rappel :
• B-3, C-3, RT-3, D-100 et Série A-100 => 91 roues phoniques
• Séries H-100, E-100 et R-100, X-77 => 96 roues phoniques
• M-3 => 86 roues phoniques
• Séries L-100, M-100, T-100 => 87 roues phoniques

Étape IIa : CLAVIER SUPÉRIEUR
Chaque touche de clavier possède 9 lamelles-ressorts en métal noble, disposées verticalement, les unes en dessous des autres. Il y a une et une seule fréquence assignée par lamelle-ressort. Donc par touche, on peut obtenir un maximum de 9 fréquences (si, par ex., toutes les tirettes sont actives) C'est à partir de la barrette de raccordement que l'on vient "chercher" les fréquences idoines pour chaque lamelle-ressort. Le câblage entre barrette de raccordement et lamelles-ressorts est effectué au moyen de fils résistifs, fins comme des cheveux, assurant un équilibre acoustique prédéterminé à la conception et à la fabrication. Un clavier comportant 61 touches (5 octaves de Do à Do), il y a donc au total 549 fils résistifs par clavier. Sous les touches du clavier courent 9 tiges métalliques en métal noble, appelées "bus-bars". Lors de l'enfoncement d'une touche de clavier, ses 9 lamelles-ressorts vont venir en contact avec les 9 bus-bars (1 bus-bar pour 1 lamelle-ressort.) Si on enfonce plusieurs touches de clavier à la fois, c'est autant de fois des ensembles de 9 lamelles-ressorts qui vont venir en contact avec les bus-bars. Les fréquences jouées courent donc le long de ces bus-bars.



À l'extrémité gauche du clavier, on trouve des touches de présélection dont les couleurs sont inversées. À l'instar des touches de clavier, elles possèdent elles aussi 9 lamelles-ressorts. Mais ces touches, une fois appuyées, restent enfoncées (une à la fois !) Les lamelles-ressorts de la touche enfoncée sont donc en contact permanent avec une extrémité des bus-bars. Selon la touche de présélection enfoncée, les lamelles-ressorts sont reliées soit vers un des deux jeux de tirettes (touches La# et Si, que nous appellerons touches de réglage des tirettes, ou plus simplement touches de tirettes) -avec une lamelle-ressort par tirette-, soit vers le panneau de présélections situé à l'arrière de l'orgue (touches Do# à La). La touche de Do n'est qu'une touche de mécanisme, permettant de déverrouiller la touche enfoncée, voire plusieurs touches si celles-ci ont été enfoncées simultanément par erreur.

1er cas : les fréquences sont acheminées via l'un des deux jeux de tirettes
Dans la platine qui couvre les tirettes courent 9 bus-bars -différents des bus-bars de clavier !-, disposés horizontalement. Chaque tirette comporte un petit mécanisme qui va venir en contact avec l'un des 9 bus-bars, suivant la position de la tirette. Il y a 9 positions : 8 d'intensité croissante, et une de repos qui inhibe les fréquences. Plus la tirette est tirée, et plus l'intensité est importante. Les bus-bars de tirettes vont véhiculer toutes les fréquences jouées vers un matching transformer (transformateur de mélange), désigné T2.
Le matching transformer est un composant essentiel de l'orgue : ses enroulements complexes au primaire, savamment calculés, vont mélanger toutes les fréquences jouées, pour les récupérer au secondaire par un fil unique, l'ensemble étant parfaitement dosé. Puisqu'il y a 9 positions par tirette, il y a 9 bus-bars, et donc 8 enroulements (1 pour chaque niveau d'intensité, et aucun pour "0", le bus-bar correspondant étant simplement relié à la masse). In fine, la position d'une tirette sélectionne un et un seul bus-bar, et donc un et un seul enroulement (ou mise à la masse pour la position "0") qui va définir par construction l'intensité des fréquences jouées en relation avec la tirette correspondante.


Lamelles / Fils résistifs (photo)


Bus-bars (photo)


Matchings transformers (photo)


2e cas : les fréquences sont acheminées via le panneau de présélection
Les lamelles-ressorts des touches de présélection (Do# à La) sont reliées par des fils au panneau de présélections situé à l'arrière de l'orgue. Ce panneau permet, au moyen de cosses et de vis, de paramétrer au préalable des configurations de tirettes. Ces configurations ne peuvent être changées lorsque le musicien joue. Pour les modifier, il faut accéder au panneau par l'arrière et arranger cosses et vis pour obtenir le jeu désiré. Puis à partir du panneau de présélections partent 8 fils vers les 8 enroulements du primaire du matching transformer T2, comme pour le 1er cas avec tirettes (la position "0" étant obtenue en reliant les fils à la masse.)



Donc dans un cas comme dans l'autre, on récupère toutes les fréquences jouées au secondaire du matching transformer pour être acheminées ensuite vers le premier étage du préamplificateur .
Remarques :
- les spinets ou la Série E-100 n'ont pas de touches de pré-sélection. Ils sont dotés soit de tirettes et de tablettes (L- 100, M-100, T-100), soit seulement de tirettes (M-3). En fait, le principe reste le même : les tablettes ou les tirettes étant reliées in fine aux enroulements des matching transformers
- les modèles plus récents comme ceux de la Série H-100 possèdent davantage de bus-bars de clavier, leur permettant de jouer davantage de fréquences. Mais le principe de fonctionnement est identique.


Étape IIb : CLAVIER INFÉRIEUR
Même logique que pour le clavier supérieur, les fréquences étant récupérées de la même manière au secondaire du second matching transformer désigné T1.

Étape IIc : PÉDALIER
Le pédalier fonctionne comme un clavier, et chaque pédale enfoncée agit sur un poussoir qui actionne 8 lamelles venant en contact sur 4 bus-bars (2 lamelles par bus-bar) Cette configuration particulière vient du fait que les tirettes de 16' et 8' du pédaliers sont en réalité des jeux de fréquences déjà mélangées d'usine afin de restituer le plus de rondeur possible. Mais cela ne change en rien le principe de fonctionnement : un toron de fils part du générateur jusqu'à une barrette de raccordement située dans le réceptacle du pédalier. Puis, à l'instar des claviers, des fils résistifs partent de cette barrette jusqu'aux lamelles. Les fréquences jouées sont récupérées par les bus-bars, et restituées jusqu'au matching transformer T1, en transitant au préalable par les tirettes du pédalier, et bien sûr les bus-bars de tirettes. On notera que pédalier et clavier inférieur ont le même matching transformer T1.

Étape IIIa : SON SANS VIBRATO
Si les tablettes "Vibrato Swell" (récit, ou clavier supérieur) et/ou "Vibrato Great" (grand orgue, ou clavier inférieur) sont sur "Off", les fréquences émanant des matching transformers T2 et/ou T1 sont envoyées dans le premier étage "sans vibrato" du préamplificateur.

Étape IIIb : SON AVEC VIBRATO
Si les tablettes "Vibrato Swell" (récit, ou clavier supérieur) et/ou "Vibrato Great" (grand orgue, ou clavier inférieur) sont sur "On", les fréquences émanant des matching transformer T2 et/ou T1 sont envoyées dans le premier étage "avec vibrato" du préamplificateur, puis dans la ligne à retard et le scanner de vibrato (ligne à retard et scanner constituent l'ensemble électromécanique permettant de générer le vibrato. Le fonctionnement de ce système sera expliqué dans un futur article.)
Si le bouton de sélection de vibrato est en position V1, V2 ou V3, on obtient un vibrato pur plus ou moins marqué. Si ce bouton est en position C1, C2 ou C3, on obtient alors un effet dit de chorus plus ou moins marqué. Le chorus est un effet obtenu en superposant le signal avec vibrato et le signal sans vibrato, ce dernier étant généré à l'étape IIIa. Ce qu'il y a d'intéressant avec le vibrato est qu'il est sélectionnable par clavier. Par exemple, il peut être actif au clavier supérieur, et inactif au clavier supérieur. À noter que s'il est actif au clavier inférieur, alors il l'est également au pédalier.



Étape IV : PERCUSSION HARMONIQUE
La percussion harmonique est un effet disponible uniquement au clavier supérieur, et avec la touche de tirettes Si enfoncée. Lorsque cet effet est actif, à l'enfoncement d'une touche de clavier, on entend "percuter" une fréquence harmonique pendant un temps plus ou moins long, évoquant un son de vibraphone, de marimba, de percussion etc. Cet effet s'additionne aux autres fréquences jouées normalement. À noter que si une touche de clavier (ou plus) est déjà enfoncée, alors l'effet de percussion est inhibé. Il convient donc de jouer staccato si l'on veut entendre l'effet de percussion à chaque note.



Si la tablette "Percussion" est sur "Off", il n'y a pas d'effet. Si elle est sur "On", l'effet est actif. Deux harmoniques sont disponibles, "Second" (correspondant à la tirette 4', ou 2e harmonique) ou "Third" (correspondant à la tirette 22/3', ou 3e harmonique), mais non simultanément, et sélectionnables par la tablette "Percussion Harmonic Selector". La durée de l'amortissement est configurable par la tablette "Percussion Decay" suivant deux positions : "Fast" (rapide) ou "Slow" (lent). Le volume de la percussion est configurable par la tablette "Percussion Volume" suivant deux positions : "Soft" (doux) ou "Normal". Les percussions harmoniques ne passent pas dans le circuit de vibrato.
Nous n'entrerons pas dans le détail technique ici. Il faut quand même savoir que l'activation de la percussion n'annule pas le fonctionnement de la tirette équivalente (4' ou 22/3') En revanche, pour pouvoir fonctionner, il faut inhiber le fonctionnement d'une tirette. Sur les consoles, Hammond a choisi d'inhiber la tirette de 1'.
Remarques :
- les modèles plus récents comme ceux de la Série H-100 sont capables d'affecter le vibrato à l'effet de percussion grâce à un circuit dédié dans le préamplificateur
- les modèles plus récents comme ceux de la Série H-100 n'ont pas besoin d'inhiber le fonctionnement d'une tirette pour que fonctionne la percussion. Donc même avec la percussion active, toutes les tirettes fonctionnent normalement.

Étape V : VOLUME
À présent, le son est presqu'entièrement constitué : les fréquences sont mélangées, le vibrato/chorus est actif ou pas, la percussion harmonique est active ou pas. Grâce à la pédale d'expression, qui est l'équivalent d'un condensateur variable, le musicien va moduler la puissance de sortie. Pour ce faire, il appuiera plus ou moins sur la pédale d'expression. Plus elle est enfoncée, et plus le volume est important. En réalité, il "pilote" le dernier étage de niveau de sortie du préamplificateur. Une tablette "Volume" permet de sélectionner une puissance de sortie "Normal" ou "Soft" (doux). Cette tablette, très utile en appartement par ex., permet de limiter la puissance de sortie maximale tout en bénéficiant de l'amplitude de contrôle de la pédale d'expression.

Étape VI : AMPLIFICATION



Le signal définitif, préamplifié et symétrique, est passé de quelques mV à 2 V env. Il sort des bornes de sortie G-G du préamplificateur pour être envoyé :
- soit vers l'entrée symétrique de l'amplificateur interne (A-100, H-100, spinets etc.) et/ou externe (Leslie 122/142/222, PR-40 etc.)
- soit vers l'entrée asymétrique d'un amplificateur externe également (Leslie 147/142/247, 251/351, 760/770, ampli de sono etc.)
Puis le signal amplifié est en général filtré, de telle sorte que les fréquences basses et les fréquences aiguës soient séparées et envoyées sur des haut-parleurs séparés. À cette étape, en sortie de haut-parleurs, les fréquences ne sont plus électriques mais mécaniques, faisant vibrer l'air jusqu'à nos oreilles.

Étape VII : RÉVERBÉRATION
La réverbération est un effet d'écho du son, qui donne l'impression de frapper les murs de la pièce avant de parvenir à nos oreilles, créant ainsi un léger retard. C'est typiquement ce qui se passe naturellement dans une église, une cathédrale, ou une grande salle de spectacle. La réverbération est de série sur tous les orgues Hammond avec amplification interne, et bénéficie d'une unité à ressorts, d'un amplificateur et d'un haut-parleur dédiés. Le principe est le suivant : en sortie des haut-parleurs principaux, les signaux sont envoyés vers le Driver (excitateur) de l'unité à ressorts. Ce driver va exciter les ressorts à une extrémité, les ressorts vont propager les signaux avec un certain retard, et seront récupérés à l'autre extrémité par un pick-up (capteur) pour être envoyés dans l'amplificateur de réverbération. Celui-ci va filtrer et mélanger tous les signaux pour délivrer un signal unique vers le haut-parleur de réverbération. Les fréquences retardées vont se superposées aux fréquences non retardées, ce qui générera un effet d'écho appelé réverbération. Cet effet est modulable en intensité au moyen d'un bouton de contrôle rotatif.


Lors d'une exposition qui expliquait le fonctionnement, Hammond avait fabriqué un M-3 en plexiglas, permettant aux visiteurs de visualiser aisément les composants essentiels. Logique et ludique !


Toujours pour la même exposition, sur un mur était affiché ce panneau explicatif, permettant de comprendre la génération, l'acheminement et la restitution des sons.


Il est bien sûr possible d'obtenir un effet de réverbération avec un orgue dépourvu de système d'amplification intégré tel qu'un B-3. Il suffit d'installer dans l'orgue un système de réverbération (unité à ressort + préamplificateur dédié + bouton de contrôle) qui va générer le signal réverbéré non pas après l'amplificateur, mais en s'intercalant juste avant la sortie du préamplificateur. Celui-ci enverra donc vers l'amplificateur (Leslie par ex.) un signal déjà réverbéré.

CONCLUSION
D'un signal de quelques mV aux ondes sonores qui parviennent à nos oreilles, nous avons retracé le parcours parfois un peu tortueux d'une fréquence émanant d'une roue phonique jusqu'à faire résonner la membrane d'un haut-parleur. Il nous semblait ainsi légitime de rendre un peu hommage à la merveilleuse machine qu'est un orgue Hammond, donnant indirectement inspiration à une multitudes d'organistes talentueux, et ce pour notre plus grand plaisir !

Merci Anne de nous faire partager l'excellent travail réalisé par Stéphane.
C'est une machinerie très complexe dont le fonctionnement est très bien expliqué.
Difficile d'imaginer que le simple fait d'enfoncer une touche, déclenche toute cette technologie pour produire le fameux son Hammond.

Oui merci Stéphane B pour son travail remarquable sur la "machinerie" Hammond.
Il y aura prochainement un autre article tout aussi passionnant !!

Nous avons la chance d'avoir de grands spécialistes HAMMOND sur ce forum...bravos
J'ai tout lu...pas toujours tout compris ...mais vraiment intéressant pour ce qui me concerne.

Je t'avoue que je n'ai pas tout pigé non plus, surtout que j'ai pas suivi de cours d'électronique.
J'espère que Stephane B aura l'occasion de répondre à nos éventuelles questions s'il a le temps.