Accordeur Automatique De Guitare

Nous avons réalisé un accordeur automatique de guitare dans le cadre de notre cours de prototypage rapide à l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées afin de permettre un accordage rapide et sans effort d'une guitare.

Nous avons utilisé une découpeuse laser avec du MDF 3mm pour réaliser le boîtier ainsi qu'une imprimante 3D pour la partie qui tourne la cheville et qui s'attache au manche (réalisée en PLA).

Les différents composants électroniques utilisés sont:

1. Une carte Arduino Uno
2. Un micro
3. Un hacheur
4. Un moteur
5. Des fils de connexion
6. Une batterie Li-ion de 7,4V que nous avons fabriquée nous même

Nous soudons deux cellules batteries de 3,7V en série puis nous soudons des fils (un sur le pôle plus d'une pile et l'autre sur le pôle moins de l'autre) pour pouvoir brancher la batterie à notre circuit. On les soude à un embout pour faciliter le branchement. Une fois que ceci est fait, nous l'enrobons d'un scotch thermique puis d'une gaine thermo-rétractable isolante.

Le signal sonore issue de la corde de la guitare est acquis par un module de microphone branché à la carte Arduino Uno. La fréquence d’échantillonnage peut être modifiée facilement sur le code.

Pour mesurer la fréquence du signal échantillonné, on utilise une méthode d’autocorrélation. Il s’agit de comparer le signal à lui-même avec un décalage pour trouver le moment où les deux signaux sont similaires et en déduire sa fréquence (s’il faut décaler le signal de i échantillons pour qu’il soit très similaire, sa fréquence est donc la fréquence d’échantillonnage divisé par i). Plus de détails sur la méthode et le code que j’ai réutilisé peuvent être trouvés ici : https://forum.arduino.cc/t/reliable-frequency-measurment-using-autocorrelation/190147

En théorie, la méthode d’autocorrélation est rapide, efficace et précise. Cependant, sa précision (comme pour toutes les méthodes discrètes de mesure de fréquence) dépend de la fréquence d’échantillonnage. En effet, étant donné la méthode, la mesure donnée par l’algorithme est forcément la fréquence d’échantillonnage divisée par un entier. Pour les signaux à basse fréquence, la précision est forte car quand l’entier est grand, les différentes valeurs possibles sont proches. Mais plus la fréquence augmente, plus les valeurs possibles s’éloignent, et on perd alors en précision.

Pour la guitare, les fréquences des cordes sont : 82.4 Hz, 110 Hz, 146.8 Hz, 196 Hz, 246.9 Hz et 329.6 Hz. Malheureusement, en pratique, la fréquence d’échantillonnage maximale atteignable par l’Arduino Uno est d’environ 5500 Hz. Pour la corde la plus basse, les 2 valeurs possibles autour sont 82.1 Hz et 83.3 Hz, on peut donc atteindre une précision d’environ 1Hz. Pour la corde la plus haute, cependant, on peut obtenir 323.5 Hz ou 343.8 Hz, la précision descend alors à 20 Hz.

La carte Arduino est capable de calculer rapidement mais son acquisition (le problème est peut-être aussi lié au module de microphone) limite la précision.

Nous branchons les composants suivant le schéma présenté.

Une fois les blocs d’acquisition et de traitement des données du code réalisée, il suffit maintenant de les relier avec la partie de commande du moteur. Le fonctionnement est assez simple :

1. D’abord on acquiert une fois le signal et on mesure la fréquence.
2. En fonction de sa distance avec la fréquence cible, on fait tourner la clé de la corde plus ou moins vite pour se rapprocher de la bonne fréquence.
3. Au bout d’1 seconde, on refait une acquisition de la fréquence pour ajuster la commande du moteur, et on réitère jusqu’à atteindre la cible.
4. Une fois l’objectif atteint, on arrête de tendre ou détendre la corde, elle est accordée.

Cette section présente en détail la conception et la fabrication des trois pièces essentielles du système. Ces composants jouent un rôle clé dans le fonctionnement de l'accordeur, en assurant le positionnement précis du moteur et la transmission efficace du couple nécessaire pour tourner les clés de la guitare. Nous aborderons les étapes de conception, les défis techniques rencontrés et les solutions innovantes mises en œuvre pour chaque pièce.

1. Pièce de Mise et Maintien en Position du Moteur

Description :

La première pièce conçue est celle qui permet la mise et le maintien en position du moteur. Cette pièce est cruciale pour assurer la stabilité du moteur pendant son fonctionnement.

Conception :

1. Le moteur est monté de manière serrée dans cette pièce pour éviter tout mouvement indésirable.
2. La conception a pris en compte les dimensions exactes du moteur pour un ajustement parfait.

Résultat :

La pièce remplit parfaitement son rôle de maintien du moteur en position, assurant une base stable.

2. Couvercle du Moteur

Description :

1. La deuxième pièce est le couvercle du moteur, qui sert à protéger le moteur tout en permettant une manipulation facile de l'accordeur.

Conception :

1. Le couvercle est monté serré avec la première pièce (maintien du moteur) pour assurer une intégration parfaite.
2. Une poignée a été intégrée au couvercle afin de faciliter la prise en main et de permettre un déplacement aisé d'une clé à l'autre.

Résultat :

1. Le couvercle assure une protection adéquate du moteur tout en offrant une ergonomie améliorée pour l'utilisateur.

3. Pièce de Transmission du Couple pour Tourner les Clés de la Guitare

Description :

La troisième pièce est celle qui transmet le couple du moteur pour tourner les clés de la guitare. Cette pièce a été la plus complexe à concevoir en raison des contraintes techniques et des problèmes rencontrés.

Conception Initiale :

1. Nous avons essayé initialement plusieurs solutions pour cette pièce, en testant différentes configurations pour optimiser la transmission du couple.

Problème Rencontré :

1. Nous avons essayé d'assembler cette pièce avec l'arbre du moteur en utilisant une vis. Cependant, le taraudage dans le moteur est endommagé ,,rendant cette solution non viable.

1. Utiliser deux murs pour faire tourner la clé, mais ceux-ci ne tenaient pas pour une épaisseur de 2 mm. Après plusieurs tests, une épaisseur de 3 mm s'est avérée nécessaire pour assurer une tenue correcte.

Solution Adoptée :

1. Pour résoudre ces problème, Nous avons opté pour un assemblage par serrage parfait entre la pièce et l'arbre du moteur. Cette solution a permis d'assurer une transmission efficace du couple sans risquer d'endommager le moteur.

Résultat :

1. La pièce fonctionne désormais de manière optimale, avec une transmission de couple efficace..

Conclusion

En réalisant cette tâche, nous avons appris à utiliser correctement le pied à coulisse pour effectuer des mesures précises. Nous nous sommes également familiarisés avec l'utilisation de la machine 3D et avons acquis des compétences en conception pour garantir un serrage optimal entre les pièces, tout en tenant compte des erreurs potentielles de l'imprimante. Cela nous a permis de consolider les connaissances pratiques abordées lors des travaux pratiques et de maîtriser les concepts étudiés.

Pour avoir un accordeur esthétique et facilement transportable, nous avons besoin d'une boîte qui contient et cache les composants électroniques et nous avons, nous réalisons alors un boîtier en bois grâce au découpage laser.

Nous utilisons le logiciel CATIA V5 pour réaliser la CAO du boîtier. L'objectif est de réaliser un boitier qui ferme tout seul c'est pourquoi nous réalisons des bords dentés pour chaque côté ce qui permet un assemblage du boîtier à la main. Nous perçons également deux trous dans le boîtier aux endroits par lesquels sortiront respectivement les fils liés au moteur et ceux liés au micro.

Les fichiers CATIA V5 de CAO en format stl et de plan en format dxf sont disponibles ci-dessous:

On met les composants électroniques dans le boîtier à l'exception du moteur qui lui est assemblé avec la poignée et le système pour tourner la cheville. Si besoin on peut accrocher plusieurs fils les uns à la suite des autres pour que le moteur soit suffisamment loin du boîtier.