Brevet FR2589612A1 — publié le 19870507

la présente invention concerne un système modulaire évolutif destiné à composer des orgues électroniques visant à reproduire le plus fidèlement possible les sonorités et les dispose tifs de commande des orgues à tuyaux. La technique habituelle repose sur l'uti'isation d'un générateur unique de notes composé d'un circuit fournissant les douze notes de la gamme tempérée pour l'octave la plus élevée, suivi de channes de diviseurs de fréquence pour les octaves inférieures. Cette technique est économique, mais les notes ainsi conçues restent liées par un synchronisme dû aux diviseurs de fréquence. Ce synchronisme affaiblit fortement la personnalité des orgues. Les sorties du générateur unique procurent, le plus souvent, des signaux carrés dépourvus d'harmoniques paires, ou parfois, des dents de scie reconstituées mais souvent imparfaites. Un orgue de qualité nécessite que chaque touche commute simultanément plusieurs signaux à l'aide d'interrupteurs mécaniques ou électroniques, chaque interrupteur pouvant s'apparenter à une soupape de tuyau d'orgue. Ces signaux correspondent à une fréquence fondamentale et à plusieurs de ses harmoniques. Les liaisons entre les sorties du générateur et les interrupteurs sont faites soit par câblage selon des méthodes traditionnelles, soit par circuit imprimé, ce qui, dans tous les cas, fixe définitivement le choix des harmoniques et conduit à un nombre important de liaisons. Une extension consistant à rajouter des rangs harmoniques risque de surcharger les sorties du générateur, et la conception par câblage rend l'opération difficile, voire impossible, lorsqu'elle n'est pas prévue à l'avance. cas d'utilisation d'un générateur unique, le choix des harmoniques est limité aux fréquences ne présentant pas trop d'écart avec des fréquences fondamentales issues du générateur. Par exemple, l'harmonique trois d'un UT sera un SOL (la quinte), l'harmonique cinq de ce même UT sera un MI (la tierce). Ces notes sont disponibles sur le générateur et seront utilisées' bien que leur valeur ne soit qu'approchante de la valeur vraie. Par contre, ltharmonique sept de cette note UT sera une note située entre un LA et son dièse, note inexistante sur le générateur. Il faudra soit se passer de cette harmonique, soit utiliser un second générateur. Un problème similaire se pose dans le cas des jeux ondulants pour lesquels la fréquence procurant les battements est très légèrement supérieure à la fréquence fondamentale et inexistante sur le générateur. Concernant la formation des timbres, l'utilisation de circuits spécifiques pour chaque jeu entraxe une grande diversité dans la fabrication. Pour limiter cette diversité, l'emploi de circuits regroupant plusieurs Jeux s'impose. Cela conduit à des instruments se ressemblant beaucoup dans leur composition et ne faisant appel qu'à des jeux courants. Une extension consistant à rajouter des jeux risquera également de surcharger les sorties du générateur et nécessitera la création de circuits à la demande si elle n'a pas été prévue. la nécessité de réduire les coûts de fabrication conduit donc à des instruments aux caractéristiques limitées, manquant d'originalité, et fabriqués en série, ce qui va totalement à l'encontre des principes de la facture d'orgues classique apportant aux instruments un caractère et une personnalité par le choix des sonorités et des jeux. le système selon l'invention procure une grande liberté dans la conception des orgues. L'étude d'un instrument se trouve réduite à sa plus simple expression et consiste simplement à déterminer le nombre de modules composant les structures ainsi que les liaisons à établir entre modules et entre structures, en tenant compte des extensions futures. Les modules "Générateurs de touche" comportent des oscilla- teurs indépendants les uns des autres et produisant directement des signaux en dents de scie riches en harmoniques. le nombre a'oscillateurs peut varier, pour la fabrication, en fonction de la taille donnée aux modules et selon les composants électroniques choisis. A chaque touche de clavier correspond au moins un module. Un seul contact électrioue est nécessaire par touche pour commander l'ensemble des interrupteurs électroniques du ou des modules relatifs à la touche, chaque interrupteur électronique étant lié à un oscillateur. Tous les oscillateurs étant indépendants, ils ne présentent aucun synchronisme entre eux et peuvent entre accordés sur n'importe ouelle fréquence pour créer des rangs harmoniques allant des plus usuels aux plus inattendus. L'extension des rangs harmoniques au niveau d'une touche s'effec- tue par simple adjonction dlun ou plusieurs modules selon le nombre de rangs voulus. La commande de ces modules supplémentaires se fait soit par le contact existant sur la touche, soit par la sortie logique du ou d'un des modules existant. Il est aussi possible d'augmenter l'étendue d'un clavier en lui rajoutant des touches et en reliant un ou plusieurs modules "Générateurs de touche" à chaque nouvelle touche. Les modules "Filtre de jeu" reçoivent tous les signaux musicaux issus des modules "Générateurs de touche" et peuvent les utiliser en partie ou en totalité selon les jeux à créer. Les réglages nombreux existant sur ces modules permettent de fa çonner la sonorité à volonté pour colorer les jeux et leur donner un caractère unique. Un jeu nécessitant beaucoup d'harmoniques pourra faire appel à plusieurs modules "Filtre de jeu" associés en parallèle. I1 sera facile d'étendre le nombre des jeux existants en raåou- tant simplement des modules "Filtre de jeu" accompagnés de leurs commandes. La faculté de prévoir à l'avance les extensions futures et la simplicité de réalisation de ces extensions confèrent au système selon l'invention son caractère évolutif. Les modules "Effets et sortie" permettent de recréer les effets des tremblants et rendent chaque clavier expressif individuellement. Ils créent un signal de souffle simulant les effets de l'air insufflé dans les tuyaux d'orgue. Les orgues à plusieurs claviers comportent autant de structures que de claviers. Ces structures sont indépendantes les unes des autres et peuvent avoir sans inconvénient des dimensions différentes, soit dès leur origine, soit après avoir subi des extensions. Cette conception par structures indépendantes n'empêche en aucun cas de réaliser les fonctions d'accouplement ou les fonctions de combinaisons de jeux intéressant l'ensemble de l'orgue ainsi composé. Les liaisons entre structures ne font appel à aucun dispositif électronique intermédiaire. La figure 1 représente de façon symbolique l'organisa- tion interne des éléments composant un module "Générateurs de touche". La figure 2 représente de façon symbolique l'organisation interne des éléments composant un module "Filtre de jeu". La figure 3 représente de façon symbolique l'organisa tion interne des éléments composant un module "Effets et sortie". La figure 4 représente la structure de base nécessaire à la composition d'un orgue à clavier unique, ainsi que les liaisons entre les éléments constituant cette structure et les organes de commande de l'instrument. La figure 5 montre l'exemple d'une structure de base ayant subi une évolution dite "horizontale". La figure 6 montre l'exemple d'une structure de base ayant subi une évolution dite "verticale". La figure 7 montre l'exemple d'un instrument à deux claviers comportant deux structures liées entre elles par la fonction d'accouplement Le module "Générateurs de touche"(36) selon l'invention comporte - un étage d'alimentation(l) raccordé à une source de courant alternatif ou continu(2). - un ensemble d'oscillateurs(3) indépendants les uns des autres et produisant chacun un signal musical en dents de scie (4) pouvant être réglé en fréquence pour l'accord de la note et en amplitude pour l'harmonisation de l'instrument. Les signaux musicaux sont symétriques par rapport à un potentiel de référence (masse électronique). Ces oscillateurs fonctionnent en permanence et ne sont soumis à aucune influence de nature à modifier la fréquence ou l'amplitude des signaux musicaux délivrés. Etant tous indépendants ils oscillent librement sans synchronisme entre eux. - un étage de commande en logique câblée(5) ayant une entrée(6) conditionnée par l'entrée d'autorisation(7) et servant à la fonction d'accouplement, ainsi qu'une entrée inconditionnelle(8) activée par une touche de clavier(37). Cet étage de commande contrôle un ensemble de commutateurs(9) permettant aux signaux musicaux(4) de sortir du module(lO). Parallèlement, il délivre une information logique(ll) servant à la fonction d'accouplement, ainsi qu'une information analogique(l2) pour contrôle de l'effet de souffle. Le module "Filtre de jeu"(40) selon l'invention comporte - un étage d'alimentation(l3) raccordé à une source de courant alternatif ou continu(l4). - un étage(l5) réalisant la sommation analogique des signaux musicaux(l6) entrant dans le module et comportant les réglages d'amplitude pour prélever tout ou partie de chaque signal. - un étage de filtrage analogique(17) réalisant simultanément les fonctions de filtres passe-bas, passe-bande et passe-haut. Chacune des trois sorties de cet étage possède un réglage d'amplitude. - un étage(18) réalisant la sommation des signaux fournis par l'étage de filtrage(l7) et du signal de souffle(l9) utilisé sans modification de ses caractéristiques. - un étage de commutation(20) permettant aux signaux musicaux de sortir du module(21) lorsque le jeu est appelé par une information se présentant sur les entrées de commande(22). - un étage de sélection manuelle(23) permettant de commander l'étage de commutation(20) à l'aide de tout ou partie des entrées de commande(22), ceci permettant d'appeler le jeu par différentes commandes en vue de la réalisation de registrations pré-établies par l'organiste selon ses goûts et ses besoins. Le module "Effets et sortie"(43) selon l'invention comporte - un étage d'alimentation(24) raccordé à une source de courant alternatif ou continu(25). - un étage générateur de souffle(26) produisant un signal dlam.- plitude aléatoire(27). Ce signal est envoyé vers les modules "Fil- tre de jeu"(19) en quantité variable selon une information analogique(28) provenant des modules "Générateurs de touche"(12). - un étage générateur des tremblants(29) simulant les effets des dispositifs mécaniques de même nom installés sur les boites à vent des orgues à tuyaux et produisant une modulation en amplitude du son émis par ces tuyaux. la vitesse de modulation est ajustable sur le module. le taux de modulation est réglable par une commande extérieure(30). - un premier étage amplificateur(31) recevant les signaux musicaux(32) émis par les modules "Filtre de jeu1,(21), et commandé en gain par l'étage générateur des tremblants(29). - un second étage amplificateur(33) commandé en gain par une information extérieure(34) destinée à la fonction d'expression, et rendant les signaux musicaux disponibles(35) pour utilisation extérieure au système. La configuration d'une structure de base est montrée en figure 4. I1 existe autant de modules "Générateurs de touche(36) qu'il y a de touches sur le clavier(37). Chaque touche de clavier actionne un contact électrique relié par un fil au module lui correspondant. Dans cette configuration, les modules "Générateurs de touche (36) voient leurs entrées de commande(8) séparées, leurs sorties d'information analogique(l2) mises en commun(38), leurs sorties de signaux musicaux(10) mises en commun sur les lignes collectrices(39). les modules "Filtre de jeu"(40) sont en nombre essentiellement variable et dépendant des besoins de chaque client. Ces modules sont validés par un ensemble d'interrupteurs appelés tirages de jeux(41). Dans cette configuration, les modules "Filtre de jeu"(40) voient leurs entrées de signaux musicaux(16) mises en commun sur les lignes collectrices(39), leurs entrées de commande(22 séparées, leurs sorties(21) mises en commun sur une ligne collectrice (42). le module "Effets et sortie(43) reçoit la commande des tremblants(44) constituée par des interrupteurs ou, éventuellement, par une résistance variable, ainsi que la commande d'expression (45) constituée par un potentiomètre. I1 délivre le signal de souffle(46) envoyé aux modules "Filtre de jeu"(40). Les signaux musicaux disponibles sur la ligne collectrice(42) sont recueillis par le module qui les soumet aux effets des tremblants et de l'expression avant de les envoyer(35) vers un amplificateur de puissance extérieur au système. la structure de base ainsi conçue comporte des emplacements libres préc blés destinés à recevoir de futurs modules "Générateurs de touche" (47 à 49) reliés à un complément de clavier(50) ou au clavier existant(37), et des emplacements libres précâblés destinés à recevoir de futurs modules "Filtre de jeu"(51 à 53) reliés à un complément d'interrupteurs de tirages-de jeux(54) ou aux interrupteurs de tirages de jeux existants(41). la structure de base pourra donc subir des évolutions dites "horizontales" permettant d'augmenter l'étendue du clavier et/ou le nombre de jeux de l'instrument, et des évolutions dites "verticales" permettant d'augmenter la richesse sonore de l'instrument par adjonction de rangs harmoniques supplémentaires. La configuration d'une structure de base ayant subi une évolution "horizontale" est montrée en figure 5. Aux modules "Générateurs de touche" existants(36) reliés aux touches du clavier (37) viennent s'ajouter, dans les emplacements prévus(47,fig.4), des modules "Générateurs de touche"(36) reliés aux nouvelles tou ches(50). Aux modules "Filtre de jeu" existants(40) reliés aux interrupteurs de tirages de jeux(41) viennent s'ajouter, dans les emplacements prévus(51,fig.4), des modules "Filtre de jeu"(40) reliés aux nouveaux interrupteurs de tirages de jeux(54). I1 n'est pas obligatoire de rajouter simultanément les deux types de modules. Dans cette configuration, les modules "Générateurs de touche (36) voient leurs entrées de commande(8) séparées, leurs sorties d'information analogique(12) mises en commun(38), leurs sorties de signaux musicaux(10) mises en commun sur les lignes collectrices(39). Les modules "Filtre de jeu"(40) voient leurs entrées de signaux musicaux(16) mises en commun sur les lignes collectrices (39), leurs entrées de signal de souffle(l9) mises en commun(46), leurs entrées de commande(22) séparées, leurs sorties(21) mises en commun sur une ligne collectrice(42). La partie de structure~rela- tive au module "Effets et sortie"(43) reste inchangée. La configuration d'une structure de base ayant subi une évolution "verticale" est montrée en figure 6. Aux modules "Géné- rateurs de touche" existants(36) reliés aux touches du clavier(37) viennent s'ajouter, dans les emplacements prévus(48,fig.4), des modules "Générateurs de touche"(36) également commandés par les touches existantes du clavier(37). Aux modules "Filtre de jeu" existants(40) commandés par les interrupteurs de tirages de jeux existants(41) viennent s'ajouter, dans les emplacements prévus (52,fig.4), des modules "Filtre de jeu" (40) commandés(22) par de nouveaux interrupteurs de tirages de jeux(54). I1 n'est pas exclus oue la commande soit faite par les interrupteurs de tirages de jeux existants(41) si nécessaire. Dans cette configuration, les modules "Générateurs de touche (36) voient leurs entrées de commande(8) mises en commun deux à deux, leurs sorties d'information analogique(l2) mises en commun (38), un second jeu de lignes collectrices(55) recueillant les si- gnaux musicaux(10) fournis par les nouveaux modules(36). les modules "Filtre de jeu"(40) voient leurs entrées de signal de souffle (19) mises en commun(46), leurs sorties(21) mises en commun sur une ligne collectrice(42). les nouveaux modules(40) voient leurs entrées de signaux musicaux(16) raccordées au nouveau jeu de lignes collectrices(55). la partie de structure relative au module "effets et sortie"(42) reste inchangée. les orgues étant rarement des instruments à clavier uni que, il sera fait appel à autant de structures de base qu'il y aura de claviers dans l'instrument, comme le montre la figure 7 correspondant à un orgue à deux claviers. les structures relatives à chaque clavier peuvent avoir subi des résolutions "horizontales" et/ou "verticales" à des degrés différents, ou être restées dans leur configuration de base. La structure du premier clavier comprend les éléments 35 à 46, et la structure du second clavier comprend les éléments 35A à 46A. Les sorties de chaque clavier(35 et 35A) pourront être mixées ou envoyées séparément vers des amplificateurs de puissance. Les structures ainsi formées étant indépendantes l'une de l'autre, il reste néammoins possible de leur faire échanger des informations pour réaliser les fonctions d'accouplement consistant à faire jouer un clavier par un autre. I1 suffira d'établir les liaisons(56) entre les sorties d'information logique(ll) des modules "Générateurs de touche "(36) relatifs au clavier "mattre"(37) et les entrées conditionnées(6) des modules "Générateurs de touche" homologues(36A) relatifs au clavier "serviteur"(37A). la fonction d'accouplement ne sera effective que sur réception d'une autorisation envoyée sur les entrées d'autorisation(7) des modules "Générateurs de touche"(36A) du clavier "serviteur"(37A) à l'aide aucun interrupteur d'accouplement(57). Un clavier "mattre"(37) pourra faire jouer un ou plusieurs claviers "serviteurs"(37A). Un clavier "serviteur"(37A) pourra être joué par un ou plusieurs claviers "maitres"(37). lous les modules entrant dans la composition d'un instrument sont mis sous forme de circuits imprimés enfichables dans des connecteurs, ce qui les rend amovibles et facilite la fabrication et la maintenance. Qu'ils appartiennent à la structure minimale nécessaire, ou qu'ils attendent les modules d'extension, les connecteurs sont fixés sur un chassis et câblés de façon définitive. La conception modulaire du système selon l'invention ne nécessite aucun dispositif intermédiaire entre les modules existants et les modules d'extension. Toutes les structures entrant dans lz composition d'un instrument sont reliées directement à la source d'alimentation, dans la plupart des cas un transformateur dont la puissance dépend de la taille de l'instrument, plus rarement à une batterie d'accumuleteurs. Les configurations qu'il est possible d'obtenir au sein d'une structure ou entre structures différentes ne sont en aucune façon limitatives en ce qui concerne le nombre de modules, le nombre de structures et les interconnexions. La conception modulaire du système selon l'invention permet une fabrication industrielle en série pour les modules utilisés et à l'unité pour les structures recevant ces modules. Le système selon l'invention est particulièrement adapté à la reproduction des orgues à tuyaux, par des moyens électroniques, que ces orgues soient actuelles, anciennes, ou n'ayant pas dépassé le stade du projet. Le système selon l'invention permet la constitution de bancs c essai sonores destinés à simuler ce que seront de futures orgues à tuyaux de facture contemporaine, les essais pouvant se faire dans les lieux mêmes où les instruments seront installés. Le système selon l'invention permet la constitution d'orgues sans claviers pilotées par ordinateur. Un interface remplacera l'organiste dans son action sur les claviers et les diverses commandes de jeux et combinaisons. Ces orgues sans claviers représentant la partie "matériel" d'un ensemble informatique, l'ordinateur utilisera pleinement sa partie "logiciel" pour faire de la composition musicale par exemple. REVENDICATIONS 1/ Système modulaire évolutif, destiné à composer des orgues électroniques visant à rep;Lwduire le plus fidèlement possible les sonorités et les dispositifs de commande des orgues à tuyaux, carac térisé par l'utilisation de modules "Générateurs de touche"(36), modules "Filtre de jeu" (40), modules Effets et sortie"(43), assemblés pour former une structure de base(fig.4) reliée à un clavier(37), à des tirages de jeux(41), ainsi qu'à des commandes générales(44 et 45). 2/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module "Générateurs de touche"(36) est composé d'une alimentation(l), d'un ensemble d'oscillateurs(3) indépendants entre eux et produisant des signaux en dents de scie(4), d'une logique de commande (5) ayant une entrée(6) conditionnée par l'entrée d'autorisation (7), ayant une entrée inconditionnelle(8), activant un ensemble de commutateurs(9), et délivrant une information logique(ll) et une information analogique(12). 3/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module "Filtre de jeu"(40) est composé d'une alimentation(13), d'un circuit de sommation(l5) des signaux musicaux, d'un filtre analo gique(l7) réalisant simultanément les fonctions passe-bas, passebande et passe-haut, d'un circuit de sommation(l8) du signal musical filtré et du signal de souffle, d'un circuit commutateur(20), et d'un dispositif de sélection manuelle(23) des entrées de commande(22). 4/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module "Effets et sortien(43) est composé d'une alimentation(24), d'un circuit générateur de souffle(26), d'un circuit générateur des tremblants(29) commandant le gain d'un étage amplificateur(31), d'un étage de sortie(33) recevant la commande d'expression(34). 5/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une structure de base(fig.4) comporte des emplacements libres précâ- blés(47 à 49 et 51 à 53) prévus pour recevoir des modules "Générateurs de touche"(36) et des modules 1,Filtre de jeu"(40) destinés à l'extension de cette structure. 6/ Système selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation d'un nombre de structures de base(fig.7) égal au nombre de cla viers dans les instruments à plusieurs claviers. 7/ Système selon les revendications 1 et 6 caractérise en ce que plusieurs structures de base(fig.7) sont reliées entre elles(56) dans les instruments à plusieurs claviers(37 et 37A3 pour réaliser les foutions d'accouplement entre ces claviers.