Brevet FR2518292A1 — publié le 19830617

Instrument à vent à timbre réglable. , invention concerne les instruments à vent, du type comportant en amont n dispositif générateur d'ondes, tel qu'embouchure de trompette, anche simple de clarin@tte ou saxop@onc, anche double de hautbois, biseau, etc., suivi en aval d'un tuyau de développement d'ondes stationnaires et portant un nom différent selon les instruments concernée. La physique de ces instruments fait l'objet d'études permanentes d'une grande complexité, étant donné le nombre et le caractère indéfin@ des facteurs qui entrent en je@ dans l'établissement et la réception d'un son Ainsi, dans la structure des instruments de musique à @@beuch@ tels que la trompette, les para- mètres sensibles, c'est-à-dire ayant une influence sur le rapport des fréquences (justesse) et sur le spectre rayonné (timbre) sont les suivants : 1 - Longueur total@ du circuit principal 2 - Longueur du pavillon 3 - Degré de conicité du pavillon 4 - Diamètre de départ d pavillon 5 - Profil de la courbe du pavillon 6 - Diamètre de la perce 7 - Rayon de courbure des potences 8 - Profil cylindrique ou conique de la potence d'accord 9 - Longueur relative des coulisses de pistons par rap port au circuit principal 10- Diamètre de départ de la branche d'embouchure 11- Longueur relative de la branche d'embouchure par rapport au circuit principal 12- Degré de conicité et profil de la branche d'embou chure 13- Volume de la cavité (poche) qui separe la fin de la queue de l'embouchure du départ de la branche d'em bouchure. 14 - Rapport du volume de la cuvette de ltembouchure à la surface du "grain" de l'embouchure 15 - Longueur du grain de l'embouchure 16 - Rapport du diamètre du grain au taux de conicité du cone intérieur de l'embouchure 17 - Longueur du cone intérieur de l'embouchure 18 - Profil du cone intérieur de l'embouchure 19 - Nature du roétal constituant l'instrument. A cette liste non exhaustive de paramètres liés à la construction de l'instrument, s'ajoutent les paramètres aleatoires suivants 20 - Pression d'air fournie par les poumons de l'exécu- tant 21 - Physiologie de l'exécutant et en particulier tonus et aptitude à se réoxygéner des muscles de ses lèvres 22 - Acoustique de a salle 23 - Peròrmances du système auditif, facultés d'inté- gration et culture musicaia de l'auditeur. La construction d'un instrument, qui doit allier justesse et qualité de timbre, s'efforce de tirer le meilleur parti de tout ou partie de ces paramètres. On pourra se reporter à ce sujet à l'ouvrage "Musical Acoustics" par EARLE L. KENT paru en 1977 chez DOWDEN, HUTCHINSON & ROSS, INC., STROUDSBURG, Pennsylvania, U.S.A., et également aux brevets des Etats-Unis n 3.507.181 et 2 987 950. Cependant les documents cités proposent des solutions à caractère définitif et non modulable (en dehors de la correction classique de justesse p-ar coulisse d'accord). Or l'élément aléatoire -déterminant que constitue la physiologie de l'exécutant pose un pro blème permanent à la facture instrumentale et il convenait de rechercher un système qui permette d'accorder l'instrument à l'instrumentiste. Ce système se devait d'être commode à manoeyvrer par le musicien, simple à fabriquer et donc d'un prix de revient acceptable. Tels sont les buts de l'invention. Ces buts sont atteints, conformément à l'in- vention, par le fait que l'instrument comporte, entre le dispositif générateur d'onde et le tuyau, une cavité à volume variable. Dans le cas particulier de la trompette, cette cavité à volume variable se situe entre la queue de l'embouchure et le départ de la branche d'em- bouchure. Des nombreuses recherches menées par le Deman deur, il ressort que, parmi les paramètres lies à la facture de Itínstrument, seule la possibilité de faire varier le volume de a cavité qui sépare la queue de l'embouchure du départ de la branche d'embouchure s'avère satisfaisante, agissant beaucoup sur le timbre et d'une manière négligeable sur la justesse Des variations de 1 ordre de 5 microns a'e l-l longueur de la cavité cylindrique sent nettement perceptibles à l'oreille au niveau du timbre. l'artiste peut ainsi accorder l'impédance du résonateur que constitue l'instrument sur l'impédance que délivre le couplage lèvres-embouchures par variation du volume de la cavité jouant un rôle das la sélection des harmoniques mis en évidence par la Suite de ce mémoire. En d'autres termes, un instrument conforme à l'invention permet au musicien 1) de choisir le timbre qui lui plaît 2) de choisir en toute liberte un type d'embouchure con forme à son anatomie 3) d'adapter sa sonorité à des conditions particulières d'oeuvres musicales, d'acoustique de salle ou de jeu en plein air 4) d'obtenir avec un potentiel d'énergie donné un rende ment sonore optimal. L'effet obtenu par la variation conforme à l'invention du volume de la cavité est d'autant plus surprenant que jusque là les effets attendus d'une évolution de ce facteur concernaient plus la justesse que le timbre. C'est ainsi que KENT, dans son brevet des Etats-Unis 2.987.950 , étudie et constate l'incidence du volume de cette cavité sur la longueur effective de l'instrument, c' est-à-dire sur sa justesse. I1 convient de remarquer au passage que, bien évidemment, KENT ne propose ou ne suggere aucunement de rendre le volume de cette cavité variable sur un instrument, mais propose simplement de tenir compte, entre autres facteurs multiples, du volume de cette cavite dans l'évaluation préliminaire de la longueur effective de l'instrument a construire; instrument qu'il désire voir suivre du plus près possible les notes de la gamme temperee. Or le Demandeur a découvert que des variations très faibles du volume de la cavité agissaient consi dérablement sur le timbre et de façon insensible sur la justesse. Sans etre lié d'une façon quelconque par une explication scientifique, le Demandeur pense que cela peut se comprendre par le fait que, lors d'une faible augmentation du volume de la cavité, par exemple, il se produit un allongement de la colonne d'air qui tend à faire baisser la note, mais que, parallèlement, une augmentation de l'intensité des harmoniques supérieures tend à faire- monter la note, d'où il résulte une compensation de la justesse de celle-ci, tandis que le timbre est sensiblement modifié par le nouveau spectre sonore. Afin de permettre des variations fines du volume de la cavité, celle-ci est avantageusement con çue sous la forme de cavité cylindrique dont la longueur varie gr ce a un moyen d'assemblage fileté à pas fin et possédant, de preférence, une graduation fine de repérage, ainsi qu'un dispositif de maintien du réglage L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins sur lesquels - la figure 1 représente en coupe un premier mode de réalisation de la cavité variable dans une tram pette - la figure 2 représente un deuxième ode de realisation de la cavité variable dans une trompette - les figures 3 et 4 représentent deux dispo siti@s de blocage du réglage du volume de la cavité ; - la figure 5 représente en coupe un mode de réalisation de la cavité variable dans une clari nette ou @n saxophone ; la figure @ représente en coupe un mode de réalisation de @@ cavité variable dans un hautbois ;; - les figures 7 et 8 représentent respective ment les graphiques @@gespe@és de fréquences et intensités enr@gistrées @@@ @@ l'@@ission d'un ut 4 par une trompette de l'i enti @ pour une cavité de 25/100 mm par rapport à une cavité @@lle d'une part, et d'une cavité de 275/100 mm par rapport à une cavité nulle, d'autre part. La figure 1 est une vue en coupe des organes amont d'une trompette @@@forme à l'invention (embouchure exceptée), aux proport @@@ @xagérées pour être plus lisible. La figure 1 montre une cavité cylindrique 1, de longueur a variable, formée entre le support d'embouchure (boisseau) 2, @@ départ de la branche d'embouchure 3. et le tube extérieur 4 entourant la branche d'embouchure. Le départ de la branche d'embouchure 3 conique, est centré et Fixé dans le tube extérieur 4 au moyen d'une bague 5 soudée à la branche d'embouchure. Le tube extérieur 4 se prolonge en amont du départ de la branche d'embouchure d'une partie cylin drique 6 dans laquelle peut coulisser l'extrémité aval du support d'embouchure 2. Le support d'embouchure 2 comporte dans sa partie médiane 7 un filetage extérieur 8 coopérant avec un taraudage 9 de l'extrémité du tube extérieur 4. Une bride 10 termine le support d'embouchure 2, la hride 10 ayant même diamètre exterieur que le tube extérieur 4. Le support d'embouchure 2 comporte un cane intérieur 11 dans lequel s'emmanche le cne extérieur d'une queue d'embouchure classique non représentée, affleurant l'extrémité aval du support d'embouchure et contrrbuant à la formation de la cavité. La rotation du support d'embouchure 2 par rapport au reste de l'instrument permet de faire varier la volume de la cavité l et de régler le timbre de la trompe t te. Un blocage dans la position de réglage peut être réalisé eu entourent la partie amont du tube. extérieur 4 par un collier de serrage 12 (fig.3), ou en prévoyant une pince à cône et filetage, comme représenté en fig. 4 où une bague de serrage 13 taraudée tourne sur un bossage fileté 14, une partie conique de la bague 13 appuyant avec plus ou moins de force selon sa position angulaire sur une partie complémentaire du bossage, rendue déformable par la réalisation de trois fentes 15 à 120 sur la périphérie, et permettant ainsi le serrage. La figure 2 représente un mode de réalisation préféré de l'invention. Les organes communs aux figures 1 et 2 portent les memes références. La chambre ou cavité l, de longueur a variable est formée dans les mêmes conditions que dans le mode de réalisation précédent. Le tube extérieur 4 se prolonge et se termine en amont du départ de la branche d'embouchure 3 par la partie cylindrique 6 dans laquelle coulisse l'extrémité aval de support d'embouchure 2. Le support d'embouchure 2 est soudé. à une bague de réglage 16 entourant une partie d'extrémité du tube extérieur 4. Le tube extérieur 4 porte sur sa périphérie un filetage extérieur 17 coopérant avec un taraudage 18 de la bague de réglage. Les filets ont un diametre de 14 mn et on pas de 0,5 mm et permettent un réglage fin du volume de la cavité 1. A la bague 16, est soudee une bague de freinage 19 ajustée avec frottement sur le tube extérieur 4 t permettant de maintenir en position le réglage choisi sans toutefois empêcher d'en cba.'-ger volontairement en faisant tournex la bagut de réglage 16. Une graduation 20 de type "Palmer" est prévue sur le tube exté@ r o r et sur la bague 16-19 de façon à repérer avec précision la longueur a de la chambre et donc le timbre hçisi. Des expériences ont té faites pour montrer l'importance des changements du spectre sonore en fonc- tion du réglage du volume de la cavité. Les figures 7 et 8 illustrent deux positions extrêmes de ces expériences. ne trompette conforme à l'invention joue un do 4 (523 Hz) dont le spectre sonore est représenté, via un spectrographe et une table traçante, sur les gra- phiques des figures 7 et 8 gradués en k Hz en abscisse et dB en ordonnée. La température est maintenue constante à 200C. Sur la figure 7, la courbe en traits pointillés montre le spectre sonore obtenu avec une cavité inexistante, c'est-à-dire pour a = 0 tandis que la courbe en trait plein montre le spectre sonore obtenu pour a 1 25/100 mm.Le graphique montre que la fréquence du fondamental 21 (harmonique I) n'est sensiblement pas affectée par l'ouverture de la cavité, que le deuxième harmonique 22 est legè- rement moins puissant et le troisième harmonique 23 légèrement plus puissant , etc. quand la cavité est ouverte. On constate que les différences s 'accentuent avec les harmoniques élevés. Ce graphique visualise une modification du timbre sensible à l'oreille et identifiable pour le musicien, la justesse de la note n'étant, quant à elle, pas affectée de façon décelable à l'oreille. En modifiant l'ouverture de la cavité l par pas très fin, par exemple de 25/lOOmm, on perçoit des timbres extrêmement varié-s en couleur, et les enregistre- ments graphiques montrent des spectres sonores se modifiant sans qu'apparaissent de lois régissant ces modifications et, en tous cas, sans linéarité, par rapport au réglage du volume de la chambre 1. La figure 8 montre un graphique analogue à celui de la figure 7 avec, en trait pointillé de spectre sonore du do 4 pour a a O et en trait plein le spectre sonore pour a = 275/100 mm. On constate un net renfor cement du fondamental 21, un affaiblissement du deuxieme harmonique 22, une relative stabilité des quatre harmoniques suivants. Les fréquences très hautes montrent un renforcement extraordinaire. La encore le timbre de l'instrument prend une coloration particulière. L'invention n'est évidemment .pas limitée aux instruments à embouchure. Ainsi, la figure 5 montre un bec 30 de clarinette ou de saxophone (l'anche n'est pas représentée) dans lequel une cavité cylindrique 31 à longueur variable a a été prévue en amont de l'alésage 35 du bec et juste en aval de la chambre 34 du bec ; la variation de vo lume de la cavité 31 est possible grâce à un filetage 32 prévu sur le support de bec 33 et le bec 30. Comme dans le cas de la trompette, la variation du volume de la cavité 31 donne lieu à des change- ments notables du timbre de l'instrument. La figure 6 montre l'application de l'invention à un hautbois dont le sommet du corps 40 comprend dans le prolongement de la p@rce 41 une douille de réception 42 cylindrique et taraudée pouvant recevoir un support d'anche 43 fil@té dans lequel s'engage le liège 44, maintenant,ayec le tabe de laiton 45,l'anche double en roseau 46 du hautbois, La chambre 47 à longueur variable d est réservée entre le fond du support d'anche 43 et le fond de la douil 42. Le filetage 48 permet de modifier le @imbre du hautbois. REVENDICATIONS 1. Instrument à vent, du type comportant, en amont, un dispositif générateur d'ondes tel qu'embouchiure, anche simple, anche double, biseau, etc. suivi en aval d'un tuyau de développement d'ondes stationnaires, caractérisé en ce qu'il comporte, entre le dispositif générateur d'onde et le tuyau (3,33,41), une cavité. (1,31,47) à volume variable. 2. Instrument selon la revendication 1, caractérise en ce que la cavité est cylindrique (1,31,47) a' longueur variable. 3. Instrument selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur (a) de la cavité (1,31,47) est rendue variable au moyen d'un assemblage fileté (8-9, 17-18, 32, 48). 4. Instrument selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'assemblage fileté 17-18) est associé a une graduation fine (20). 5. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de maintien du réglage (12, 13-15, 19). 6. Instrument selon l'une quelconque des reVen- dications 1 à 5, du type trompette, caractérisé en ce que la cavite (1) est situé entre la queue de l'em- bouchure et le départ de la branche d'embouchure (3).. 7. Instrument selon la revendication 5, caractérisé en ce que la queue de l'embouchure est insérée dans un support d'embouchure (2) réglable comportant une partie coulissant dans le tube extérieur (6,4) entourant et prolongeant en amont la branche d'embouchure (3), ladite partie delimitant, avec le départ de la branche d'embouchure et l'amont du tube extérieur (4), la cavité (1) à volume variable, le support d'embouchure (2) comportant par ailleurs une zone filetée (8,18) coopé- rant avec une zone filetee (9,17) du tube exterieur (4). 8. Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support d'embouchure (2) est solidaire d'une bague de réglage (16) taraudée (18) entourant le tube extérieur (4) lui-meme fileté (17). 9. Instrument selon la revendication 8, caractérisé en ce queue la bague de réglage (16) est munie d'un frein f19) frottant sur le tube extérieur (4). 10. Instrument selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que la bague de réglage (16,19) et le tube extérieur (4) portent une g-raduation (20) type "Palmer". 11. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, du type clarinette ou saxophone, caractérisé en ce que la cavité (31) est cituée juste en amont de l'alésage (35) du bec (30) et juste en aval de la @@ambre (34) du bec. 12. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, du type hautbois, caractérisé en ce que la cavité (47) est située entre le fond du support d'anche (43), lequel est fileté, et une douille de réception (47), également filetée, prevue au sommet du corps du haurbois (40).