L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

En voulant midifier mon vibraphone, j'ai observé les lames qui vibrent en émettant des ondes dont le front est parallèle à celui des ondes des résonateurs ce qui amplifie et maintient le son de la lame vibrante pendant un long moment après la frappe.

Une idée simple mais originale s'est alors imposée pour les flutes!

Habituellement, dans une  flûte, le plan des ondes du résonateur, le corps, est  perpendiculaire à celui des ondes de l'excitateur qui produit le vortex. Cette disposition est  pratiquée depuis des siècles dans les flûtes des orgues d'église et d'orgue de barbarie, donc la seule enseignée exclusivement, sans remise en cause, puisque elle fonctionne de façon satisfaisante.

Les flûtes phicophones ont un excitateur tourné à 90° pour avoir le plan des ondes du résonateur dans le même plan que celui des ondes du vortex, pour obtenir des flûtes plus puissantes avec moins d'air et des harmoniques plus justes et non partiels.

↑ sens habituel pour le corps

↔ ondes excitateur  →sens inhabituel pour le corps

    ↑sortie vortex

  excitateur     

On sait "mitroner" (couder) nos flûtes en sachant que ces coudes n'ont que peu d'influence (autre qu'une légère montée en fréquence) compensée par un allongement de la longueur du corps résonant pour garder la fréquence prévue initialement.

Par contre la  loi de Cavaillé-Coll illustre bien l'influence de ce "pseudo virage" au niveau de la bouche traditionnelle par la prise en compte de corrections en fonction du diamètre ou de la profondeur, pour la longueur réelle par rapport à la longueur acoustique théorique.

Mais surtout, dans une flute traditionnelle, la lèvre supérieure est incorporée dans la façade antérieure. Après collage de cette partie il est possible mais très difficile d'en modifier la position une fois la flute terminée, sauf avec la  technique signalée ici.

Une exemple connu tout de même dans l'orgue de barbarie se rapproche de ce fonctionnement:

les piccolos (images PP et Jipé).

Dans les piccolos qui sont réputés pour leur puissance sonore le plan de vibration des ondes du résonateur est (aussi presque) parallèle à celui de l'excitateur,  la lame d'air tangente (avec un angle léger) le plan de sortie du tube résonateur.

L'idée de l'angle vient évidemment de l'expérience de mise en vibration d'un  goulot de bouteille qui entre en vibration en soufflant avec un angle incident sinon la bouteille ne vibre pas.

On peut aussi rapprocher  ce type de flûte d´un Shakuhachi. Un shakuahachi ( on trouve aussi l'orthographe syakuhati dans quelques ouvrages français) est constitué d'un tube ouvert en bambou sans lèvre supérieure et dont le vortex est produit par les lèvres du joueur. Il fonctionne donc sur le principe d'une bouteille avec un angle incident, et une perce pour les doigts donc pour plusieurs notes. D'ailleurs leurs timbres respectifs sont assez proches.

Les piccolos ne profitent pas non plus de cette possibilité de réglage de hauteur de bouche. De plus ils sont toujours conçus avec des tuyaux en métal, ronds et systématiquement bouchés!

En partant de ce principe il est envisageable de concevoir une flûte comme sur le croquis ci-dessus en basculant le système excitateur d'un quart de tour pour avoir le front des ondes du vortex parallèle au front des ondes du résonateur et en plus une lèvre supérieure modifiable pour une hauteur de bouche réglable.

Comme pour les flutes traditionnelles les phicophones peuvent se construire avec ou sans tampons, avec des VMT ou des VMC, intégrées ou séparées.

Leur fonctionnement est attesté par la construction de prototypes qui fonctionnent parfaitement.

Les différences avec les piccolos; le résonateur est en bois, rectangulaire et plutôt ouvert la lèvre supérieure est réglable et tout particulièrement l'angle d'attaque peut disparaître comme celui de la lèvre supérieure!

Comme avec les piccolos on obtient une sonorité claire et puissante. Cette propriété s'explique par le rayonnement!

Une vidéo faite rapidement dès les premiers essais d'un prototype:

https://www.youtube.com/watch?v=12xe_wBUvn4

En fait en flûte bouchée le tampon doit être enfoncé au milieu du tube c'est pour cette raison que la flûte joue moins bien dans cette vidéo improvisée car une fois correctement en place le son est tout aussi puissant. Et si à cause de vos habitudes vous pensez qu'attraper le tampon pour le sortir à cette profondeur sera difficile c'est que vous n'avez pas encore l'idée de pouvoir passer par l'autre coté ( la bouche  qui est à demi ouverte) pour le pousser!

Pour construire un jeu complet de bourdons phicophones télécharger le diapason pour bourdons: Diapason méthode progression progressive+Ising

Pour le réglage d'accord des bourdons phicophones (flûtes bouchées) utiliser  les tampons silicones.

Pour construire un jeu complet de flutes ouvertes phicophones télécharger le diapason flutes ouvertes: diapason pour flutes ouvertes et les longueurs acoustiques de la colonne E (longueur par excès mais avec une possibilité de réglage pour l'accordage selon le type.

Pour le réglage d'accord des flûtes ouvertes voir l'article accordage des flûtes ouvertes.

Avec cette conception, plusieurs avantages!

- La hauteur de bouche est obtenue par une lèvre supérieure indépendante de la façade du résonateur. Ce qui autorise son déplacement (et son remplacement) sans modification de la longueur du résonateur. La hauteur de bouche est alors facilement variable donc réglable même après collage définitif du corps de flûte au noyau

- l'épaisseur de la lumière, si elle est faite dans la lèvre inférieure (donc en appliquant la méthode anglaise) est elle aussi variable et donc réglable

-le résonateur peut être fermé avec  un  tampon silicone facilement réglable lui aussi, on a alors un son de bourdon (présence des harmoniques impairs seulement)

- le résonateur peut rester ouvert avec un son de flûte ouverte (présence des harmoniques pairs et impairs)

- les  harmoniques ou les partiels sont plus nombreux mais plus justes pour les raisons évoquées en fin d'article, ce qui produit un jeu plus harmonieux avec les accords de plusieurs notes simultanées

-on peut aussi  incorporer une vanne à membrane tangentielle ou concentrique dans le noyau

- la hauteur de bouche de la lèvre supérieure peut-être modifiée facilement en déplaçant cette pièce seulement. (D'ailleurs les premiers essais conduisent à déduire que l'on peut supprimer sa forme en biseau et mettre une simple lame mince)

la lèvre supérieure avec lame mince peut alors se déplacer comme avec les flûtes à hauteur de bouche réglable

- Plus de soucis sur la présence ou non des potelets qui ont disparus puisqu'il n'y a plus de pente sur la lèvre supérieure.

- La consommation d'air est réduite pour un niveau sonore équivalent par rapport aux flûtes traditionnelles.

- On peut envisager la mise en place d'un système d'ailettes rotatives  pour obtenir un effet de vibrato comme dans les vibraphones. Ce qui impose d'aligner l'extrémité opposée à la bouche de l'ensemble des flûtes (par exemple en coudant à 180° les flûtes à leurs moitié ce qui permet d'avoir aussi les alimentations d'air alignées en pied).

 - On distingue une amélioration des grésillements de transition d'attaque habituellement traitée avec  les entailles ou dents et on obtient une plus grande tolérance à l'augmentation de la hauteur de bouche qui s'accompagne aussi alors d'une demande de montée en pression.

Premiers essais:

- Des essais de recherche de volume d'accord de la chambre on été conduits en plaçant un "piston" sur la chambre comme ce que l'on installe sur nos sommiers pour faire jouer les anches en pression pour rechercher l'accord optimum des volumes avant et après la lumière.

les essais démontrent que cela ne présente aucun intérêt puisque cela n'a en fait aucune influence pour ce type de flûte.

Un autre essai pour continuer sur le thème de l'innovation délirante a été tenté avec une flûte à double corps un bourdon normal accolé avec un corps de flûte ouverte disposé à 90°:

En gros ça fonctionne mais il n'y a apparemment pas de grande différence de timbre avec le seul corps ouvert. D'ailleurs le corps fermé nécessite une longueur acoustique nettement plus courte pour conserver la note initiale et donc ne présente pas d'intérêt évident.

Donc  on a aussi tenté un essai pour améliorer l'espace du vortex à l'intérieur du corps dans ce style:

 Mais là aussi pas d'amélioration!

Le principal avantage est la possibilité de réglage de la hauteur de bouche par une lèvre supérieure indépendante du  corps de résonance, en étant séparée de la façade avant.

Le dernier avantage est une harmonisation plus facile pour un jeu complet du fait de pouvoir jouer sur l'ensemble des paramètres principaux (épaisseur de la lumière, hauteur de bouche, pente de la lèvre et longueur acoustique) de chaque flûte sans même le risque de devoir refaire la flûte. Le seul paramètre qui restera plus ou moins fixe sera le diamètre d'alimentation qui peut tout de même évoluer mais plus difficilement, mais son calcul est possible voir l’ article sur l’alimentation en air pour un jeu.

lire au préalable l'article sur la physique des tuyaux d’orgue.  pour interpréter le paragraphe ci-dessous et principalement le paragraphe sur la spirale d'admittance:

Après quelques essais mon avis immédiat est que ce type de flûte fonctionne avec moins de pression qu'une flute ordinaire et que le régime de sous pression (premier croisement de la spirale d'admittance avec l'axe des abscisses coté négatif figure 6 de la page 57) donne déjà un volume sonore suffisant. Par contre le régime normal (au deuxième croisement est plus sensible aux variations de hauteur de bouche). Et le dernier le régime de surpression (troisième croisement de la spirale d'admittance) est plus rapidement atteint et fait beaucoup plus facilement octavier la flûte (figure9 page 59).

 Une autre constatation suite aux premiers essais démontre l'importance primordiale de l'alignement du bord de la lèvre supérieure par rapport à la lumière un décalage même mineur (comme un léger cintrage par exemple) et la flûte sonne vite assez mal. Mais je pense que c'est aussi le cas avec nos bourdons habituels!

Les diapasons de ce type de flûte ne font plus de distinctions entre longueur acoustique et longueur réelle qui sont alors presque confondues.

On peut garder les côtes traditionnelles de nos diapasons à ceci près que lorsque les largeurs et profondeurs ne sont pas égales pour optimiser l'effet on peut avoir à intérêt à positionner la côte la plus grande sur la longueur de lumière (ou plutôt la largeur interne). Ce qui va par conséquence augmenter la largeur de la montre en façade. Mais on peut aussi conserver la lumière sur le plus petit coté avec un effet à peine moins prononcé sur la puissance sonore.

De cette manière la surface ouverte de  la bouche représente environ la moitié de la section interne du résonateur ce qui est très favorable à la justesse des partiels pour les raisons évoquées dans l'article paramètre d’un tuyau d'où est extrait le passage ci-dessous (si on considère qu'il s'applique au coté semi fermé qu'est la bouche)

 On obtient donc une plus nette justesse des partiels et des harmoniques sur l'ensemble d'un jeu. Les accords sonnent plus justes!

"Passage du tuyau ouvert au tuyau fermé

Rappelons tout d'abord qu'un tuyau bouché donne un son de fréquence deux fois moins élevée qu'un tuyau ouvert de même longueur.

Lors du recouvrement graduel de l'extrémité ouverte, le son baisse de façon continue mais pas régulière. Tant que le rétrécissement n'a pas atteint la valeur de la moitié de la surface totale de l'extrémité, l'effet est peu perceptible.
Au delà de cette valeur, on perçoit nettement un abaissement de la hauteur qui s'accentue considérablement lorsque le rapport de la section du trou atteint 15/100e de la section du tuyau. Lorsque le tuyau est totalement bouché à son extrémité, le partiel 1 a baissé d'une octave.

La moindre fuite d'air dans la calotte d'un bourdon (tuyau d'orgue bouché à son extrémité supérieure) en change considérablement l'accord ainsi que la sonorité car le tuyau parle alors très mal.

Tant que le rapport de la section du trou sur la section du tuyau reste supérieur à 0,5 les partiels ne sont pas plus affectés que le fondamental et ils sont toujours "justes". Au delà on constate un abaissement en fréquence de même quantité pour chaque partiel, ce qui a pour conséquence de fausser leur rapports. A l'oreille, ils paraissent trop hauts car leur fréquence est supérieure à celle des harmoniques du partiel 1 (ou fondamental).
Sur le graphique, l'abaissement est mesuré en Savarts.
Lorsque le trou devient très petit, la fausseté s'accroît considérablement puis on passe à un autre système de référence: les partiels d'un tuyau bouché (seuls les partiels de rang impair s'y font entendre).

Pour l'orgue, le rapport de la section de la bouche sur la section du tuyau est généralement compris entre 0,30 et 0,15, c'est à dire la bonne zone au delà de laquelle les partiels sont plus justes mais le débit d'air trop important (tuyau "égueulé") et en deçà de laquelle le tuyau parle très mal et les partiels sont très faux."

Donc d'après ce graphique les flûtes (totalement) ouvertes fonctionne dans la zone A. Les flûtes fermées dans la zone D. les flûtes d'orgue d'église fonctionnent dans la zone C à cause des bouches semi fermées à une extrémité et les flûtes du présent article dans la zone B en raison des bouches plus ouvertes avec l'excitateur à équerre (CQFD).

 Par contre l'affirmation:

"au delà de laquelle les partiels sont plus justes mais le débit d'air trop important (tuyau "égueulé")."

est exacte pour les flûtes ordinaires mais ne s'applique pas aux flûtes du présent article puisque justement elles fonctionnent avec une pression moindre et donc une consommation réduite.

 Ce type de flûte n'avait pas encore de nom. Ce ne sont pas les idées qui manquaient comme cichonaire ou phicophone mais ça faisait trop personnel ou prétentieux alors j'ai attendu.

Et le premier à avoir fait des essais est François Boucher et d'un commun accord on a décidé "phicophone".

Une fois publié, cet article rend toute tentative de dépôt de brevet à l'INPI totalement caduque puisque l'idée est dorénavant dans le domaine publique. Mais personne ne pourra dire (comme certains à qui je pense très fort) qu'il sont les premiers à avoir fait avant moi avec une des mes idées ou encore que je ne montre jamais rien d'autre que les idées des autres.

Alors que justement ceux qui écrivent ça sur nos forums, ne montrent rien de leurs travaux personnels sur leurs sites ou blogs puisqu'ils n'en ont pas et que justement ils prétendent en plus être les premiers à mettre en œuvre mes propres propositions, un comble!

Mais personnellement je suis toujours flatté d'être copié surtout par un contradicteur.

D'ailleurs pour vérifier que personne n'a trouvé avant, il faut rechercher dans l'ensemble des brevets de la même catégorie qu'aucun ne porte sur le sujet et c'est un gros travail que je n'ai pas le temps ni l'envie de faire.

La recherche d'un antécédent me semble totalement vaine et inutile puisque je n'ai jamais lu un passage qui ferait référence à ce type de flûte dans la littérature des nombreux livres traitant de ce sujet qui me sont passés entre les mains.

Le seul article présentant une similitude est celui de Henri Bouasse un physicien qui a écrit dans un ouvrage "instruments à vent" tome I §116 page 234 à  237 édité en 1929 un article sur les tuyaux à double corps avec une bouche commune scanné ci-dessous:

 L'approche dans le cadre des tuyaux à bouche commune avec deux tuyaux n'est pas la même et souligne uniquement l'augmentation de la fréquence avec deux tuyaux par rapport à un seul dans la figure 104. Ce dernier cas n'est malheureusement pas étudié séparément et encore moins comparé à un bourdon avec un  corps habituel dans le prolongement de la lèvre.

Le même auteur dans un autre ouvrage "tuyaux et résonateurs" p120 §53 3° tuyaux à embouchures de flûte réfute le cas  présenté ici comme "sans importance"

On voit bien que la connaissance et l'interprétation des phénomènes physiques évoluent avec les possibilités d'analyses selon les époques!

Cette technique ne présente aucun intérêt pour l'entretien d'un orgue liturgique puisque totalement absente des orgues existants. Mais bien évidemment certains facteurs d'orgues d'église vont hurler à l'hérésie, puisque ça n'est pas dans leur livre de référence le dom Bedos!

Cette idée n'a d'intérêt que si d'autres l'adoptent! Mais je suis confiant parce qu'elle fonctionne assez bien.

De plus il y a un intérêt technique, logique et évident, tout à fait justifié par la théorie existante (complexe mais accessible) sur les partiels et les premiers essais sont plutôt concluants particulièrement en flûte ouverte.

Pour un jeu complet on peut s'attendre à avoir des  harmoniques plus riches et mieux équilibrés principalement dans les accords et surtout une consommation réduite d'air pour un niveau sonore puissant.

Il reste donc à construire un orgue complet (c'est bien sur déjà en cours) et faire des analyses du contenu spectrales pour comparer les harmoniques et partiels d'un jeu de flûtes ordinaires avec un jeu de flûtes de ce type! un travail qui demande les moyens d'analyses d'un laboratoire qui n'est pas encore en ma possession.

J'attends une invitation d'un internaute qui a des entrées dans ce genre de lieu et un accès à ce genre d'outils d'analyse!

Et un topo en .pdf sur le sujet.

le premier orgue terminé avec cette technique, est celui de Jean-Pierre Verbeque, avec des flutes phicophones dont la hauteur de bouche est réglable mais la lumière aussi...

Mais lui ne prétend pas l'avoir mise au point seul! Il l'a simplement fait avant moi...

Il y en a d'autres en cours je suis donc confiant dans l'avenir de cette nouvelle technique .

En attendant je potasse le sujet avec des petits programmes à ma portée et trouve quelques pistes que je vous livre dans l'article analyse spectrale et synthèse sonore.

Les essais avec un pèse-vent en dérivation et une flute N°5 avec une hauteur de bouche de 9mm montrent que la flûte commence à chanter correctement à partir d'une pression de 4 cm d'eau et qu'elle fonctionne avec une pleine puissance entre 8 et 10 cm d'eau ensuite elle octavie à partir de 16 cm d'eau en pression et reste accrochée à cette fréquence même en redescendant jusqu'à 10 cm.

La zone de réglage de la hauteur de bouche est donc assez restreinte mais présente plus de tolérance que dans une flûte habituelle. Elle est en relation directe avec la pression donc la vitesse de sortie de la lumière ( loi de Poiseuille) mais aussi de la profondeur interne pour permettre au vortex de se former à l'intérieur du corps de flûte.

Si on diminue la hauteur de bouche la flûte octavie plus facilement et à une pression plus basse.

Si on augmente la hauteur de bouche la flûte demande à augmenter la pression mais à un moment le vortex n'a plus assez de place après le bord de lèvre supérieure pour se former à l'intérieur (il butte sur la façade arrière) et la puissance sonore chute rapidement.

Cette plage de réglage de hauteur de bouche est de l'ordre de trois à quatre millimètres avec un endroit optimum assez précis que l'on peut déterminer par tâtonnements donc sans calculs mais très précisément.

Depuis ces premières expériences on a aussi progressé sur l'intégration des vannes dans les noyaux!

Ce qui s'applique facilement aux flutes phicophones.

On peut évidemment ici aussi creuser les lumières dans la lèvre inférieure mais on peut aussi laisser la lèvre plate et intercaler une ou des cales en papier.

 Un exemple de VMT intégrée et entrée en pied verticale :

Un exemple de VMT intégrée et entrée pied horizontale:

Un exemple de phicophone avec VMC intégrée et entrée pied verticale et centrale dans VMC:

Un exemple de phicophone avec VMC intégrée et entrée pied verticale et sur couronne de VMC:

 Un exemple de phicophone avec VMC incorporée pour entré de pied horizontale et arrivée en couronne, sortie en couronne :

Un exemple concret de flute phicophone avec VMC incorporée pour entrée de pied horizontale et arrivée centrale:

 et les photos de l'exécution:

vue assemblée

vue lèvre inférieure démontée

vue chambre et capot de vanne concentrique démontée

On peut au passage remarquer les plaques latérales collées sur le noyau pour boucher les lacunes.

vue du passage vanne vers chambre du noyau

vue du noyau et lèvre supérieure avec lèvre inférieure démontée

Lorsque le circuit comporte un parcours avec des angles droits, il est possible de faire les trous en partant de l'extérieur  puis de reboucher l'entrée.

On peut visionner la vidéo suivante sur  youtube sur les anciennes flûtes de type précolombiennes dont personne ne se préoccupe plus de savoir qui les a inventées et qui sont pourtant encore plus originales.

L'assemblage du noyau sur le corps de flute d'une phicophone est fragile et le moindre choc peut les désolidariser. On peut pour éviter cet inconvénient renforcer l'assemblage avec un ou deux tourillons au moment du collage.

ensuite pour avoir un état de surface parfait on ponce l'assemblage sur la ponceuse à bande (évidemment avant de fixer la lèvre inférieure et la façade avant du corps de flute)

et dans la même émission tout en restant dans l’orgue de barbarie.

Une idée originale consiste aussi à construire un orgue avec un jeu de phicophones en flutes ouvertes donc longues mais sans tampons et réglées par des guillotines en extrémité, le timbre sera alors celui de flutes ouvertes avec des harmoniques pairs et impairs.

En fabricant aussi des tampons qui seront éventuellement enfoncés à mi hauteur du corps de flute pour obtenir les sonorités d'un orgue à bourdons qui donne un timbre qui ne contient que les harmoniques impairs, évidemment ce changement n'est pas immédiat comme celui que l'on obtient avec deux jeux et un registre mais il autorise un changement qui permet d'avoir l'impression de posséder deux orgues différents qui bien sur ne peuvent jouer en simultané.

un lien vers une vidéo d'une  flûte à coulisse en carbone

un autre lien vers toutes sortes d’instruments à vent

Sauf qu'il y manque la flûte à nez

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