conception d'un chevalet !

[bach_addict]

je réfléchis à la conception "maison" d'un chevalet. J'ai la courbe théorique (fonction de mon plan de corde) mais les questions sont ailleurs.

D'après le Reblitz (et d'après ce que je vois dans mon piano à queue) il est réalisé en bois dur (donc un feuillu, pas un résineux comme la table).

Ceci dit j'ai vu un design en lamellé collé chez Chavanne d'un bois non identifié mais très clair qui me semble être un résineux (pas sûr!) (c'est en photo sur le site, je ne divulgue aucune information secrète, je précise...).

J'ai entendu parler de tentatives aux USA de fabriquer des chevalets dans d'autre matière, avec emploi du ... granite. Résultat : trop peu d'amortissement (tu m'étonnes) et un son trop soutenu.

Approche hybride : mixer du bois pour l'amortissement + une autre matière (fibres ? ) pour la rigidité ? J'aimerais bien tester sur mon proto...

Si Remy qui fabrique son piano passe sur ce site : comment as tu choisi de procéder ?

[Willow]

Tu pourrais réaliser ça en bois composite... comme les lames de terrasse... Reste à savoir s'il y a une nécessité à remplacer le bois de hêtre d'origine, cela constitue-t-il une faiblesse ?

Si tu cherches un matériau dur, tu peux utiliser de la céramique, avec un appui en néoprène ou en kevlar pour y donner la souplesse nécessaire...

Dans l'industrie, on a souvent essayé de remplacer les produits par d'autres... d'autant plus quand les matières avaient des défauts... là, quel est le défaut de l'utilisation du bois de hêtre dans un chevalet ?

[Serge]

Peut-être une autre piste quand à l'usage de nouveaux matériaux.... l'emploi de barres de table hybrides (épicéa/carbone ou kévlar), celles-ci pourraient par exemple être plus espacées...

[bach_addict]

Tu pourrais réaliser ça en bois composite... comme les lames de terrasse... Reste à savoir s'il y a une nécessité à remplacer le bois de hêtre d'origine, cela constitue-t-il une faiblesse ?

Si tu cherches un matériau dur, tu peux utiliser de la céramique, avec un appui en néoprène ou en kevlar pour y donner la souplesse nécessaire...

Dans l'industrie, on a souvent essayé de remplacer les produits par d'autres... d'autant plus quand les matières avaient des défauts... là, quel est le défaut de l'utilisation du bois de hêtre dans un chevalet ?

le hêtre est un matériau relativement bien déformable avec des dissipations (il n'est pas parfaitement élastique, donc il dissipe l'énergie de la corde). Idéalement, il ne devrait que transmettre l'effort de la corde à la table (enfin...ça se discute justement). D'où des tentatives aux USA pour le remplacer par des matériaux plus durs (comme le granite) ce qui a eu deux effets :
- plus grande durée du son, meilleur sustain
- changement du timbre pas nécessairement souhaitable, car on s'est aperçu que la souplesse du hêtre jouait le rôle d'un filtre pour les hautes fréquences, et que l'enlever modifie sensiblement le son.
On peut donc raisonnablement penser qu'un matériau composite bois + autre chose (carbone ?) pourrait représenter un bon compromis et allonger le son sans trop altérer le timbre. Le problème principal de la céramique serait la fabrication (le four à 1400 °C etc) avec mes moyens limités. En comparaison, les fibres de carbone / kevlar ou verre c'est bcp + simple à mettre en oeuvre.

l'emploi de barres de table hybrides (épicéa/carbone ou kévlar), celles-ci pourraient par exemple être plus espacées...

oui, très bonne idée. D'autant qu'on sait que l'espacement des barres de table influe beaucoup sur les hautes fréquences en appauvrissant le spectre, donc idéalement on voudrait s'en passer (sauf qu'on ne peut pas ) )

[chavanne]

je réfléchis à la conception "maison" d'un chevalet. J'ai la courbe théorique (fonction de mon plan de corde) mais les questions sont ailleurs.

D'après le Reblitz (et d'après ce que je vois dans mon piano à queue) il est réalisé en bois dur (donc un feuillu, pas un résineux comme la table).

Ceci dit j'ai vu un design en lamellé collé chez Chavanne d'un bois non identifié mais très clair qui me semble être un résineux (pas sûr!) (c'est en photo sur le site, je ne divulgue aucune information secrète, je précise...).

J'ai entendu parler de tentatives aux USA de fabriquer des chevalets dans d'autre matière, avec emploi du ... granite. Résultat : trop peu d'amortissement (tu m'étonnes) et un son trop soutenu.

Approche hybride : mixer du bois pour l'amortissement + une autre matière (fibres ? ) pour la rigidité ? J'aimerais bien tester sur mon proto...

Si Remy qui fabrique son piano passe sur ce site : comment as tu choisi de procéder ?

Le chevalet du Chavanne 125 est constitué de 12 plis de hêtre des Pyrénées de 3 mm, collés avec une colle Urée formol qui a une excellente résistance au cisaillement, exactement je pense comme votre Sauter 130, Steingraber a une variante assez originale, il alterne les plis de hêtre avec des plis d'ébène, à creuser...

[bach_addict]

merci beaucoup M. Chavanne !
cintrer du 3mm me semble faisable meme avec mes petits moyens, c'est cool. Si j'ai le temps j'essayerai différentes matières sur le proto uniquement, mais il faut rester modeste car le temps est précieux, on a toujours plein d'idées avant et quand il faut réaliser on s'aperçoit que le temps manque cruellement...

[Phiphi]

oui, très bonne idée. D'autant qu'on sait que l'espacement des barres de table influe beaucoup sur les hautes fréquences en appauvrissant le spectre, donc idéalement on voudrait s'en passer (sauf qu'on ne peut pas ) )

A moins que je ne me trompe, les barres de table sont surtout la pour servir de renfort dans la direction transverse au sens des fibres de la table. De ce fait, la deformation de la table est limitee dans le sens transverse, sinon le son serait etouffe par par la resine et les vibrations se propageraient preferentiellement dans le sens des fibres. De plus, le renfort apporte par les barres (dont le sens des fibres est transverse par rapport au sens des fibres de la table), previent l'apparition precoce de fissures.

Si on veut changer de materiau pour les barres, on pourrait aussi carrement changer le materiau de la table, pour ne plus avoir a utiliser de barres. On pourrait utiliser par exemple du contreplaque (ca se fait), un composite tisse (genre carbone-epoxy), ou meme une plaque d'aluminium (ca se fait aussi). Mais alors, la tradition, qu'est-ce qu'elle prend !

Quant aux chevalets, plutot que du granite ou une ceramique, dans l'amortissement n'est pas suffisant, on pourrait les faire en composite comme la table, ce qui permet de faire table et chevalet en une seule piece. Ou encore dans un metal pas trop rigide, du genre aluminium, cuivre, ou meme fonte GS, assez rigide, mais dont le graphite permet l'amortisement. Reste a assembler les chevalets a la table. Pour le tout-composite, c'est facile puisqu'on peut le faire d'une piece. Pour le reste, il faut trouver le bon adhesif, ou le bon procede de soudage si table et chevalet sont metallique. Mais la, on est en pleine science-fiction.

PS1: les chevalets en fonte, ca risque quand meme de faire lourd

[bach_addict]

Si on veut changer de materiau pour les barres, on pourrait aussi carrement changer le materiau de la table, pour ne plus avoir a utiliser de barres. On pourrait utiliser par exemple du contreplaque (ca se fait), un composite tisse (genre carbone-epoxy), ou meme une plaque d'aluminium (ca se fait aussi). Mais alors, la tradition, qu'est-ce qu'elle prend !

la tradition ce n'est pas grave, c'est plutôt le timbre qui risque d'en prendre un sacré coup. Pour se faire une idée très approximative de la qualité acoustique d'un matériau, on peut utiliser le facteur de qualité acoustique Q = 1/Mu * (E / Rho ^3)^1/2
avec mu = coefficient d'amortissement du matériau
E = module d'elasticité et Rho = densité
(pour une discussion plus détaillée, voir thère de Kerem Ege par exemple)
On ne connait généralement pas le coeff d'amortissement mais E et Rho sont tabulées pour tous les matériaux et bois usuels. Ca semble utile mais je n'ai pas étudié la réelle signification de ce ratio (quelle est sa definition exacte ? est ce un facteur de qualité sur une plage de fréquence donnée, etc )
Après y a plein d'autres choses qui entrent en compte , mais ça permet de raisonner uniquement sur le matériau, toutes choses égales par ailleurs, et c'est déjà bien.

Je crois que le contreplaqué par exemple, a un module d'elasticité 2 à 3 fois moindre que l'epicea, pour une densite plus importante (à cause des colles), de l'ordre de 0.7 contre 0.45 pour l'epicea...donc un facteur de qualité acoustique pour le contreplaqué égal à environ 30% de celui de l'épicéa. Donc ça se fait (d'ailleurs ma premiere table d'harmonie éprouvette sera en CTP), mais le son a toutes les chances d'être assez pourri.
Je vais aussi tester un composite balsa / epoxy / fibres de verre et bien sûr une table en epicea de resonance.

[bigrounours]

Pour se faire une idée très approximative de la qualité acoustique d'un matériau, on peut utiliser le facteur de qualité acoustique Q = 1/Mu * (E / Rho ^3)^1/2
avec mu = coefficient d'amortissement du matériau
E = module d'elasticité et Rho = densité

Je crois que le contreplaqué par exemple, a un module d'elasticité 2 à 3 fois moindre que l'epicea, pour une densite plus importante (à cause des colles), de l'ordre de 0.7 contre 0.45 pour l'epicea...donc un facteur de qualité acoustique pour le contreplaqué égal à environ 30% de celui de l'épicéa. Donc ça se fait (d'ailleurs ma premiere table d'harmonie éprouvette sera en CTP), mais le son a toutes les chances d'être assez pourri.
Je vais aussi tester un composite balsa / epoxy / fibres de verre et bien sûr une table en epicea de resonance.

Si j'en crois ces paroles, cela voudrait dire que l'épicéa de haute montagne (celui utilisé sur les meilleurs piano) a un bon coefficient d'élasticité ? Meilleurs que sur de l'épicéa de plaine ?
Ou alors seule la densité change entre un épicéa de haute montagne et un épicéa de plaine ? (je sais que l'épicéa de haute montagne est plus dense, car il a poussé plus lentement).

[Serge]

Exemple d'utilisation bois/composite....

http://legazailedejym.eklablog.com/ailes-c303050

[Phiphi]

Je crois que le contreplaqué par exemple, a un module d'elasticité 2 à 3 fois moindre que l'epicea, pour une densite plus importante (à cause des colles), de l'ordre de 0.7 contre 0.45 pour l'epicea...donc un facteur de qualité acoustique pour le contreplaqué égal à environ 30% de celui de l'épicéa. Donc ça se fait (d'ailleurs ma premiere table d'harmonie éprouvette sera en CTP), mais le son a toutes les chances d'être assez pourri.
Je vais aussi tester un composite balsa / epoxy / fibres de verre et bien sûr une table en epicea de resonance.

Je m'attendais a ce que le module d'elasticite soit au moins 2 fois moindre pour le contreplaque que pour l'epicea. Le contreplaque etant fait de couches orientees a 0 et 90 degres, seule une couche sur deux resiste a la contrainte. Alors que si on fait un chargement en tension de l'epicea dans le sens des fibres, la totalite de la section est bien orientee. Apres, pour la densite, c'est vrai que la colle, c'est lourd. Il faudrait aussi prendre en compte l'epaisseur de la table d'harmonie, car la rigidite d'une plaque travaillant en flexion varie en fonction du carre de l'epaisseur. C'est la que le contreplaque devient un petit peu moins ininteressant, puisqu'on n'a pas besoin de doubler son epaisseur (mais il faut quand meme l'augmenter) pour obtenir une rigidite equivalente a celle d'une plaque d'epicea.

Reste le poids de la colle. On peut maintenant souder du bois par friction pour eviter le collage, mais pas sur des surfaces si importantes. Les echantillons que j'ai vu ne devaient pas faire plus de 20cm2.

Mais bon, le contreplaque, ce n'est quand meme pas tres noble. Pourquoi pas de l'agglo pendant qu'on y est: le piano IKEA.

[bach_addict]

Je m'attendais a ce que le module d'elasticite soit au moins 2 fois moindre pour le contreplaque que pour l'epicea. Le contreplaque etant fait de couches orientees a 0 et 90 degres, seule une couche sur deux resiste a la contrainte.

les orientations à 90 deg ça permettrait d'ailleurs de se passer de barrage de table sur une table en CTP, reste que l'angle droit entre deux couches n'est pas nécessairement l'angle optimum pour faciliter la propagation d'une onde. Si celle ci se déplace essentiellement dans la direction de la fibre de la plaque 1 par exemple, c'est dommage de mettre la plaque 2 à 90 degrés, elle ne sert pratiquement à rien. On préfèrerait un angle plus aigu, comme 20 degrés, au hasard. Par exemple dans des travaux sur des tables de violon en composite Ege trouve un angle optimal à 15 degrés entre les plaques. Note qu'on s'est aperçu un jour avec le piano que mettre les barrages de table pile à 90 n'était pas la meilleure solution (enfin c'est ce qu'on m'a dit).

Le facteur 2 à 3 de perte sur le module d'elasticite est dû je pense à deux choses : les 2 couches perpendiculaires dont tu parles Phiphi mais aussi la nature même du bois. L'okoumé, souvent utilisé dans les CTP du commerce, est un bois 20 à 30% plus mou que l'épicea. De plus, dans une table on emploie de l'epicea haute densite poussé en altitude, qui a un module encore plus élevé que l'épicéa standard de chez Bricotruc, pour lequel on a E = 12 MPa.

Si j'en crois ces paroles, cela voudrait dire que l'épicéa de haute montagne (celui utilisé sur les meilleurs piano) a un bon coefficient d'élasticité ? Meilleurs que sur de l'épicéa de plaine ?

oui, plus dense, croissance plus lente au dessus de 1000m donc stries plus rapprochées, plus grosse densité de fibres, et au final plus grande élasticité. On ne fait pas des tables avec de l'épicéa débité nimp comment de chez Bricotruc. L'épicéa de montagne n'est pas particulièrement cher mais il faut se le procurer...

Apres, pour la densite, c'est vrai que la colle, c'est lourd. Il faudrait aussi prendre en compte l'epaisseur de la table d'harmonie, car la rigidite d'une plaque travaillant en flexion varie en fonction du carre de l'epaisseur.

densité résine epoxy 1.2 environ, contre environ 0.4 pour beaucoup de bois...dès qu'on rajoute des colles et résines on pénalise énormément la densité. Quiconque a déjà transporté un petit meuble ikea en agglo sur 3 étages ou plus peut témoigner que ça pèse vraiment lourd pour le volume occupé (je l'ai fait...).

Qu'appelle tu ici rigidité (qui varie comme le carré de l'épaisseur) ? Est ce un produit module elasticité x moment d'inertie de la section de la plaque, terme qui apparaît je crois dans l'expression de la déformée d'une poutre ou plaque ?

Phiphi : aurais tu une idée de comment on pourrait extrapoler les résultats obtenus sur une plaque vibrante de petites dimensions à une plaque vibrante de plus grande dimension ? Pour moi ce serait régi par la même équation différentielle, dont les CL seraient différentes. Je suppose qu'un certain nombre de modes propres ne pourraient se développer dans la maquette. Mais je ne sais pas si globalement un test sur un modèle réduit peut apporter pour anticiper sur les caractéristiques d'une table de taille réelle. Je fais ce pari, mais pour le moment je n'ai pas vraiment d'idée sur la question.

Exemple d'utilisation bois/composite....

http://legazailedejym.eklablog.com/ailes-c303050

ça permet de mettre les choses en perspectives et ça donne de l'espoir...si ce monsieur a fabriqué un avion, j'arriverai certainement à fabriquer une table d'harmonie !

[Serge]

Attention à la toxicité des produits quand même!

[bach_addict]

Attention à la toxicité des produits quand même!

pas grave, pour ce que je fais de mes neurones il m'en restera toujours assez

la vraie table a toutes les chances d'etre en epicea de resonance tout simplement, sauf si les tests avec les composites donnent un résultat satisfaisant (de toute manière, j'ai déjà commandé le bois de resonance, mais je suis curieux de comparer avec un composite, et puis je prefere me faire la main sur du balsa à 50 EUR avant d'aller massacrer le bois de resonance qui n'est quand meme pas donné !)

si je devais faire une table composite grandeur nature, je m'intéresserais aux résines acryliques, qui existent aujourd'hui...(pour le moment, ce sera un test avec de la bonne vieille resine epoxy tout ce qu'il y a de plus toxique...mais avec masque avec cartouches de charbon, dans un endroit ventilé, quand meme)

[bernard]

il y a là je pense de quoi faire

bon courage

http://www.atiam.ircam.fr/Archives/Stages0304/mamou.pdf

[Willow]

Et le verre ? si dur qu il transmettra ses vibrations sans perte... Certes un peu chiant à couper mais si tu récupérés une vieille vitrine de la banque de France, avec une fraise diamantée ça se fait assez bien...


... Non je n ai jamais braqué de banques... J en démolis quotidiennement...

[bafien]

un matériau qui semble intéressant d'un point de vus acoustique c'est le titane (j'ai testé comme renfort dans mes manches de guitares basse, je trouve le résultat plus intéressant que le carbone dans cette usage)
le cèdre peut être une alternative a l'épicéa pour la table ...
le hêtre est un bois plutôt dur, effectivement comme le propose Mr Chavanne l'ébène ou pourquoi pas le palissandre ou encore le buis ou peut être certain arbres fruitier qui sont intéressant point de vue acoustique ...on pourrait imaginé de l'os aussi

[Phiphi]

Qu'appelle tu ici rigidité (qui varie comme le carré de l'épaisseur) ? Est ce un produit module elasticité x moment d'inertie de la section de la plaque, terme qui apparaît je crois dans l'expression de la déformée d'une poutre ou plaque ?

Phiphi : aurais tu une idée de comment on pourrait extrapoler les résultats obtenus sur une plaque vibrante de petites dimensions à une plaque vibrante de plus grande dimension ? Pour moi ce serait régi par la même équation différentielle, dont les CL seraient différentes. Je suppose qu'un certain nombre de modes propres ne pourraient se développer dans la maquette. Mais je ne sais pas si globalement un test sur un modèle réduit peut apporter pour anticiper sur les caractéristiques d'une table de taille réelle. Je fais ce pari, mais pour le moment je n'ai pas vraiment d'idée sur la question.

Je parle de la rigidite pour la resistance a la flexion (deformation dans la direction perpendiculaire au plan de la table), puisque c'est le mode de chargement pour la vibration de la table. Comme tu le rappelles, elle fait intervenir le moment d'inertie. La deformation varie en fonction inverse de module d'elasticite x moment d'inertie / epaisseur. Comme le moment d'inertie varie avec le cube de l'epaisseur, la rigidite de la plaque (ou de la poutre) varie avec le carre.

VOUS SUIVEZ AU FOND ! J'EN VOIS QUI DISCUTENT !

Pour les tests sur maquette, etant donne que c = l x N ou c est la vitesse de propagation de l'onde (une constante du materiau), l est la longueur d'onde, et N la frequence, ca ne marchera que si les frequences sont assez elevees pour que la longueur d'onde soit sensiblement inferieure a la taille de la maquette. Sinon, on n'entendra rien.

Enfin, pour l'optimisation de l'orientation des fibres, ca doit surement pouvoir se faire avec un code de calcul par elements finis. Mais ne comptez pas trop sur moi pour m'y mettre. L'analyse vibratoire n'est pas ma specialite, et je ne peux plus passer des calculs en perruque le soir apres 6h00 depuis qu'il y a des petits loustics qui attendent Papa a la maison.

[bach_addict]

etant donne que c = l x N ou c est la vitesse de propagation de l'onde (une constante du materiau), l est la longueur d'onde, et N la frequence, ca ne marchera que si les frequences sont assez elevees pour que la longueur d'onde soit sensiblement inferieure a la taille de la maquette. Sinon, on n'entendra rien.

Enfin, pour l'optimisation de l'orientation des fibres, ca doit surement pouvoir se faire avec un code de calcul par elements finis.

les EF, je n'ai pas les outils pour le faire, même si je commence à me demander si je ne vais pas installer le soft gratos d'EDF qu'utilisent ses sous traitants. Ils donnent le code source en c++ mais ça me gonfle de devoir compiler du source (je n'ai que des mauvais souvenirs avec ça...).

Pour l'orientation des fibres, j'ai déjà l'angle optimum pour le cas du violon mais je ne sais pas si ça s'applique directement au cas du piano. Le mieux est de faire quelques essais sur banc de test, en essayant de respecter les orientations relative des fibres de bois, des barrages et du chevalet, et en écoutant le résultat.

pour la maquette, la surface de la vraie table d'harmonie me semble légèrement inférieure à 1m2 (si on l'assimile à un triangle rectangle, 1.8 x 1.0 x 0.5 = 0.95 m2). Je pourrais par exemple travailler sur des échantillons échelle 1/2 avec une forme réaliste (donc ~ 0.25m2), en faisant l'impasse sur un certain nombre de basses fréquences (je pense qu'en gros ça m'enlèvera 1 octave dans les basses, ce qui n'est pas dramatique, déjà si je peux écouter du medium-grave à l'aigu, c'est bien).

un matériau qui semble intéressant d'un point de vus acoustique c'est le titane

ça existe en fibres ? ça coûterait pas les yeux de la tête ? pour le moment pour le test composite j'y vais "cheap" aux fibres de verre.

on pourrait imaginé de l'os aussi

avec un plan des catacombes et plusieurs lampes de poches, il y a moyen de s'en procurer pas mal pour relativement pas cher, en effet.

[Phiphi]

Pour le titane, j'avais du acheter une plaque d'1/2m2 et de 6mm d'epaisseur au boulot il y a quelques annees et ca m'avait coute dans les £2000. Maintenant, on n'a pas besoin de 6mm d'epaisseur pour une table d'harmonie. Ca reste quand meme cher, d'autant plus que le prix a du augmenter depuis 5 ans.

Si tu en as la possibilite, tu devrais aller a la Cite de la Musique ou il y a un labo de recherche sur les instruments. Si tu arrives a te trouver des entrees, il y aura surement quelqu'un qui pourrait te renseigner sur les qualites acoustiques de differents materiaux.