Fabriquez vos carillons sur mesure !

Cette page a la modeste ambition d'expliquer comment fabriquer facilement des carillons qui sonnent bien avec les notes de votre choix, pour un prix insignifiant. Elle s'adresse donc aux curieux de physique, aux musiciens et aux enseignants. Il n'y a pas de difficulté technique, il suffit de savoir se servir d'une scie, d'une foreuse et d'une lime !

Tout a commencé lors d'un shopping avec mon épouse dans un magasin de produits bio, éducatifs et zen. On y vendait des carillons, mais ils ne sonnaient pas très bien (justesse et longueur de notes assez faibles) et coûtaient très chers à mon goût. Comme d'habitude ma femme me dit "ce serait chouette un carillon dans le jardin, je suis sûr que tu peux les construire toi même ... et en beaucoup mieux !" Paf, c'était parti.

Un tout petit peu de théorie

Internet me donne les principes de base, il y en a cinq :

1. La note générée dépend de la longueur du tuyau suivant la petite formule : f = c / L². Pas de panique, c'est simple : "L" est la longueur de la pièce qui va être frappée et qui va vibrer, "c" est une constante qui dépend de la matière et de la forme de l'objet frappé et "f" est la fréquence, donc la note qui sera entendue. Pour ceux qui aiment la théorie et aller au bout des explications, voici un échange où Stéphane a fait le tour de la question. Petite remarque pour finir : cette formule n'est pas la même que celle à utiliser pour calculer la longueur des tuyaux d'orgue d'église. Pourquoi ? Parce qu'ici nous frappons un objet qui vibrera dans l'air, alors que dans un orgue, c'est l'air qui est soufflé dans un tube et qui se met à vibrer, le tuyau lui-même ne vibre pas. La formule pour déterminer la fréquence générée par un tuyau ouvert est f = v / 2L, avec v = vitesse du son.



2. Pour avoir le son le plus ample et le plus long, il faut transférer un maximum d'énergie au tube au moment de la frappe et donc il faut taper au milieu du tube. Petite analogie comique : si vous voulez le maximum d'effet à la boxe, il faut donner un coup de poing dans le ventre ! Celui-ci va partir en arrière ET les pieds et la tête vont partir vers l'avant ! Pourquoi ? Parce que toute masse a une inertie qui a pour effet de résister au changement. Puisque le ventre est obligé de reculer, tout le reste va compenser et partir en avant pour que l'ensemble de l'objet reste sur place !
3. Il faut soutenir le tube sans étouffer la vibration. L'endroit idéal se trouve en principe à 25 % de la longueur du tube (en partant du haut !). Pourquoi ? A cause de l'inertie ! Pour bouger le moins possible, 50 % de la masse totale doit partir en arrière et 50 % part en avant, soit 25 % du haut et 25 % du bas ! Et donc à 25 % de la longueur, le tube ne bouge pas, il n'a qu'un léger mouvement de rotation. C'est là qu'il faudra le soutenir. A cause de la petite rotation au nœud, il faut aussi faire attention que l'axe entre les trous où passera le fil de soutien doit être perpendiculaire à la direction de la frappe, sinon le son sera encore étouffé. En pratique, on constate que le nœud réel se trouve à 22,4 % au lieu de 25 %, car les 2 embouchures provoquent une interférence avec l'air qui déplace un peu la position du point fixe.
4. Pour avoir un son brillant, il faut utiliser un battant dur (bois). Encore une fois l'énergie transmise sera maximum, vu la dureté, et le tube sera excité sur une fréquence de base et sur plusieurs fréquences plus hautes appelées harmoniques, ce qui donnera des aigües, du scintillement, de la présence. Les battants mous (caoutchouc) sont utilisés dans les gongs pour générer des sons sourds et qui apparaissent lentement après la frappe. Cela ne convient pas pour des carillons à vent.
5. Pour avoir un son pur, droit, clair voire strident, les 2 bouts du tuyau doivent être coupés bien perpendiculairement et bien lissés, bien propre. Par contre pour avoir un son plus flottant, mouvant (appelé "phasing" en anglais), le tube doit être moins symétrique et si le tuyau est coupé légèrement en biais, la longueur sera donc variable, et la note aussi ! Le choix est une question de goût, le "phasing" est moins fatiguant à l'oreille, surtout dans les aigües.

J'ai pu constater en voyant les carillons du commerce que bien peu de fabricants connaissent ces quelques principes de base et vendent très chers des produits mal conçus et non optimisés alors que cela ne coûte absolument rien de plus pour les construire correctement ! Un comble non ?

En pratique

Beaucoup de monde pense qu'il faut des tubes en matière noble et de fabrication sophistiquée donc coûteux. Pas du tout ! N'importe quel métal est utilisable, pour mon projet j'utilise des tuyaux en aluminium pour canalisations d'eau ! Cela coûte quelques euros et on en trouve en 1 m de long dans tous les magasins de bricolage. L'avantage de l'aluminium est qu'il est léger, facile à travailler (couper, trouer, polir) ... et inoxydable.

Il existe beaucoup de types d'assemblages et de suspensions des tuyaux, le plus classique est d'en avoir 6 suspendus en cercle autour du battant. Cette configuration est esthétique, compacte et fonctionne bien au vent. D'autres structures peuvent être essayées, en ligne par exemple, il faut juste garder en tête les principes théoriques ci-dessus.

Le matériel nécessaire pour construire un carillon :

• 2 tubes d'aluminium d'un mètre de long de diamètre 10, 12, 16 ou 20 mm en fonction de la taille de carillon souhaitée,
• un disque de bois plein de diamètre 8, 10 ou 12 cm et d'épaisseur de 1,5 à 2 cm (c'est le plus dur à trouver ou à fabriquer)
• un planchette de bois pour faire "voile" au vent
• du fil, assez solide et propice aux noeuds (pas de nylon !)
• 9 petits pitons à visser à oeillets
• 2 perles ou petits disques de bois troués au centre pour réaliser le battant et la suspension
• 2 chevilles, ajustées pour entrer dans le trou central des perles et bloquer les fils
• un anneau métal de porte-clé pour la suspension

Choisir ses notes

La première chose à faire est de choisir les notes, habituellement six, étalées sur une octave. Tout est possible suivant l'ambiance que vous souhaitez donner. En gamme de la musique occidentale : les accords majeurs sont gais, pleins et directs; les accords mineurs sont tristes, nostalgiques; avec une note de 7^ème on obtient  un sentiment d'attente, de non résolution; avec une 7^ème augmentée, ça plane, zen ... Puis, il y a tous les accords de blues et de jazz (avec blue note, augmentés, diminués, ...). En musique orientale (chinoise, japonaise, indienne), il existe des gammes en dehors de nos 12 notes du clavier qui sont très intéressantes car elles donnent vraiment une ambiance exotique.

Comment choisir ? Si vous êtes musicien, vous pouvez tester tous les accords occidentaux sur un clavier de synthétiseur, et avec un son de tube (tubular bells) ce sera parfait et réaliste. Heureusement, il existe de nombreux logiciels gratuits pour tester, écouter et choisir ces notes. J'ai utilisé WindChime Designer de Greg Phillips (Australie). Ce tout petit logiciel propose un choix de 82 gammes à écouter note par note, en même temps ou au hasard et dans toutes les hauteurs ! Une fois que vous avez choisi vos 6 notes, relevez les fréquences de chacune.

Vous pouvez aussi trouver la fréquence de toutes les notes occidentale dans la feuille "Fréquences des notes" de ce petit fichier Excel.

Calculer la longueur des tubes

La deuxième étape est de connaitre la longueur exacte de chaque tube pour obtenir la note souhaitée. Il suffit d'appliquer la formule f = c / L² ! Quoi, vous avez oublié vos cours de maths ? Bon, je vous aide : L = √c/f. Quoi, toujours pas plus clair ? Alors voici le petit fichier Excel qui va tout calculer pour vous ! Question : nous connaissons "f", mais quelle est la valeur de la constante "c" ? Et bien, elle est propre au tuyau que vous avez en main et il faut la déterminer ! Il faut mesurer la longueur du tuyau complet, le suspendre, le frapper et mesurer la fréquence générée avec un micro et un logiciel. On détermine "c" en inversant encore une fois la formule : c = f x L².

Pour mesurer la fréquence, vous pouvez utiliser certains accordeurs électroniques, mais je déconseille car il faut mpouvoir mesureur une fréquence quelconque hors de la gamme chromatique. N'importe quel logiciel PC d'enregistrement audio avec une fonction fréquencemètre fera l'affaire. J'utilise SpectrumLab de Wolfgang Buescher, ce logiciel est très sophistiqué, mais il faut juste entrer la bande de fréquence à analyser min & max en haut à gauche de l'écran (600 à 6.000 Hz par exemple) et l'écran déroule tout seul, frapper votre tuyau et vous verrez une bande orange principale apparaitre. Avec la graduation horizontale au dessus vous lirez la fréquence du tube. Plus simplement encore, il existe des applications pour Smartphone qui mesurent la fréquence avec le micro du téléphone. J'utilise Audio frequency counter de Keuwlsoft. La première partie de la feuille Excel va calculer la constante "c" : entrez simplement la longueur exacte et la fréquence mesurée (une ligne par tube).

Puis, dans la deuxième partie de la feuille, entrez les fréquences des notes désirées, copier la valeur de la constante du tuyau mesurée auparavant et vous obtiendrez la longueur à couper exacte du tuyau. Lorsque vous aurez encodé les 6 notes, la longueur totale est également affichée. Elle vous permet de connaître le nombre de tuyaux nécessaires, habituellement 2 si vous utilisez des notes dans les 1.000 Hz car chaque tube fera autour de 30 cm de long. Cette méthode et cette feuille de calcul fonctionne pour tout type de carillon, peu importe les notes souhaitées, la matière et le diamètre du tube.

En prime la feuille vous donne la position du nœud et donc l'endroit pour forer les 2 trous de passage du fil. On voit que pour la 1^ère note La5, la longueur du tube sera de 36,3 cm et sera soutenu à 8,1 cm du haut.

La réalisation des tubes

Il vous reste à couper les tubes à la scie à métaux ou de préférence au coupe-tube, outil bien plus facile à utiliser, précis et peu coûteux.

Suspendez chaque tube et vérifiez si la fréquence mesurée est bien celle attendue ! En principe, vous serez assez juste ou un peu plus grave, il vous suffit de raccourcir le tube en limant l'embouchure jusqu'à la précision souhaitée. Les photos ci-dessous montrent l'installation des 6 tubes terminés et la vérification de leurs fréquences avec SpectrumLab. Le principe est le même avec le tuyau de 1 m pour déterminer "c".

Il est intéressant de remarquer sur la copie d'écran ci-dessus que les 2 tubes aigus de droite affichent chacun 2 lignes verticales oranges très proches. Le tube émet donc 2 notes différentes très proches parce que l'embouchure n'est pas tout à fait perpendiculaire, comme expliqué au principe n° 5. Le son "flotte" donc légèrement, ce qui n'est pas désagréable à l'oreille, car moins strident.

Il faut maintenant polir les tubes en les frottant au papier de verre grade 1000 puis 2000. Une pâte à polir les métaux donnera un beau look chromé.

Le montage

Tracez les 6 points d'angle d'un hexagone au compas sur le disque de bois verni et vissez les œillets des 2 côtés comme sur la photo. Découpez à votre goût et vernissez une planchette pour prendre le vent.

Afin de travailler avec un minimum de stabilité, serrez le disque horizontalement dans un serre-joint lui-même pincé dans l'étau, vous pourrez faire l'assemblage à l'aise. Prévoyez un fil de 2,5 m de long, attachez-y une aiguille ou un bout de fil de cuivre au bout, et passez-le dans les œillets et les tubes pour assembler le carillon. Equilibrez le poids des tubes en alternant les longueurs, faites un nœud à chaque œillet pour éviter le glissement et réglez la hauteur des tubes pour que le battant les frappe au milieu. Attachez le fil du battant à l'œillet central (utilisez toujours un noeud coulant), réglez la hauteur du battant pour qu'il frappe au milieu de tous les tubes, puis enfichez la cheville dans la boule du battant pour bloquer le fil à cette position (voir photo ci-dessous à droite). Nouez la planchette au bout du fil pour qu'elle soit placée en dessous des tubes.

Pour le système de support et de fixation supérieur, coupez 3 fils de 30 cm, nouez-les aux 3 œillets, faites les passez par le trou d'une bille de bois et bloquez les fils avec une cheville, puis nouez les 3 fils à l'anneau métallique. Suspendez l'ensemble et ajuster les fils pour que le disque soit à l'horizontale. Voilà c'est fini !

Petite vidéo finale

Bon amusement, tenez-moi au courant de vos réalisations ! 

Autre méthode

Néanmoins si tout cela vous semble compliqué, le site "bricacouac" (2023 : le site ne semble plus actif) permet également de calculer les longueurs de tuyaux à partir d'un tuyau de référence. Il ne donne que les notes de notre gamme de musique européenne, le logiciel que je mentionne donne également les fréquences des notes des gammes indiennes, chinoises, arabes, ... et comme la physique est universelle, la formule dans cet article calculera toujours la longueur juste pour la fréquence souhaitée. Le site "bricacouac" utilise la même formule que moi avec un "c" moyen.

Conclusion : mon approche est plus physique/mathématique, universelle, précise (car elle est calibrée avec le matériau réel utilisé), en tonalité absolue, celle de "bricacouac" est plus simple et pragmatique, mais limitée au "clavier tempéré", relative (si votre échantillon n'est pas accordé juste, les autres notes sonneront juste entre elles et avec l'échantillon mais pas avec un autre instrument accordé au diapason) et un peu moins précise que la mienne puisqu'elle ne tient pas compte du matériau utilisé. Mais finalement peu importe la méthode, choisissez celle qui vous convient le mieux, le principal est de s'amuser !