Brevet FR2668589A1 — publié le 19920430

Procédé et dispositif de transduction pour produire un effet sonore. tactile ou visuel. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de transduction permettant d'obtenir un effet sonore, tactile ou visuel à partir de la mesure d'une grandeur physique, telle que la différence de pression exercée sur un objet ou le déplacement de cet objet. Les dispositifs de transduction actuellement connus, appelés également transducteurs, sont utilisés dans des domaines techniques et scientifiques pour fournir des mesures précises d'une pression ou d'un déplacement pour satisfaire aux besoins exclusivement techniques et scientifiques. La présente invention a pour objet un procédé de transduction permettant de fournir des applications multiples dans des domaines variés, y compris des domaines non techniques. L'invention a également pour objet un dispositif de transduction ou transducteur, adapté pour répondre à des besoins non exclusivement scientifiques ou techniques, en particulier dans des secteurs de l'art, de la pédagogie, de l'animation et de la thérapie. Dans une première application, l'invention permet de fournir un transducteur qui, à partir d'une variation de la pression ou du déplacement, produit un effet sonore ou musicale. Le transducteur peut être réalisé sous forme d'un jouet pour enfants ou nouveaux-nés qui trouveront la joie de s'initier dans la production mélodique, ou sous forme d'objets décoratifs portables pour l'animation musicale ou la musicothérapie. Dans une seconde application, l'invention vise un transducteur qui, à partir des variations de pression ou de déplacement, produit un effet de vibrations tactiles à l'aide par exemple d'une membrane vibrante, en vue notamment de satisfaire aux besoins de perception tactile des personnes malentendantes. Dans une troisième application, l'invention fournit un transducteur pouvant servir de moyens de commande à distance notamment des appareils électroménagers, et des instruments de musique électroniques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le transducteur présente une dimension suffisamment faible pour être pris dans une main d'adulte ou d'enfant, de façon à ce que la main puisse exercer des pressions sur le transducteur pour qu'il produise des effets sonores, tactiles ou visuels. Selon l'invention, le transducteur comprend au moins un capteur qui mesure une grandeur physique telle qu'une pression ou un déplacement et fournit un signal électrique analogique proportionnel à la valeur mesurée de la grandeur physique; un convertisseur analogique/numérique qui convertit le signal électrique analogique en un signal électrique numérique; un microprocesseur qui fait correspondre le signal numérique à un numéro d'ordre d'émission et transforme le numéro d'ordre d'émission en un code spécifique; une interface de sortie traduisant le code spécifique représentatif du numéro d'ordre d'émission en un second signal électrique analogique; et un moyen de production d'effets sonores, tactiles ou visuels commandé par le second signal électrique analogique. Le transducteur de l'invention comprend avantageusement une enveloppe déformable en matière plastique souple. Une pression exercée sur l'enveloppe flexible se traduit par une déformation de l'enveloppe qui agit alors mécaniquement à son tour sur le capteur, lequel mesure la pression transmise par l'enveloppe flexible et déclenche le fonctionnement interne du transducteur pour émettre une note musicale, une vibration tactile ou un effet visuel tel que changement de couleur sur un écran. De préférence, le haut-parleur pour la production du son, la membrane pour les vibrations tactiles ou l'écran pour les effets visuels peuvent être assemblés à l'enveloppe pour former un ensemble unique et compact. Auquel cas, lorsque le transducteur est pris dans la main, une pression exercée par les doigts sur l'enveloppe souple permet d'obtenir immédiatement soit une note musicale, soit une vibration tactile, soit un changement de couleur sur la partie de l'enveloppe où est installé le moyen de production d'effets correspondants. Selon l'invention, le procédé de transduction comprend les étapes suivantes: a) définir au moins une série de plusieurs intervalles de données numériques ou binaires et attribuer à chacun des intervalles un numéro d'ordre d'émission; b) mesurer une grandeur physique, telle qu'une pression ou un déplacement et fournir un signal électrique analogique proportionnel à la valeur mesurée de la grandeur physique; c) convertir le signal analogique en un signal numérique; d) comparer la valeur du signal numérique avec la série d'intervalles de données numériques pour trouver le numéro d'ordre d'émission correspondant au signal numérique; e) effectuer une seconde mesure en répétant les étapes b) et suivantes afin d'obtenir un second numéro d'ordre d'émission correspondant à un second signal numérique;; f) émettre un signal de commande spécifique au second numéro d'ordre d'émission si les valeurs numériques des premier et second signaux numériques sont différentes; g) considérer la valeur du second signal numérique et le second numéro d'ordre comme la valeur d'un premier signal numérique et un premier numéro d'ordre et répéter les étapes e) et suivantes. Le signal de commande émis peut être utilisé pour commander le moyen de production de son, de vibrations tactiles ou d'effets visuels. Le procédé peut comprendre une étape de temporisation entre les étapes d) et e) de façon à ce que la répétition prévue à l'étape g) ait lieu après l'étape de temporisation. De façon avantageuse, l'invention prévoit un seuil numérique minimum pour ne tenir compte que des valeurs numériques supérieures au seuil. Le seuil peut être différent de zéro. Lorsque le signal numérique à l'étape d) est inférieur au seuil, au lieu d'exécuter les étapes e) et suivantes, le procédé renvoie à l'étape b) pour recommencer la mesure de la grandeur physique. Lorsque le second signal numérique obtenu selon l'étape e) est inférieur au seuil, le procédé renvoie alors directement à l'étape a). L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de deux modes de réalisation de l'invention pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique du transducteur de l'invention; la figure 2 est un schéma synoptique d'un premier mode de fonctionnement du transducteur selon la figure 1, et la figure 3 est un schéma sunoptique d'un second mode de fonctionnement du transducteur de la figure 1. Tel qu'illustré sur la figure 1, le transducteur de l'invention comprend un capteur de pression 1 relié à un convertisseur analogique/numérique 2, un microprocesseur 3, un générateur sonore 4, un amplificateur 5 relié à un haut-parleur 6, et une source d'alimentation électrique 7 pour assurer le fonctionnement de l'ensemble. Le microprocesseur 3 comprend une mémoire morte dans laquelle sont stockés des programmes de traitements spécifiques et une ou plusieurs séries d'intervalles numériques identifiés par leur numéro d'ordre, et une mémoire vive où sont effectués les traitements numériques des données. Par exemple, pour une résolution de 8 bits, le convertisseur analogique/numérique traduit la pression mesurée par le capteur en un nombre binaire compris entre 0 et 255. Le programme contenu dans la mémoire morte du microprocesseur 3 permet de convertir le nombre binaire en codes compréhensibles par le générateur sonore 4. Les codes, également appelés numéro d'ordre d'émission, sont des numéros d'identification des intervalles numériques dans une série de données. Si l'on veut produire une mélodie musicale selon une gamme pentatonique, la série d'intervalles numériques correspondante choisie comporte cinq intervalles utiles. Si le seuil minimum de pression à prendre en compte correspond à zéro, la plage numérique utile s'étend alors de 1 à 255. La définition d'une série de S intervalles sur cette plage utile signifie que pour chaque intervalle, la largeur numérique est égale à 255/5, c'est-à-dire 51. Les cinq intervalles sont classés dans l'ordre croissant par des numéros d'ordre variant de O à 4. Pour une pression mesurée correspondant à un nombre binaire égal à 87 par exemple, le numéro d'ordre de l'intervalle correspondant est déterminé par 87 (valeur numérique de la pression mesurée)/5 1 (largeur d'un intervalle), le rapport donnant 1 comme numéro d'ordre. Le générateur sonore 4 peut générer une gamme pentatonique de notes musicales correspondant chacune à un numéro d'ordre d'intervalle. Par exemple, on peut faire correspondre le numéro d'ordre 0 à la note la, 1 à do, 2 à ré, 3 à mi et 4 à sol. Ainsi, la note générée par le générateur sonore 4 est fonction du numéro d'ordre de l'intervalle où se situe la valeur binaire de la pression mesurée par le capteur 1. Dans l'exemple précédent, la valeur binaire 87 de la pression se situant dans l'intervalle dont le numéro d'ordre est 1 se traduit par la note do. Le fonctionnement du transducteur de l'invention peut être schématisé comme suit (figure 2): une première étape 8 qui consiste à initialiser l'ensemble afin notamment de définir le nombre de notes disponibles pour être jouées par le transducteur. Ce qui revient à définir la largeur des intervalles dans les séries d'intervalles numériques. Comme montré précédemment, pour une résolution de 8 bits et 5 notes disponibles, la largeur d'un intervalle est de 51. Pour un nombre de notes égal à 12, la largeur d'un intervalle est alors de 225/12 c'est-à-dire 21. Les numéros d'ordre des intervalles sont alors de O à 11 pour les 12 notes disponibles générées par le générateur sonore 4. L'étape suivante 9 est la lecture de la pression mesurée par le capteur I qui fournit un signal électrique analogique correspondant. Le signal est converti en signal numérique par le convertisseur analogique/numérique 2. La valeur numérique de la pression P est comparée (l'étape 10) à une valeur de seuil minimale PO dans la mémoire vive du microprocesseur 3. Si P est inférieur ou égal à PO, on retourne alors à l'étape 9 pour recommencer la lecture du capteur 1. Si P est supérieur à PO, le microprocesseur 3 calcule alors le numéro d'ordre I de l'intervalle où se trouve la valeur de P. Cette étape est référencée 11. Après l'étape 11, le transducteur passe dans une phase de temporisation 12 avant de lire à nouveau le capteur 1 (l'étape 13). La pression P1 lue est convertie en valeur numérique par le convertisseur analogique/numérique 2 et est comparée ensuite, à l'étape 14, avec le seuil minimum PO dans la mémoire vive du microprocesseur 3. Si Pi est inférieur ou égal à P0, cela signifie que la pression Pi mesurée n'est pas suffisamment importante pour être prise en compte par le transducteur, on retourne alors à l'étape 8 d'initialisation pour recommencer les étapes précédemment décrites. Si Pi est supérieur à PO, le microprocesseur 3 calcule alors à l'étape 15, le numéro d'ordre I1 de l'intervalle où se situe la valeur binaire de P1. L'étape suivante, référencée 16, consiste à comparer la valeur numérique Pi de la pression significative lue à l'étape 14 avec la valeur numérique P de la pression lue à l'étape 9. Si Pi est égal à P, c'est-à-dire la pression n'a pas changée entre les deux lectures des étapes 9 et 13, on retourne alors à la phase de temporisation 12 pour recommencer l'étape 13 de lecture. Si Pi est différent de P, l'étape suivante 17 consiste alors à comparer les numéros d'ordre I et Il calculés respectivement aux étapes 11 et 15. Lorsque Il est égal à I, c'est-à-dire les deux pressions P et Pi restent dans le même intervalle, le microprocesseur 3 délivre alors un signal de commande représentatif du numéro d'ordre I pour commander le générateur sonore 4 à délivrer une note correspondante. La note générée par le générateur sonore 4 et ensuite amplifiée dans l'amplificateur 5 pour être diffusée par le haut-parleur 6 (l'étape 18). A la fin de étape 18, la valeur de P est remplacée par la valeur de Pi et on revient à l'étape de temporisation 12 pour recommencer la lecture de pression à l'étape 13. Si les numéros d'ordre Il et I sont différents, on remplace alors les valeurs initiales P et I par les valeurs Pi et Il à l'étape 19 et on retourne à la phase de temporisation 12, c'est-à-dire il faudrait attendre la stabilisation de la pression dans un même intervalle pour pouvoir émettre un signal de commande au générateur sonore 4. Selon une variante de l'invention telle qu'illustrée sur la figure 3, les étapes identiques à celles de la figure 2 comportent les mêmes références. Selon cette variante, il n'est pas nécessaire de calculer le numéro d'ordre I après l'étape 10. Il suffit de calculer le numéro d'ordre Il de l'intervalle où se situe la pression Pi lue à l'étape 13 lorsque Pi est différent de P mesuré à l'étape 9. L'étape où l'on calcule Il est référencée 20. A cette même étape 20, le microprocesseur 3 envoie un signal de commande correspondant au numéro d'ordre Il au générateur sonore 4. La valeur P est remplacée par la valeur Pi avant de retourner à l'étape de temporisation 12 pour recommencer la lecture du capteur à l'étape 13. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 diffère de celui illustré sur la figure 2 en ce qu'il n'est pas nécessaire d'attendre la stabilisation de la pression dans un même intervalle pour délivrer un signal de commande, c'est-à-dire la suppression de la boucle constituée par des étapes 17, 19, 12, 13, 14, 15, 16 sur la figure 2. Dans la pratique, le transducteur est de préférence noyé dans un matériau élastique tel que l'élastomère sous une forme facile à être prise dans la main. Lorsqu'on exerce une pression sur le matériau élastique, le capteur 1 mesure la pression P. Si on libère la pression tout de suite, aucun son ne sort du transducteur. Cela permet d'éviter qu'une chute accidentelle du transducteur provoque une émission sonore non souhaitée. En revanche si on fait varier la pression de façon dynamique, le transducteur de l'invention émet des notes musicales différentes. On peut faire ainsi varier intentionnellement les notes en contrôlant la pression exercée sur la partie élastique du transducteur. ll en est de même pour des applications supplémentaires. Le signal de commande peut être utilisé également pour faire varier la fréquence de vibration d'une membrane destinée par exemple à être perçue tactilement par une personne malentendante. Cette personne peut faire varier la pression sur le transducteur et ressentir la vibration de la membrane qui en résulte. L'invention peut également fournir un moyen de commande à distance, grâce à une variation de pression, d'appareils électroniques. REVENDICATIONS 1. Procédé de transduction comprenant les étapes suivantes: a) définir un certain nombre d'intrevalles de donnée numériques ou binaires en leur attribuant des numéros d'ordre (I, I1) correspondants; b) mesurer une grandeur physique, telle qu'une pression (P) ou un déplacement et fournir un signal électrique analogique proportionnel à la grandeur mesurée; c) convertir le signal analogique en un signal numérique (P); d) comparer la valeur (P) du signal numérique avec les intervalles pour trouver le numéro d'ordre d'émission (I) correspondant au signal numérique; e) effectuer une seconde mesure en répétant les étapes b) et suivantes pour obtenir un second numéro d'ordre (11) correspondant à un second signal numérique (P1);; f) émettre un signal de commande spécifique au second numéro d'ordre al) si la valeur numérique (P) mesurée en premier lieu est différente de la valeur numérique (P1) de la même grandeur physique mesurée en second lieu; g) remplacer la valeur numérique mesurée en premier lieu (P) et le numéro d'ordre a) correspondant par la valeur numérique mesurée en second lieu (P1) et son numéro d'ordre correspondant al) et répéter les étapes e) et suivantes. 2. Procédé de transduction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'étape f), l'émission du signal de commande a lieu si le second numéro d'ordre al) est égal au premier numéro d'ordre (I). 3. Procédé de transduction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de temporisation (12) entre les étapes d) et e), et qu'à la fin de l'étape f) ou lorsque les valeurs mesurées (P) et (P1) sont égales, on retourne à l'étape de temporisation avant de continuer les étapes e) et suivantes. 4. Procédé de transduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que si la valeur mesurée en premier lieu (P) est inférieure ou égale à un seuil minimum (PO), on revient à l'étape b). 5. Procédé de transduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que si la valeur mesurée en second lieu (P1) est inférieure ou égale à un seuil minimum (PO), on revient à l'étape a). 6. Procédé de transduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de génération et d'émission des notes musicales correspondant au signal de commande émis à l'étape f). 7. Procédé de transduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape supplémentaire de production d'effets visuels, de vibrations tactiles et/ou d'ondes électromagnétiques de commande, correspondant au signal de commande émis à l'étape f). 8. Dispositif de transduction comprenant au moins un capteur (1) qui mesure une grandeur physique telle qu'une pression (P, P1) ou un déplacement, et fournit un signal électrique analogique proportionnel à la valeur mesurée de la grandeur physique; un convertisseur analogique/numérique (2) qui transforme le signal analogique en un signal numérique; un microprocesseur (3) permettant de faire correspondre le signal numérique à un numéro d'ordre d'émission (I, I1); une interface de sortie qui transforme le numéro d'ordre d'émission en un signal électrique de commande; et un moyen de production d'effets sonores, tactiles et/ou visuels commandé par ledit signal de commande. 9. Dispositif de transudction selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un enveloppe en matériau élastique qui couvre au moins le capteur (1) et sur laquelle on exerce une pression (P, P1). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de production d'effets sonores est constitué par un générateur sonore (4), un amplificateur (5) et un haut-parleur (6), et que l'ensemble formé par le capteur (1), le convertisseur analogique/numérique (2), le microprocesseur (3) et l'interface de sortie, et le moyen de production d'effets sonores est entièrement contenu dans l'enveloppe élastique à l'exception du haut-parleur.