Brevet FR2679365A1 — publié le 19930122

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REACCORDAGE D'UN INSTRUMENT DE MUSIOUE TEL QU'UN PIANO. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de réaccordage d'un instrument de musique tel que, par exemple, un piano. On connaît des accordeurs électroniques qui délivrent les notes de la gamme dite "à tempérament égal", en général sur sept octaves. Ce tempérament se définit par deux caractéristiques essentielles - deux notes voisines sont distantes d'un intervalle de fréquence constant égal à 21/12, - deux notes de même nom, et distantes d'une octave, ont des fréquences de rapport 2. Certains de ces accordeurs captent une note jouée sur le piano, à l'aide d'un microphone, la comparent à une fréquence correspondante qu'ils ont en mémoire morte, et délivrent un signal de différence, tant que l'accord n'est pas obtenu, lequel peut être visuel ou sonore. D'autres accordeurs électroniques ne captent pas le son de l'instrument de musique mais, tout en générant les notes du tempérament égal sur plusieurs octaves, permettent, pour chaque note, un glissement de fréquence pou vant aller jusqu'à la moitié d'un demi-ton en plus et en moins, soit plus ou moins 50 cents (100 cents = un demiton). On peut alors, à l'aide de tables préétablies, accorder des instruments comme le clavecin, dans des tempéraments inégaux, et aussi dans d'autres valeurs du diapason que 440 Hz. Enfin, des accordeurs électroniques plus récents délivrent, en plus du tempérament égal, quelques tempéraments inégaux parmi les plus usités (mésotonique, Werckmeister, Bach/Kellner, par exemple), réservés aux clavecins et épinettes. Toutes les fréquences sont prédéterminées et stockées dans une mémoire morte. Certains de ces appareils permettent également un glissement de fréquence qui affecte toutes les notes, dans le but d'employer des valeurs différentes de diapason. Il est communément admis, en particulier par les professionnels de l'accordage, qu'aucun de ces appareils ne convient pour accorder correctement les pianos. Les raisons de cette impossibilité relevent des particularités acoustiques, spécifiques aux pianos. Ces instruments sont équipés de cordes lourdes et très tendues, ce qui n' est pas le cas des autres instruments de musique à cordes. Cette technologie engendre un phénomène acoustique complexe nommé "inharmonicité", récemment mis en évidence par quelques laboratoires spécialisés. Le phénomène d'inharmonicité des cordes de piano peut se résumer ainsi : une corde, écartée de son point d'équilibre par un moyen mécanique, va entrer en vibration et émettre un son fondamental F, accompagné de sons partiels qui seront des multiples entiers de F, soit 2F, 3F, 4F, nF, ..., d'intensité variable, que l'on nomme "harmoniques". On a constaté et mesuré, avec des appareils de mesure tels que des analyseurs de spectre FFT, que cela n'était pas exact dans le cas du piano, et que les partiels étaient presque toujours de fréquence légèrement supérieure au produit de F par leur rang. Ainsi, pour une note quelconque de fréquence F, le partiel de rang 3 aura une fréquence de rang 3F+e, "e" étant le coefficient d'inharmonicité, presque toujours positif, mais de valeur très difficile à déterminer par le calcul. On a, en plus, constaté que, pour une même corde, "e" pouvait varier d'un rang à l'autre, sans que cela n'obéisse à aucune loi connue. Et, d'une note à l'autre, les valeurs de "e" seront encore différentes. Ainsi le taux d'inharmonicité "e" varie d'une note à l'autre pour un partiel de même rang, parfois d'un partiel à l'autre sur une même note, surtout dans les notes graves et dans les pianos à cordes courtes. On sait également que deux pianos identiques, de même série, fabriqués industriellement, présenteront entre eux des différences d'inharmonicité. La technique de l'accordage du piano est basée sur les rapports de fréquence des intervalles d'octave, de quinte, de quarte ainsi que de tierces et sixtes majeures et mineures. Ces rapports doivent toujours être "tempérés", c'est-à- dire pas tout à fait justes au sens physique du terme. La justesse d'un intervalle sera fonction de la fréquence des battements, par défaut ou par excès, entre deux partiels de rangs différents, ou entre un son fondamental d'une note et un partiel n de l'autre note de l'intervalle. Par exemple, les battements de 10sème majeure (tierce majeure + octave) sont produits par le 2ème partiel de la note haute avec le 5ème partiel de la note basse. Ainsi, l'intervalle Soll - Si2 devra battre à 3,9 Hz. C'est le dosage, souvent empirique, des battements de ces divers intervalles, et leur progressivité du grave vers l'aigu, qui fait la justesse de l'accordage d'un piano, et non la fréquence exacte de ses quatre-vingt-huit notes comme le croient encore trop de physiciens et d'électroniciens. D'autre part, il est connu que l'oreille humaine a tendance à "entendre" trop bas les notes aiguës, et trop haut les notes graves, d'où l'usage, également empirique, d'élargir les octaves, au-delå de leur rapport naturel de 2 d'autant plus que l'on s'éloigne du centre du clavier. Cet élargissement sera plus ou moins prononcé, en fonction du goût de l'accordeur, du pianiste, et de la qualité sonore intrinsèque du piano concerné, le tout en rapport étroit avec les phénomènes d'inharmonicité décrits plus haut. Dans ces conditions, il est compréhensible que les professionnels de l'accordage n'aient jamais pu utiliser les accordeurs électroniques existants puisqu'ils délivrent tous des fréquences prédéterminées, alors que chaque piano est unique quant aux fréquences de ses quatrevingt-huit notes. L'invention a plus particulierement pour objet de supprimer ces inconvénients. Elle propose un procédé de réaccordage d'un instrument de musique, caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires suivantes - l'enregistrement préalable, note par note, des fré quences de l'instrument initialement accordé, dans une mémoire d'un synthétiseur numérique, en ajustant la fréquence émise par le synthétiseur sur la fréquence émise par l'instrument pour la note considérée, cet ajustement s'effectuant auditivement à l'unisson et à battement nul, et - l'accordage de l'instrument, note par note, en ajustant la fréquence émise par l'instrument sur la fréquence émise par le synthétiseur pour la note considérée, cet ajustement s'effectuant également auditivement à l'unisson et à battement nul. Bien entendu, l'invention concerne également un dispositif "répéteur d'accordage" pour la mise en oeuvre du procédé précédemment défini, ce dispositif devant être conçu de manière à pouvoir générer, de façon monodique, toutes les fréquences musicales de la tessiture de l'instrument de musique, soit, dans le cas d'un piano, 27 Hz à 4300 Hz environ, avec un incrément moyen de fréquence de 0,3 cent, et une fidélité de reproduction de l'ordre de 2xl0 ppm. Ce dispositif comprend des moyens permettant son étalonnage, note par note, à l'unisson avec les notes correspondantes d'un piano venant d'être accordé, selon les regles de l'art, par un professionnel de l'accordage, et de mémoriser la fréquence exacte, à plus ou moins 0,15 cent près, des quatre-vingt-huit notes dudit piano. Ces notes pourront être reproduites à volonté, avec une précision de l'ordre de 2x10 ppm, et pourront être modifiées ultérieurement, dans le cas où le goût du pianiste viendrait à changer. La mémoire de l'appareil permet l'enregistrement de soixante-quatre pianos différents pour un appareil standard. Le répéteur d'accordage, objet de l'invention, pourra être présenté dans un coffret en bois, métal ou plastique, muni d'un couvercle. Il est alimenté par piles ou batteries rechargeables dans le but de le rendre autonome, mais il peut recevoir une alimentation extérieure connectée sur le secteur. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma synoptique d'un répé teur d'accordage selon l'invention, dans sa version de base La figure 2 est un schéma synoptique d'une variante d'exécution du répéteur d'accordage représenté figure 1. Tel que représenté figure 1, l'appareil est composé des circuits électroniques suivants - Un oscillateur (CO) piloté par quartz, faisant fonction d'horloge, délivrant une fréquence fixe (Fi). - Un étage diviseur de fréquence par N (Dl) piloté par la fréquence (Fi) et composé d'une cascade de quatre divi seurs intégrés synchrones, programmables chacun sous quatre bits, soit seize bits au total. La fréquence de sortie (Fo) est définie par la relation Fo = Fi/N. Le facteur de division N est un nombre binaire de seize bits qui assure la charge synchrone des quatre divi seurs de (Dl), et qui est déterminé par la formule sui vante N = 212n4 + 28n3 + 24n2 + nl nl à n4 étant des nombres binaires de valeur 0000 Cet étage diviseur génère des fréquences doubles de celles de l'octave la plus élevée du piano, sous forme d'impulsions de fréquence Fo, avec un incrément de 0,21 cent sur Ut à 0,40 cent du Si, ce qui correspond à une résolution de douze bits. - Un diviseur intégré binaire (D2), piloté par (Fo), qui délivre, sous forme de signaux rectangulaires, les fré quences de douze notes dans les huit octaves du piano, soit Fo/2, Fo/4, Fo/8, Fo/16, Fo/32, Fo/64, Fo/128 et Fo/256. - Un ensemble de filtrage (LPF) composé de huit double filtres passifs passe-bas, soit un par ligne d'octave, cet ensemble permettant d'intégrer les huit signaux obtenus à la sortie du diviseur (D2) dans le but d'obtenir des signaux sinusoïdaux affectés d'une dis torsion inférieure à 1%. - Un commutateur à huit positions (SWI) assure la sélec tion d'une octave parmi les huit disponibles en sortie de l'ensemble de filtrage (LFP). - Un étage d'amplification (BF) qui reçoit le signal de sortie du commutateur (Swl). Cet étage est équipé d'un contrôle de volume par potentiomètre, et alimente un casque d'écoute (E), ou un petit haut-parleur disposé dans le couvercle de l'appareil. Le répéteur d'accordage comporte en outre a) un dispositif de programmation du diviseur (Dl), com prenant quatre roues codeuses hexadécimales (EWl) à (EW4), reliées à (Dl) par un bus (Bl) de seize bits, traversant un ensemble de seize "buffers" intégrés à trois états (B3st) b) un dispositif de mémorisation (Ml), composé de deux mémoires EEPROM de 8Kx8, pouvant enregistrer et res tituer les mots de seize bits générés par les quatre roues codeuses (EWl) à (EW4), les treize ports d'adresses (A0 à A12) étant connectés en parallèle et commandés de la façon suivante - les ports AO à A3 sont reliés à un ensemble de deux encodeurs de priorité intégrés (PEl), de 8 vers 3 chacun, assurant un codage de 12 vers 4 à partir d'un commutateur rotatif à douze positions (su2), permettant de sélectionner une des douze notes de l'octave, - les ports A4 à A6 sont reliés à un encodeur de priorité intégré 8 vers 3 (PE2), commandé par un commutateur rotatif à huit positions (SW3), permet tant de sélectionner l'une des huit octaves, - les ports A7 à A12 sont reliés à deux encodeurs de priorité intégrés 8 vers 3 (PE3) et (PE4), comman dés respectivement par deux commutateurs rotatifs à huit positions (SW4) et (SW5), permettant de sélec tionner une gamme de huit octaves, soit un piano complet, parmi 8x8 = 64 disponibles. Les seize entrées/sorties 1/00 à I/015 des deux mémoires (Ml) sont connectées par un bus (B2) au bus (Bl) reliant le dispositif de codage (EWl) à (EW4) et (B3st) au diviseur (Dl). Les trois portes de commande des mémoires, connectées en parallèle, assurent trois états de (Ml) : lecture, écriture, activation/inhibition. c) un dispositif de commande composé d'un commutateur (SW6) à trois positions et quatre circuits, qui per met de sélectionner les trois fonctions de l'appareil - codage d'une note : la mémoire (Ml) est inhibée et l'ensemble des seize "buffers" (B3st) est passant, permettant ainsi la programmation du diviseur (Dl) par le dispositif de codage (EWl) à (EW4), - mémorisation de la note qui vient d'être codée : la mémoire (Ml) est activée en fonction "écriture", et l'ensemble des seize "buffers" (B3st) reste pas sant, - lecture d'une note mémorisée : la mémoire (Ml) est activée en fonction "lecture", et assure la pro grammation de (Dl), alors que l'ensemble-"buf fers" (B3st) est inhibé, ses sorties étant sous haute impédance. Selon une version plus professionnelle du répéteur d'accordage, objet de l'invention, certains circuits électroniques, décrits plus haut et dans la figure 1, seront substitués à d'autres, conformément à la description suivante et à la figure 2. L'ensemble mémoire (Ml) sera remplacé par un ensemble (M2) composé de deux EEPROM de 32Kx8, soit une augmentation de capacité de quatre fois, ce qui permettra de mémoriser deux cent cinquante-six pianos. Il faudra coder les deux adresses supplémentaires A13 et A14, à l'aide d'un commutateur (SW7) à quatre positions et deux circuits. La nouvelle capacité mémoire de 32Kx8, soit deux cent cinquante-six pianos, n'est pas limitative. Pour rendre plus simple la programmation du diviseur (Dl), les quatre roues codeuses hexadécimales (EWl) à (EW4) seront remplacées par quatre encodeurs de priorité intégrés 8 vers 3 (PE5) à (PE8), commandés respectivement par quatre commutateurs rotatifs à huit positions (Swll) à (Swl4), cet ensemble permettant de coder 3x4 = 12 bits. Les quatre MSB restants seront fixés à 1110 au niveau de l'ensemble diviseur (Dl). La sélection des douze notes de l'octave sera plus aisée en remplaçant l'ensemble encodeur (PEl) et son commutateur (SW2) par un commutateur à douze touches interdépendantes (SW8), chaque position comportant quatre circuits inverseurs, nécessaires au codage des quatre adresses AO à A3 des mémoires (M1) ou (M2). La sélection des huit octaves sera également plus aisée en remplaçant l'ensemble encodeur(PE2) et son commutateur (SW3), ainsi que le commutateur (Swl), par un commutateur à huit touches interdépendantes (SW9a) et (SW9b), chaque position comportant quatre circuits inverseurs. Trois de ces circuits (SW9a) seront réservés au codage des trois adresses A4 à A6 des mémoires (M1) ou (M2), le quatrieme circuit de commutation (SW9b) remplaçant le commutateur (SWl) au sortir de l'ensemble de filtrage (LPF). Une variante avantageuse de division de fréquence pourra être apportée en substituant à la cascade de diviseurs (Dl) un ensemble synthétiseur de fréquence, utilisant une boucle à verrouillage de phase, dont le circuit diviseur par N sera programmé par les mêmes moyens que ceux mis en oeuvre pour (Dl). Les mémoires de type EEPROM pourront être remplacées par des RAM statiques, les moyens d'adressage et entrées/sorties restant identiques à ceux de l'appareil de base. Le répéteur d'accordage, objet de la présente invention, est surtout destiné aux professionnels de l'accordage du piano. Tout piano devra être préalablement accordé de façon traditionnelle. Ce travail terminé, les fréquences des quatre-vingt-huit notes seront enregistrées dans l'appareil en accordant ce dernier, note par note, avec celles du piano. Puis, plus tard, lorsque le même piano aura besoin d'être à nouveau accordé, il suffira de faire le travail note par note, à l'unisson, à partir du répéteur d'accordage qui aura conservé fidèlement, dans sa mémoire, les fréquences exactes nécessaires à ce piano. L'opération se fera beaucoup plus rapidement, d'où un coût moindre pour le pianiste qui pourra ainsi faire accorder son piano plus souvent. Les pianistes qui ont acquis l'habitude de retoucher, de façon empirique, l'accordage de leur piano, trouveront un grande intérêt à l'emploi du répéteur d'accordage. Ils pourront l'utiliser autant que nécessaire et disposeront ainsi d'un piano toujours bien accordé. Ceci n'a jamais été le cas jusqu a présent puisque l'accord d'un piano se dégrade plus ou moins rapidement après le passage de l'accordeur, et ce, en fonction - de son habileté à "caler" l'accord, c'est-à-dire à le rendre stable, - de l'aptitude du piano a "tenir" l'accord, - des variations climatiques du lieu où se trouve le piano (température et humidité). Enfin, le répéteur d'accordage permettra l'enregistrement et la restitution de toute fréquence musicale comprise entre 27 Hz et 4300 Hz provenant d'autres instruments de musique devant être régulièrement accordés. Bien entendu, le procédé et le dispositif précédemment décrits sont utilisables à d'autres instruments de musique tels que, par exemple, clavecins et épinettes, harpes, la plupart des cordophones, les orgues à tuyaux et de nombreux instruments à vent. Revendications 1. Procédé pour le réaccordage d'un instrument de musique, caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires suivantes - l'enregistrement préalable, note par note, des fré quences de l'instrument initialement accordé, dans une mémoire d'un synthétiseur numérique, en ajustant la fréquence émise par le synthétiseur sur la fréquence émise par 1 l'instrument pour la note considérée, cet ajustement s'effectuant auditivement à l'unisson et à battement nul, et - l'accordage de l'instrument, note par note, en ajustant la fréquence émise par l'instrument sur la fréquence émise par le synthétiseur pour la note considérée, cet ajustement s'effectuant également auditivement à l'unisson et à battement nul. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le synthétiseur numérique est conçu de manière à pouvoir générer, de façon monodique, toutes les fréquences musicales de la tessiture de l'instrument de musique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où l'instrument de musique est un piano, le synthétiseur de musique est conçu de manière à générer des fréquences de 27 Hz à 4300 Hz, avec un incrément moyen de fréquence de 0,3 cent et, de préférence, une fidélité de reproduction de l'ordre de 2x10 ppm. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un synthétiseur apte à transmettre à un générateur de sons, de façon monodique, toutes les fréquences musicales de la tessiture de l'instrument de musique, des moyens de programmation associés au synthétiseur pour pouvoir ajuster, note par note, les sons produits par le générateur de sons sur les sons produits par l'instrument préalablement accordé, des moyens permettant de mémoriser, note par note, les fréquences correspondant aux sons ainsi ajustés, et des moyens assurant la commande du synthétiseur pour reproduire, note par note, les sons ainsi ajustés pour accorder, à l'unisson, les sons produits par l'instrument. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit synthétiseur comprend - un oscillateur (CO) piloté par quartz, faisant fonction d'horloge, délivrant une fréquence fixe (Fi) - une cascade (D1) composée de quatre diviseurs intégrés programmables, de quatre bits chacun, délivrant des impulsions de fréquence (Fo) déterminée par la program mation des diviseurs, selon la relation Fo = Fi/N, N étant un nombre binaire de seize bits, faisant office de facteur de division, assurant la charge synchrone des quatre diviseurs de la cascade (D1), et déterminé par la formule N = 212n4 + 28n3 + 24n2 + nl nl à n4 étant chacun un nombre binaire de quatre bits de valeur 0000 délivrant huit octaves de fréquence Fo/2, Fo/4, Fo/8, Fo/16, Fo/32, Fo/64, Fo/128 et Fo/256 - un ensemble de huit double-filtres passifs passe-bas (LPF), un par octave, transformant les signaux rectan gulaires, issus de (D2), en sinusoïdes - un commutateur à huit positions (SW1) assurant la sélection d'une octave parmi huit. 6. Dispositif selon la revendication 5, r caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de programmation de la cascade de diviseurs (D1), composé de quatre roues codeuses hexadécimales (EW1) à (EW4) reliées à (D1) par un bus (B1) de seize bits, sur le parcours duquel est disposé un ensemble de seize "buffers" intégrés à trois états (B3st), commandé par l'un des quatre circuits d'un commutateur de fonctions (SW6). 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de mémorisation (M1) est composé de deux mémoires EEPROM de capacité 8Kx8, pouvant enregistrer et restituer les mots de seize bits générés par les quatre roues codeuses (EW1) à (EW4), ce dispositif de mémorisation comprenant treize ports d'adresses (AO à A12) reliés en parallèle et commandés par un ensemble de deux encodeurs de priorité intégrés (PE1), de 8 vers 3 chacun, assurant un codage de 12 vers 4 à partir d'un commutateur à douze positions (SW2), permettant de sélectionner une des douze notes de l'octave, cet ensemble étant connecté aux ports (AO à A3) ; par un encodeur de priorité intégré 8 vers 3 (PE2) commandé par un commutateur à huit positions (SW3), permettant de sélectionner une octave parmi huit, cet encodeur étant connecté aux ports (A4 à A6) et, par deux encodeurs de priorité intégrés 8 vers 3 (PE3) et (PE4), commandés respectivement par deux commutateurs à huit positions (SW4) et (SW5), permettant de sélectionner une gamme de huit octaves, soit un piano complet parmi soixante-quatre, ces deux encodeurs étant connectés aux ports (A7 à A12), les seize entrées/sorties I/OO à I/015 des deux mémoires EEPROM étant connectées par un bus (B2) sur le bus (B1). 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur de fonctions (SW2) à trois positions et quatre circuits, permettant soit - de programmer la cascade de diviseur (D1) à partir des quatre roues codeuses (EW1) à (EW4), en rendant pas sants les seize "buffers" (B3st) et en inhibant la mémoire (M1) - d'enregistrer en mémoire (M1) le mot de seize bits venant d'être codé, les seize "buffers" (B3st) restant passants - de lire un mot de seize bits pour programmer la cascade de diviseurs (D1) à partir du dispositif de mémorisa tion (M1), les seize "buffers" (B3st) étant inhibés. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les quatre roues codeuses hexadécimales (EW1) à (EW4) sont remplacées par quatre encodeurs de priorité intégrés 8 vers 3 (PE5) à (PE8), commandés respectivement par quatre commutateurs à huit positions (SW11) à (SW14) codant douze bits, les quatre bits MSB restants étant fixés à 1110 au niveau de (D1). 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble mémoire (M1) est remplacé par un ensemble mémoire (M2) composé de deux EEPROM de capacité 32Kx8, les deux adresses supplémentaires (A13 et A14) étant codées par un commutateur (SW7) à quatre positions et deux circuits. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble encodeur (PE1) et son commutateur (SW2) sont remplacés par un commutateur à douze touches interdépendantes (SW8), à quatre inverseurs par position. 12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que l'ensemble encodeur (PE2) et les commutateurs (SW1) et (SW3) sont remplacés par un commutateur à huit touches interdépendantes comportant trois circuits inverseurs (SW9a) pour coder les adresses de l'ensemble mémoire (M1) ou (M2), et un circuit (SW9b) assurant la sélection des octaves à la sortie des filtres (LPF). 13. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que la cascade de diviseurs (D1) est remplacée par un dispositif de synthèse de fréquence utilisant une boucle de phase asservie dont un circuit diviseur par N est programmé par les mêmes moyens que pour ladite cascade (D1). 14. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 13, caractérisé en ce que les mémoires EEPROM sont remplacées par des RAM statiques. 15. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que le générateur de sons comprend un amplificateur à gain réglable dont la sortie est reliée à un casque d'écoute et/ou à un haut-parleur.