Brevet FR2579813A1 — publié le 19861003

La présente invention porte sur un procédé de synthèse sonore à base de lumière, applicable à la construction d'instruments de musiaue synthétique,et à l'initiation musicale. Les instruments utilisant la lumiàre,sans faire appel à une source extérieure de sons autres que ceux générés ontiquement,comme ses orgues électro-optiques,se rejoignent en général au niveau d'une utilisation très timide et statique du matériau sonore impliqué, à savoir la lumière,et surtout conditionnée par la recherche d'un produit aux normes conventtonnelles,sucentible de remplacer par exemple les harmoniums. Ainsi l'utilisation dans ce type dtinstruments d'un seul disque de fréquences tournant à très faible vitesse (1/4 à 1/2 tour par seconde),avec un nombre très élevé d'ouvertures, supposé nécessaire pour la reproduction de gammes à 12 tons tempérés par octave permet certes un jeu chromatique sur un registre comparable à celui des orgue s traditionnels,mais en entrainant des longueurs d'ondes minuscules pour les signaux optiquessqui se trouvent privés en conséquence de possibilités de textures harmoniques. L'énorme complexité de tels disques optiques à fréquences tempérées emnêche aussi radicalement tout accs à leur réalisation par les usagers. Or,l'utilisation de vitesses variées, et de l'ordre de 30 à 300 fois plus grandes,pour entraîner des disques interchangeables,porteurs de fréquences moins élevées,reproduisant par exemple des gammes de juste intonation,ou des sons de fréquences même encore plus simples et leurs harmoniques,renå par contre possible une recherche précise et directement visuelle sur toutes formes d'ondes,introuvable dans aucun autre instrument,et la construction manuelle de ces disques par les amateurs eux-memes,avec donc une palette de timbres et de gammes illimitée.Une telle gamme de vitesses permet ainsi,avec tout l'intéret de la justesse absolue spécifique à l'instrument,t'exploration de tous systèmes musicaux y compris extra-européens ou expérimentaux, comme de toutes textures harmoniques nouvelles,par simple application de lois arithmétiques,géométriques,et musicales,ou même esthétiques. A titre d'exemple,une gamme pentatonique traditionnelle pourra être recréée par la simple suite de fréquences suivante,doublée a chaque octave: 15 - 18 - 20 - 24 - 27;-tandis qu'une gamme chromatique de parfaite intonation sera générée à partir de cette autre suite de fréquences,avec en seconde ligne un choix de quarts de tons intermédiaires,tels que ceux précisément employés dans certains pays d'orient:: 30 - 32 - 34 - 36 - 38 - 40 - 43 - 45 - 48 - 51 - 54 - 57 29 33 35 39 44 50 52 nfin,au delà de sons mélodiques de timbres variés,des sons complexes, créés à partir de fréquences irrégulières,subharmoniques,composées, odulées à diverses fréquences,etc,peuvent être façonnés,à partir de longueurs d'ondes de 1 tour ou 1,'2 tour, faisant appel à des vitesses de reproduction évidemment encore olus élevées.Sans exclure la production en série de tels disques mélodiques ou harmoniques,nar exemple imprimés sur support transparent,la possibilité de recherche et de construction par l'amateur de ses propres disques et donc d'évolution du matériau sonore,constitue un élément essentiel de l'invention.Dans la perspective d'une démarche pédagozique,des modèles-imprimés peuvent aussi être fournis au début,destinés à être collés sur une feuille de carton, puis découpés très siplement à l'aide d'un cutter;ils peuvent ensuite être coloriés,modifiés,reproduits en négatif avec un pochoir, etc,tout ceci à un prix de revient quasiment nul. La conception de disques interchangeables,déveldppant des gammes modales (pentatoniques,heptatoniques,etc),ou même de simples bourdons mais jouant sur des variations très fines de textures harmoniques, phonèmes vocaux,etc,ouvre par ailleurs la porte à de nouvelles techniques de lecture,comme par déolacement dans l'espace des sources lumineuses, faisant intervenir le geste dans un phénomène musical bien précis: en déplaçant une lumière donnée de gauche à droite devint un disque vertical lui-même devant un capteur photoélectrique relié à un amplificateur,on parcourt en glissando toute l'étendue de la gamme du disque,sans contrainte mécanique; en rapprochant cette lumière du disque on augmente l'intensité du son, tandis que par une oscillation dans la direction tangeante au point de lecture,on ajoute un effet de vibrato (il est à noter que de telles techniques seraient exclues à des faibles vitesses de rotation,à cause du pleurage et des décrochages qui suivraient le moindre mouvement). Mais si l'on place maintenant plusieurs de ces disques sur le chemin des mêmes rayons lumineux, on multiplie alors à l'infini les interventions possibles sur les sons ainsi produits. En opérant deux interceptions successives,à des fréquences différentes,d'une même émission lumineuse,on génère par un effet "dtintermodulation optique un son mélodieux,dépourvu de distorsion, ayant comme fondamentale la différence des deux fréquences,et comme harmoniques ces deux fréquences,plus une troisième harmonique plus faible correspondant à leur somme. L'oscillogramme de la figure 1 montre la présentation temporelle du signal électrique obtenu par ce procédé à partir de deux fréquences d'ouvertures (5) et (6),générant une soustractive (1).Si les deux fréquences sont au contraire très proches l'une de l'autre,par un phénomène identique de déphasage périodique entre les ouvertures des deux disques on crée une variation de l'ouverture résultante,provoquamt une irisation spectrale, pouvant être encore accentuée par la disposition d'ouvertures harmoniques sur chacun des deux disques,telles qu'elles ne puissent être émises aucune après l'autre au cours du déphasage.L'utilisation de sources lumineuses et de disques spécialement conçus pour mettre en valeur ce type de phénomènes de façon polyphoniaue,nlus d'autres disques, de trames infrasoniques,de modulation de fréquence, de séquences,de balayage radial,de déphasage linéaire et leurs combinaisons à des vitesses précises étendent encore le champ des nossibi- lités offertes par ce procédé de multi-interception,permettant la synthèse de sons -programmables sur tous leurs paramètres, dans une approche de la lumière comme un nouveau matériau sonore, aux caractéristiques particulières et riches en enseignéments pour le musicien. La présente invention concerne le procédé électro-optiaue de cette synthèse sonore,et la réalisation technique d'instruments et de disques utilisant ce procédé. Les figures 2 et 3 montrent,vu de face et vu d'avion,u1z exemple de réalisation d'un tel instrument,avec tout d'abord quelques exemples non limitatifs de sources lumineuses mobiles (7): flammes,lumières électriques mobiles,munies d'un système manuel d'obturation (8), bougies en mouvement sur un plateau rotatif (9),lumière électrique en mouvement à l'extrémité d'une lame vibrante (10),ou encore comme en figure 4 lumière électrique en rotation (11) avec un petit bloc de piles (12) animé nar un moteur électrique à vitesse variable (13); puis plusieurs éléments lumineux fixes,formant des modules amovibles, dont une série de lampes (14) commandées par clavier (15),et deux versions différentes de rampes lumineuses (15) pour séquenceur,munies d'obturateurs réglables (1?). es éléments optiques mobiles (24),du type de ceux utilisés dans des phares,ou diffuseurs,condensent les rayons selon des groupes de faisceaux parallèles, our apporter divers effets snéciaux supplémentaites. Les capteurs photoélectriques (4), (28),comme les moteurs de tous les disques sont montés sur des leviers (25),(18)(19),permettant tous positionnements dans l'espace. Sur la moitié droite de l'instrument,une tablette recouverte de feutre (20) est destinée à être frappée par de petites ampoules,desquelles les rayons lumineux,masqués ordinairement par un écran(21) ne peuvent ne peuvent atteindre le capteur (28) que lorsque ces ampoules sont abaisses au niveau de la tablette (20),sur laquelle des repères colorés prolongeant les lignes capteur-couronnes sont apposés. Ce dispositif permet ainsi un jeu en percussion,avec attaque expressive et intensité variable. L'écran,comme la tablette,reuvent être replié pour un jeu en lumières mobiles libres.Ces effets obtenus à partir d'un écran peuvent être également combinés avec l'effet de vibrato grâce à un clavier composé de touches telles que décrites par la figure 5. n appuyant sur la touche (27) on provoque d'abord un contact électrique au moyen d'une lamelle ou d'un ressort réglable (29),puis U l'amroule allumée s'élève au dessus d'un écran 4nterchan- seable (30) pour donner au son une attaque expressive qui se continu ner un vibrato entièrement contrôlé manuellement par l'instrumentist@ es sons encore plus riches, avec filtrage du spectre harmonique et passage graduel entre l'effet d'attaque et l'effet de vibrato sont développés au moyen de fils horizontaux (31) de différentes grosseur prolongeant l'écran (30) de façon dégradée. Une petite gélatine (32) colorée en fonction des fréquences sonores des notes émises apporte un précieux support visuel pendant le jeu. Il existe toute une gamme de capteurs photoélectriques de surfaces,dynamiaues,et sensibilités diverses; des cellules de type photo-voltaïques au silicium,di?ponibles en toutes surfaces,nourront être utilisées dans cette partie droite de l'instrument pour apporté par un balayage approprié (figure 8) au moyen d'un disque de trame(2 une variation de phase llnéaire,pouvant être amplifiée de façon stéréophonique; ce disque de trame pourra encore accentuer l'effet c spatialisation obtenu par une modulation alternative droite/ auche la largeur du faisceau (23) ouvert aux cellules (28 G/D) pour créer un effet de trémolo stéréophonique. Sur la moitié gauche de l'instrument,un disque séquenceur (2) animé par moteur démultiplié,monté également sur levier de translat: ( libère les rayons lumineux provenant de rampes lumineuses (16) munies d'obturateurs indépendants (17) réglables en hauteur et en largeur (intensité et sélection des couronnes),et interceptés par u ou plusieurs disques de fréquences (3),selon un ensemble de cycles rythmiques disposés concentriquement,ou encore des séquences de balayage diverses,que vont recevoir 2 ensembles de capteurs (4), amplifiés stéréophoniquement et montés sur leviers de translation(2 Un dispositif séquenceur similaire peut être réalisé comme décrit E figure 9,où le disque (2) est remplacé par un rouleau de papier ou carton perforé (26) défilant devant une rampe lumineuse (16) pour interpréter diverses partitions,avec possibilité de transposition immédiate par simple modification de la position du disque (3),ou de cette partition. Ce dispositif peut être appliqué avec succès à la lecture de cartons perforés destinés aux orgues de warbarie,etc,les distances relatives du disque et de la partition au capteur modifiables au moyen de glissières permettant un ajustage à tous standards de perforation; en fonction du rapport de leurs largeurs utiles,le disque devra être placé devant ou derrière la partition.Un disque de trame stéréophonique (22) apporte une variation de timbre et divers effets de phase et trémolo. Dans l'objectif d'une génération par double interception comme exposée précédemment,sur la figure 3 sont représentés deux disques coaxiaux (3) pouvant tourner au choix en sens identique ou opposé,et à des vitesses synchronisées sous contrôle de claviers de vitesses (.33). Ils comportent des ouvertures disposées sur un même nombre de couronnes de diamètres proportionnés pour que leurs signaux complémentai- res soient alignés,au niveau d'une ligne horizontale médiane, en direction d'un capteur (28). Ce dispositif et ce type de disques complémentaires permettent d'obtenir polynhoniquement,en lumières mobiles comme par 11 intermédiaire d'un clavier,un déphasage contrôlé entre les ouvertures de ces deux disques,ou encore des intermodulations,et simplement en fonction du rapport des vitesses,des tonalités très différentes avec un contrôle précis des harmoniques. On connaît de nombreuses techniques de régulation de vitesse de moteurs élec- triques.La figure 6 montre une forme possible de réalisation de cette régulation opérant par détection tachymétrique, laquelle peut être effectuée de façon optique au niveau même des disques,par des capteurs solidaires des leviers (18); une utilisation possible de ce ou non dispositif consiste à jouer ensuite de façon continue sur une variation synchronisée de la vitesse des deux moteurs telle que la différence de leurs vitesses reste constante. Deux fréquences de la série Fn et F(n+1) génèrent par double interception comme nous l'avons va une fréquence soustractive égale à leur différence,soit ici F. Il suffit donc de coupler deux circuits régulateurs de vitesses de façon à suivre une gamme de la série n ,respectivement n +1,pour que toutes les fréquences portées par les disques (3) voient leurs harmoniques changer en glissando suivant le facteur n,tout en conservant leur mêmes fondamentales,avec des sonorités particulières. Un autre exemple de multi-interception est montré en figure a, puis 10,quand le levier (18)vient occuper une position symétriquement opposée par rapport à la verticale. Ici les disques (3) ont leurs aes décal!s,de façon à présenter dans leur projection commune un maximum de cas de figures de conjonctions aeux à deux de leurs fréquences respectives (figure 10).On obtent ainsi un nombre de sorts beaucoun plus grand que le nombre total de couronnes,dont on pet bien s- > r Jouer en lumières mobiles devant un écran percé dans le prolongement des conjonctions désirées,ou que l'on pourra commander électriquement au moyen d'un ou plusieurs claviers (15) reliés à un réseau de lumières disposées selon ces prolongements des lignes capteurs/conjonctions. Si maintenant on ordonne les sons obtenus par fondamentales communes (c.a.d.soustractives) et que l'on couple le clavier principal à un système électronique de programmation séquen tigelle des lumières dans chacue série,du type des chenirtards ou ésuivalents,ou encore par un simple contacteur rotatif (35) tel que celui décrit dans la figure 7,on produit toute une gamme de sons aux harmoniques changeantes à un rythme voulu. Il est possible qu'en fonction des gammes utilisées sur les disques générateurs,et des fréquences soustractives sélectionnées, certaines soient représentées un nombre de fois inférieur aux autres; il suffit alors de connecter les mêmes lumières en plusieurs endroits sur le circuit électronique ou sur le contacteur (35),ou de prévoir une poîyrythmie de programmation selon différents cycles pour 2,3,4,5,6,7,etc lumières.Il est à noter qu'afin d'amener progressivement l'allumage et l'extinction des différentes lumières intervenant dans la composition d'un même son, des résistances sont employées à l'intérieur du contacteur rotatif, dont deux seulement ont été représentées pour la clarté du dessin de la figure 7,mais qui peuvent être plus nombreuses,de même que plusieurs couronnes de contacts peuvent être mises en circuit au choix pour synthétiser des sons aux harmoniques plus ou moins distinctes ou mêlées,etc. Pans ce dispositif les vitesses des deux disques peuvent être identiques,ou dans des rapports simules; la figure (11) montre un autre exemple de réalisation avec 3 disques tournant à des rapports de 2,3,et 5,dans le but d'obtenir des sons présentant une suite d'harmoniques simples, allant ici de 2 à 6. La figure 12 montre un dernier exemple avec 12 disques identiques tournant à des vitesses formant par contre par leurs rapports un cycle de quintes tempérées ramenées dans une même octave,soit DO SOL RE LA MI SI FAii DO# SOL# MIb SIb FA DO; si l'on dispose sur les couronnes de ces disques des signaux optiques selon une suite de fréquences telle que: -2 3, 4 5 6 7, 8 10 12 14, 16 20 24 28 > 32 etc... on génère alors entre tous les disques deux à deux à une moyenne d'un douzième de-comma près toutes les suites d'harmoniques n / n+1 jusqu'à la 1Oe,donnant par soustraction entre autres chacune des 12 notes de la gamme chromatique à chaque octave,sous huit aspects différents: 3-2,4-3,5-4,6-5,7-6,8-7, -S,10- , qui peuvent alors être programmés par exemple selon divers cycles aller-retour de 14 temps. Dans tous ces exemples de réalisation,des lumières (3L) permettent d'obtenir en supplément les fréquences pures de chacun des disques générateurs; ces lumières peuvent être reliées à un clavier sé aré,ou encore mixes aux précédentes en tant que 2e3eS4eXetC harmoniques ,et commandées comme indiqué figure 7 par autant de tirettes harmoniques (36),ou encore mises en séquence électroniquement ou au moyen du contacteur (35). Les fibres ontiques présentent enfin des applications importantes dans de tels dispositifs où les sons sont composés par mixage de rayons lumineux issus de sources nécessairement espacées entre elles. Si la commande électrioue. ar clavier, de ces sources,a ses avantages, l'acheminement de la lumière en ces divers lieux au moyen d'un réseau de fibres optiques permet de retrouver certains des avantages des lumières mobiles décrits précédemment,comme l'absence d'inertie, et une expression totalement gestuelle de l'intensité,comme des timbres pendant le jeu. La figure 10 décrit un tel dispositif où un élément optique condenseur (37) recueille les rayons lumineux issus par exemple de sources solidaires des doigts de l'instrumentiste,pour les focaliser à l'intérieur de fibres optiques placées juste seulement dans la direction des sources.Ces fibres optiques sont ordonnées par groupes de façon à donner dans un sens, soit de gauche à droite les différentes notes,et dans l'autre différentes textures harmoniques de ces mêmes notes,par exemple selon des harmoniques de rang croissant; à leurs autres extrémités elles sont focalisées en direction des capteurs et disposées pour voir leurs rayons interceptés aux endroits choisis des disques. Le reseau (37) pourra être aussi éclairé an moyen d'un-clavier spécian muni de touches à lumières mobiles telles que celles de la figure 5,de même qu'un disque séquenceur ou des cartons perforés pourront défiler entre les fibres optiques et une rampe lumineuse. Dans d'autres applications,Xes fibres optiques pourront transmettre des rayons déjà interceptés par un ou plusieurs disques (3) à différents endroits de ces mêmes disques, ou à plusieurs autres disques,afin d'ordonner différentes interceptions d'harmoniques, tout en conservant les avantages du vibrato et des déphasages apportés par les lumières mobiles devant ce ou ces disques (3). REVENDICATIONS 1) Procédé électro-optique de synthèse musicale par modulations périodiques d'clairementsStraduisible par des capteurs photosensible s sous forme de signaux électriques directement amplifiableC caractér-sé par l'utilisation d disques en rotation (2),(3),dont certains à hautes vitesses (3)onaaues ajourés ou semi-transparents wéarisab'es manuellement, interchangeables, et pouvant être placés en nombre variable comme en positions diverses (18),(19) surle narcour:: de rayons lumineux issus de sources lumineuses fives (14),(16), ou mobiles (7). 2) Instrument musical selon la revendication 1 caractérisé en ce que les disques (2)(3',(22) sont animés par des moteurs électrique dont les vitesses peuvent être modulées,stabilisées sur toute une comme de valeurs prozrammables,et synchronisées entre elles au moye: de commandes manuelles (33) ou automatiques. 5 Instrument musical selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les disques (2),(3),(22) peuvent être réalisés par l'usag en découpant des ouvertures dans une feuille de carton selon un patron imprimé à coller sur cette feuille,ou pouvant être cette feuille de carton elle-ême. 4) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par une répartition stéréophonique des sons soit tonale obtenue par doublage des capteurs dans le sens radial (@ des disques, soit de phase distincte obtenue par doublage des capteurs selon la tangeante à l'ombre portée des couronnes (28),ave variation d'écart entre ces capteurs ou leurs zones de réception. 5) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par l'utilisation de sources lumineuses mobiles (7),(11) et animées d'un mouvement périodique de fréquence variable,pouvant atteindre des fréquences infrasoniques,ou audible 5) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que les sources lumineuses (7),(14), (16),comme les différentes couronnes des disques (2) et (3), comme les capteurs photosensibles (4),(28), peuvent être occultés entièrement ou en partie,au moyen d'obturateurs (8),(17),ou éléments optiques (24),(31), ou par leur propre mouvement devant différents écrans amovibles (17),(21),(30). 7) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que les sources lumineuses (7),(14), (16),(34) sont commandées électriquement, à I'unité,par groupes,ou par séries programmées séquentiellement, au moyen des touches d'un clavier, lesquelles touches pouvant être colorées comme les lumières selon les fréquences des notes émises. 8) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications orécdentes,caractérisé en ce que les sources lumineuses sont animées mécaniquement par les touches (27) d'un clavier,rrovoauant dans un premier temps leur allumage puis dans un deuxième temps leur émergence progressive à l'horizon d'un écran (30) pouvant être prolongé de divers éléments optiques (31l. 9) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'il est nourvu d'une rampe lumineuse (16) et de disques (3) spéciaux reproduisant les gammes musicales et les sons nécessaires à la lecture de cartons ou rouleaux de panier perforés du ty-?e de ceux utilisés dans lesorguesde Barbarie,piands mecaniques,limonaires et autres instruments de musique automatique, avec des réglages de position des divers éléments. 10) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que les rayons Iumineux,issus de sources fixes ou mobiles,commandées manuellement,électriquement ou par clavier mécanique, dès leur origine ou après une ou plusieurs premières interceotions phoniques ou séquentielles, sont canalisés en différents endroits du ou des disques (2',(3),(22),au moyen de fibres ontiques. 11) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce qu'il outil se dans sa fabrication des matériaux transparents ou semi-transparents, y compris pour les disques (2),(3),(22),sur lesquels des signaux opaques ou semi opaques sont imprimés ou photographiés. 12) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par une génération entre autres de fréquences chromatiques et leurs harmoniques, obtenue à partir d'un ensemble de 12 disques (3) porteurs d'harmoniques, tournant à des vitesses ordonnées pour former par leurs rapports un cycle de 12 quintes tempérées ramenées dans une même octave, et l'interception simple ou conjuguée des rayons lumineux par ces 12 disques. 13) Instrument musical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les systèmes électroniques de programaation séquentielle des sources lumineuses (7),(14),(16),(34) sont synchronisés avec le disque séquenceur (2) rar 'ecture optique 4'une ou plusieurs couronnes spéciales de ce de disque.