Brevet FR2316802A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne principalement les instruments de musique sensibles à la lumière, dont les touches peuvent être dispersées dans l'espace; elle concerne aussi les dispositifs de mélange de signaux électriques commandés par des variations d'éclairement. La plupart des claviers et des dispositifs de mixage nécessitent, pour le moins, le contact physique des doigts avec des touches ou des potentiomètres, d'où les limitations inhérentes à cette nécessité de contact physique avec la matière et le caractè- r. spécifique des oeuvres musicales qui ne sont guère exprimées qu'à travers le sens du toucher. Le dispositif, objet de l'invention, pouvant etre, soit adapté à des instruments de musique existants ( orgue, synthetizer, etc.) soit couplé à toute autre source de courant modulé, permet la commutation à distance d'une grande quantité de signaux, par des moyens optiques produisant des variations d'intensité lumineuse, af franchissant ainsi l'opérateur de toute nécessité de contact physitue avec la matière d'un clavier ou d'un tableau de commande. Cette dernière particularité permet la conception et la rdali- sation d'un instrument de musique dont on peut jouer par l'intermédiaire d'ombres projetées sur les éléments photosensibles qui le composent. la partie électronique du dispositif ( indiquée par le chiffre 3, dans les figures des planches I-5, II-5 et III-5 ) est consti- tuée par un groupement de N portes logiques contrôlant le passage des signaux appliquée à leurs entrées, chacune de cea portes logiques étant elle-même contrôlés par une cellule photoélectrique qui en commande l'ouverture et la fermeture ( ou du moins déter- mine dans le circuit d'importantes variations de conductance vis- à-vis du signal d'entrée ) en fonction de son éclairement. Il s'en- suit que l'amplitude du signal recueilli à chacune des sorties dépend de l'éclairement respectif des cellules associées aux ír- cuit. constituant les portes correspondantes. Un exemple d'un tel dispositif est donné par le schéma PLIV-S qui est celui du prototype réalisé par l'inventeur avec des maté- riaux courants, en l'occurence, des éléments photorésistants (2) au type LDR 03 dont chacun est monté dans un pont alimentant en ocurant la base d'un transistor (T).Les variations de la résistance des cellule (2), causées par les variations de leur eolar- rement, provoquent des variations des courants de base des tran- sistors (2), oe qui entraîne leur blocage ou leur déblocage selon leur polarisation initiale et l'éclairement de leurs cellules respectives. Le basculement d'un état à l'autre se fait d'ailleurs plus ou moins brutalement selon les paramètres de repos choisis. les sources VI et V2 alimentent l'ensemble des ponts; le re- glage de la tension Vl permet d'ajuster simultanément la polarisa- tion initials des N transistors constituant les N portes du dispesitif. Les résistance@ R8, R9, R10 et R11 permettent d'égaliser les seuils de blocage.Les unes ou les autres de ces résistances sont mises en Jeu par les diodes D selon la polarité, déterminés par la manoeuvre du commutateur K3 dit d'"inversion", de la tension qui leur est appliquée. la résistance R9 évite la mise en eourt- circuit de la source délivrant le signal d'entrée quand K3 est en position:"commande par lumière" , la résistanes de la cellule (2) étant dan ces conditions particulièrement faible et causant un affaiblissement du signal d'entrée.C'est pourquoi, si les gXn*- rateurs délivrant les signaux d'entrée ne sont pas de faible impédance, et surtout dans le cas de la commande par lumière, il sera préférable de faire précéder ce montage par un étage adaptateur. Les commutatours Kl et K2 provoquent le mélange, soit des signaux d'entrée, seit des signaux de sortie; ils sont représentés séparés afin de clarifier le schéma, mai peuvent Astre réunis en un seul, pessédant treis positions: a, b et c, correspondant aux trois modes de fonctionnement qui seront décrits ultérieurement.Les signaux de sortie apparaissont, soit aux bornes des résistances R12 ( plusieurs sorties/directions ), soit aux bornes de la self X ( mélan- ge de tous les signaux ae sortie ), cette dornière étant utilisée ici à canse de sa faible résistanes aux courants de repes des transistors, ce qui évite. l'interaction des circuits en cours de fonctionnement. Le dispositif selon l'invention peut fonctionner selon l'un, défini par la manoeuvre de K1-K2, des trois modes suivants : a) Dispositif comportant X entrées et I sorties indépendantes, tel que l'actin de la lumière sur une des cellule du clavier détermine l'ouverture ou la fermeture de la porte concernée, c'est-àdire l'apparition ou la disparition, tans le circuit de sortie, du signal appliqué à l'entrée correspondante. Aucun couplage n'existe alors entre les circuits ( à part l'alimentation commune). b) Dispositif comportant N entrées indépendantes, donnent lieu à un seul signal de sortie, eelui-oi apparaissant simultandmant sur toutes les bornes de sortie ( ce qui revient à une sortie unique), tel que l'action de la lumière sur les cellules détermine une sé- lextion parmi les différents signaux appliqués aux entrées. Le si gnal de sortie, qui apparaît aux bornes d'une impédance commune à l'ensemble des circuits, correspond à la somme des signaux ainsi sélectionnés. c) Dispositif comportant une entrée et s sorties. Ici, le signal d'entrés, qui peut résulter du mélange des signaux issus des générateurs restés connectés, est réparti entre tous les circuits d'entrée. Les sortie, indépendantes entre elles, jouent un rôle de distribution de ce signal unique dans diverses directions, cet- te distribution répondant à celle de la lumière entre les cellules, lesquelles déterminent la ou les sorties sur lesquelles le signal apparît.Un tel dispositif réalise l'aiguillage d'un aignal donné sur plusieurs possibilités de branchement, celles-ci pouvant Astre matérialisées par divers amplificateurs, haut-parleurs (aiguillage dans l'espace ), filtres ( choix entre plusieurs traitements défi- nis du signal ), etc.0. La réalisation selon le schéma PL III-5 utilise quatre circuits de ce dernier type ( ici, 1 entrée, 4 sorties ), dont l'association permet de diriger à volonté un ou plusieurs des signaux dane une ou plusieurs directions de l'espace, matérialisées ici par les haut-parleurs 5.En 1 sont les sources ou générateurs de gi- gnaux; en 2, les cellules constituant les claviers; en 3, la partie électronique ( portes à semiconducteurs ), ainsi que les circuits et commandes annexes; les éléments R ( résistances )constituent un dispositif de mixage; en 4 sont les amplificateurs de puissance. Les schémas électriques des dispositifs correspondant aux modes de fonctionnement a, b et o déorits précédemment ne diffèrent entre eux que par la mise ou non en parallèle des entrées ou des sortie. Il est donc intéressant de pouvoir faire le choix entre ces trois modes par la simple manoeuvre d'un commutateur mécanique. ( si besoin était, on pourrait utiliser des cellules photoelectriques action- nant des relais mécaniques ou électroniques ) .De toute façon le mode de fonctionnement, quel qu'il soit, ne modifie en rien le fonctionnement proprement dit du dispositif ( changement d'état de conduction, etc ) D'autre part, pour que l'ensemble soit adaptable à toutes les intensités de l'éclairage ambiant, un dispositif auxiliaire est nécessaire, En effet, de par le principe même de fonctionnement, la polarisation de l'ensemble des semiconducteurs du dispositif précédemment décrit dépend de l'éclairement des aellules du cla- vier. Si l'on ne veut pas que toutes les portes s'ouvrent ou se ferment simultanément lorsque cet éclairage, la polarisation doit être corrigée afin que les cellules du clavier puissent continuer à différencier l'ombre et la lumière.Ce dispositif aux miliaire consistera dona en un moyen de réglage de cette polsrisa- tion . Celle-ci étant fournie par une source autonome ( du type "régulée, à tension variable" ), il suffira de régler la tension délivrée par cette dernière pour obtenir ce résultat. Pratiquement, dans la réalisation selon le schéma PL IV-5, l'auteur a trouvé plus commode d'utiliser une source supplémentai- re (V1), oui tend à polariser dans le sens bloquant les jonctions émettour-base des transistors, s'opposant, jusqu'à le neutraliser, au courant de base fourni par la source (V2), On a ainsi, par le réglage de la tension délivrée par la source (V1), un moyen très souple pour adapter le clavier à cellules à l'éclairage ambiant. Dans le cas d'une commande par ombres projetées ( K3 en position: "obsc" ), la sensibilité maximum pour un éclairage donné est obtenue lorsque les transistors sont amenés par le réglage de (V1) à l'état bloqué, tout en restant à la limite du seuil de conduc- tion, les cellules au clavier étant exposées à cet éclairage Dans-ces conditions , une ombre très ténue porte sur l'une des cellules suffit à débloquer le transistor, donc à ouvrir la porte correspondante, Par un moyen analogue, qui consiste à contrôler les diverses tensions déterminant les paramètres des transistors, on peut modifièr graduellement les carantéristiques'en fonctionnement du dispositif, et agir de la sorte sur la sensibilité, la vitesse de commutation et la réponse du circuit au signal d'entrée. Si par exemple la commutation partout ou rien" n'est pas souhaitée, il suffit d'amener par ce moyen la plage de fonctionnement des semiconducteurs vers une zone à caractéristique linéaire pour que la réponse des circuits devienne plus progressive, chacune des cel- lules contrôlant l'amplitude du signal de sortie correspondant, à la façon d'un potentiomètre, selon une fonction plus ou moins li néaire de son éclairement. Dans le cas où l'on voudrait utiliser le dispositif dans une lumière ambiante subissant des fluctuations, et que ce phénomène soit indésirable, la manoeuvre du commutateur E4 permet d'asservir la tension délivrée par la ou les alimentations à une cellule phctoélectrique séparée (CA), disposée de façon à percevoir ces changements d'ambiance lumineuse, et montée dans un circuit qui corrige la tension d'alimentation de façon à maintenir l'ensemble des semiconducteurs à leur point de fonctionnement optimum, quelles que soient ces fluctuations. a planche V-5 donne un exemple d'une source de polarisation à tension variable, la manoeuvre de K4 permettant de choisir entre le réglage par la manoeuvre de Pl ( réglage manuel) et l'asservissement de cette tension par la tension variable apparaissant aux bornes de la cellule photoconductrice ( CA) sous l'effet des fluctuations de la lumière ambiante. Po sert à ajuster la sensibilité, P2 détermine le gain de l'amplificateur A, donc la plage de vari- ation de la tension fournie par la source. les valeur des resis- tances et potentiomètres ajustables R2, R3 et P4 sont fixées une fois pour toutes afin que la régulation soit effective dans les plus extrêmes conditions d'éclairement . Kob, couplé mécaniquement à E3a, est l'inverseur " lumière/obscurité, dont le rôle va être expliqué. Les autres éléments du schéma (A: ampli de tension/comparateur; B: ampli de courant; Z: dioae Zéner ), sont ceux d'une alimentation stabilisée classique. Grâce à cette commande automatique, les flue tuations de l'éclairage ambiant sont compensées à chaque instant et les cellules du clavier conservent leur sensibilité optimum sana que de continuels réglages soient ndeessaires Par ailleurs, une variation d'éclairement de sens donné peut donner lieu soit à l'ouverture, soit à la fermeture des portes, ai choix, par la manoeuvre du commutateur K3 dit d'"inversion" (commande par projection de lumière/commande par projection d'ombre ), visible sur les PL IV-5 et V-5.Cette manoeuvre provoque: 10 L'inversion de polarité aux bornes des ponts alimentant en cou- rant continu les bases des transistors, chaque pont étant constitue dans la présente réalisation, par une des cellules photorésistan- tes (2) au clavier, et les résistances associées aux di odes D dont le rôle a été expliqué précédemment. ( schéma PL IV-5 2 Dans le cas où utilise le dispositif d'adaptation automatique à l'éclairage @@bient, l'inversion du sens de la correction apportée par celui-ci. (schéma PL V-5) Les modifications 1 et 2 sont effectuées simultanément au m@@ on du commutateur K3. D'autre part, en ce qui concerne les réalisations dont les schémas sont décrits ici à titre explicatif, l'auteur tient à prd- ciser que les performances ( sensibilité, bande passante, etc... obtenue par celles-ci peuvent être largement dépassées grâce à l'utilisation de cmposants possédant des caractéristiques technologiques plus poussées. De ae fait, les schémas découlent du type des cellules et des semiconducteurs employés ( cellules photoconductrices, photoémissives, photdicdes, TEC, cirouits intégrés, etc... ) dont le choix dépend des performances à obtenir. Il resaort des caractéristiques décrites et illustrée précédemment, que l'ensemble au dispositif est analogue à un clavier dans lequel les touches seraient remplacées par des éléments photo électriques; mais, puisque l'on peut agir à distance sur oelles-ei, le clavier n'a plus à assumer la forme plus ou moins compacts et ramassée qu'il a habituellement, cette forme peut donc entre large- ment modifiée. C'est ainsi que les éléments photosensibles constituant les "touches" du dispositif selon l'invention sont mécaniquement indé- pendantes et amovibles si besoin est; d'autre part, leurs fils de connection sont assez longs pour pouvoir constituer des claviers de grande envergure ou permettre tout autre agencement dans l'espace. On peut aussi prévoir des armatures transformables servant de sup- port aux cellules, toute latitude étant laissée quant à l'ordonnan- ce de celles-ci. Le schéma synoptique PL I1-5 constitue une synthèse des divers dispositifs précddemment décrits, et montre l'invention , aveo ses commandes annexes, dens une utilisation typique. La fig. 1, PL I-5, représente une disposition pratique, en cours de fonctionnement, des organes la constituant, ainsi que les dispositifs auxiliaires : 1: générateurs de signaux ; 2: clavier à cellules ; 3: commandes annexes ; 4: amplis terminaux ; 5: haut-parleurs. Le dispositif, objet de l'invention, est particulièrement in diqué pour l'utilisation dans les domaine suivants: chorégraphie, musique d'avant-garde, arts du spectacle en général, où il permet des créations inédites et de nouveaux modes d'expression. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant la commutation, le mélange et l'aiguillage de signaux électriques, sous l'action de variations d'éclairement, constitué par un groupement de cirouits dont la résistance offerte à la tran@miasion d'un signal varie selon un paramètre extérieur déterminé ; d'où le nom de "portes" qui leur sera donné dana les présentes revendications, Caractérisé par le fait que l'ouverture et la fermeture de chacune de ces portes sont déclenchées au moyen d'une cellule photoélectrique, laquelle modifie, sous l'action d'une variation de son éclairement, le point de repos d'un élement semiconducteur ce qui a pour résultat d'affecter la transmission du signal d'en- trés à travers le circuit et par conséquent, gon amplitude à la sertie de celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par 1. fait que l'association du nombre voulu de ces portes contrôlées par des cellules photoélectriques constitue un clavier ou tableau d'instrument permettant à l'opérateur de contrôler, par des moyens optiques, un grand nombre de signaux. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait quril comporte un moyen permettant d'inverser son fonctionnement, c'est-à-dire de déterminer ce qu'u ne variation d'éclairement de sens donné déclenchera entre ees jeux possibilités: ltouserture ou la fermeture des portes. De ce choix découlera celui de la forme d'action sur le clavier, qui consistera à projeter sur celui-ci soit des faisceaux lumineux, soit des ombres. 4 Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un nombre N d'entrées correspondant chacune à N sorties, tel que l'action de la lumière sur une des cellules au clavier détermine l'ouverture ou la fermeture de la porte concernée, aucun couplage n'existant alors entre les différents signaux contrôlés par les différents circuits "portes" , ces derniers n'ayant en commun que leurs circuits d'alimen- tation et de polarisation. 5. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte N entrées indépendan- tes donnant lieu à un Seul signal de sortie ; l'action de la lumière sur les cellules détermine alors une sélection parai les dif férents signaux appliqués aux entrées, la somme des signaux ainsi sélectionnés étant recueillie au niveau d'une impédance de sortie commune à l'ensemble des circuits. 6. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'un seul signal d'entre se trouve également réparti entre tous les circuits, les N sorties restant indépendantes et les variations d'éclairement perçue par les cel- lules déterminant la ou les sorties sur lesquelles le signal appa- raîtra, réalisant de la sorte l'aiguillage par des moyens optiques d'un signal donné sur plusieurs possibilités de branchement ;; oel- les-ci étant matérialisées, par exemple, par des amplificateurs, des haut-parleurs disposés en différents points de l'espace, des filtres basse fréquence, etc... 7. Dispositif selon les revendications 4, 5 et 6, caractérisé par le fait qu'un moyen opérant la transformation nécessaire dans les circuits d'entrée et de sortie, tel qulun commutateur, permet de modifier à volonté son fonctionnement en le faillant passer de l'un à l'autre à volonté des modes définis dans les revendioations 4,5 et 6. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7, Caractérisé par le fait que llensemble comporte un moyen qui rend possible son fonctionnement quel que soit l'éclairement du clavier, permettant ainsi à ce dernier d'entre adapté à volonté aux conditions locales d'éclairage. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le moyen permettant d'adapter l'ensemble à l'éclairage amDiant consiste en un réglage manuel de la tension délivrée par une source stabilisée, variable de façon continue de zéro à quelques volts, dont la fonction est de polariser l'ensemble des semiconducteurs. Ce réglage, qui provoque une translation continue des points de repos sur les courbes carscté- rustiques, permet de donner à cette polarisation une valeur défi nie, et constitue ainsi le moyen d'établir le fonctionnement opti mum des circuits "portes11, compatible avec un éclairement donné des cellules du clavier selon la revendication 2 ; c'est-à-dire, de réaliser l'adaptation en question. 1û. Dispositif selon les revendioations 8 et 9, caractérisé par le fait que le système d'adaptation cité pré cédemment est complété par un moyen , mis en service par un commu tateur, le transformant à volonté en un dispositif qui corrige au tomatSquement, à chaque instant, la tension fournie par la source de polarisation, de façon à compenser le glissement des courants de repos causé par les fluctuations éventuelles de l'éclairage ambiant. On utilise 9 cet effet une cellule photoélectrique qui est sensible uniquement à la lumière ambiante.Les fluotuatiofl ( éven- tuelles ) de oeIle-ci déterminent aux bornes de la cellule de. va- nations de d.d.p. qui sont utilisées pour asservir la tension dé- livrée par la source de polarisation et rendre celle-ci variable avec l'éclairement de ladite cellule; une variation donnée d'éclai- rement entraînant une variation de la polarisation en proportion et en relation telles que le fonctionnement des portes reste stable et dépend uniquement des variations d'éclairement des cellule. corres- pondantes du clavier, quelles que soient les variations de l'éclai- rage ambiant. 11. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les cellules photoélectriques le constituant sont mécaniquement indépendantes afin de pouvoir satre disposées et @rientées de façon quelconque dans l'espace, la lon- gueur des fils de connexion étant suffisante pour donner à un tel clavier une envergure aussi grande que l'on veut. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'afin de faciliter l'ordonnance des cellules dans l'espace, lorsque leur association caractérise la fonction d'un clavier, on utilise une armature légère et transfor mable, constituée par des bandes de matière élastique et rigide, telle le duralumin ou la matière plastique, comportant des parties évidées servant de logements aux cellules ou à leurs supports, de dimensions correspondant au type utilise, et munies d'un dispositif de verrouillage simple, par exemple une lame de ressort. ces ban des peuvent être assemblées entre elles par vie et écrous gracie à des trous disposés sur leur pourtour, ceux-ci permettant par ail- leurs la fixation éventuelle du clavier à un support l'élasticité du matériau employé fait que l'ensemble résultant de 11 assemblage de plusieurs bandes peut être déformé à volonté et par un moyen quelconque, en vue de réaliser un clavier oourbe ou circulaire. ( voir fig. 1, 2 et 3, PL 1-5 ) 13. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, oaractérisé par le fait que la somme de ces revendications définit un clavier photosensible assisté de ses commandes auxiliaires et constitue, ai la nature des signaux appliqués & ses entries le permet, un instrument aur caractéristiques nouvelles, dont le champ d'application principal est celui des arts du spectacle. ( voir fig. 1, PL I-5 ).