Brevet FR2746535A1 — publié le 19970926

2. Description: En 1993, Olivier TENON âe' de 8 ans. alors organiste de la Chapelle de Saint François-Regis. commençait a donner des concerts d'Orgue et s'est aperçu des ditÉiculte's de donner de telles auditions avec deux orgues à chaque extrémité de l'Eglise. Le premier concert donné dans ces conditions a eu lieu à Notre Dame des Tables le 21 juin 1993 où des pièces de VIVALDI-BACH étaient au programme. Olivier TERNON avait déjà commencé à écrire des compositions pour plusieurs orgues au début de l'année 1993. 11 lui a donc semblé plus judicieux de voir les orgues proches l'une de l'autre, voire de disposer de plusieurs consoles sur un même orgue. Des orgues disposant de plusieurs consoles permettant d'assurer des commandes différenciées en même temps n'existent pas. L'idée est partie de son constat simple: - les grandes Orgues à commande mécanique apparaissent totalement dépassées sur un plan technologique, - leur capacité d'expression musicale est relativement réduite, eu égard aux moyens mis en oeuvre et disponibles. - faiblesse dans la recherche des contrastes et des plans sonores, - la position de l'organiste est isolée par rapport aux autres acteurs, - et par ailleurs, il existait des orgues à commande électrique qui permettaient la réalisation d'un tel projet qui ne sera en fait qu'une interface entre la ou les consoles et le buffet mais très importante car elle permettra de commander "très librement" tous les organes de l'Orgue. Pour Olivier TERNON, en sa qualité de compositeur, il est particulièrement navrant de disposer de 30 à 70 timbres sonores différents en moyenne et de ne pouvoir jouer que trois à cinq voix(mélodiques) différentes au maximum qui sont rassemblées sur trois portées qui sont dans les partitions pour l'orgue. (deux claviers et un pédalier). On superpose en fait une certaine quantité de timbres différents sur les mêmes notes mais la richesse harmonique n'est pas améliorée. A vrai dire, l'orgue à commande traditionnelle n'a donc pas grand chose de symphonique. L'idée d'Olivier TERNON est donc de pouvoir multiplier les systèmes de commandes(consoles) pour pouvoir individualiser les mélodies propres correspondant aux différents instruments simulés par les tuyaux de l'Oraue( flûtes gambes. Hautbois etc... ...) et par conséquent de disposer d'une véritable orchestration comme l'ensemble des instruments d'un orchestre mais limitée dans un premier temps à 16 voix. Ainsi des partitions d'orgue d'Olivier TERNON, contenant une vingtaine de voix ne pourront être jouées que par la multiplication de consoles ou tout simplement en restituant une composition par l'ordinateur. Une telle approche permet donc de dépasser les limites de ltéxécution humaine. Cet aspect que W.A. MOZART avait peut-être pressenti. a été traduit sur des Orgues mécaniques. Niais rien ne prouve qu'il voulait s'affranchir des limites d'éxécution humaine; il semblait beaucoup plus intéressé par le caractère orchestral. C'est le cas de deux fantaisies KV 608 et KV594 qui sont jouables par un seul organiste mais pensées au départ pour l'orgue mécanique; néanmoins, la complexité de l'écriture limite les possibilités de définition de différents plans sonores. 1.L'art antérieur ou actuel: Un grand orgue est constitué d'une console et d'un buffet. Dans la majorité des cas le ou (les) console(s)(claviers) sont solidaires du buffet en raison des éléments de transfert de commandes qui sont généralement mécaniques. pneumatiques ou encore électriques. Le buffet est constitué de sommiers qui supportent les tuyaux ainsi que les soupapes actionnées par les éléments de commande de l'orgue qui sont, suivant l'option, des vergettes, de petits tuyaux conduisant l'air(dépression ou compression) ou des électroaimants. Une telle approche n'a jamais permis de dissocier la console du buffet avec des distances importantes(une dizaine de mètres au plus) ou de commander le buffet à partir de plusieurs consoles et de jouer en même temps de dittérenteç, consoles, différentes mélodies en harmonie pour séparer les plans sonores et par conséquent de donner une véritable dimension symphonique à l'Oreue. Par ailleurs. chaque clavier est lié à un ensemble de registres de l'orgue correspondant aux sommiers. C'est la raison pour laquelle on trouve parfois cinq ou six claviers pour prendre en compte les nombreux timbres De ce fait. il n'est pas possible d'utiliser un jeu a partir de n'importe quel clavier sinon par des systèmes d'accouplement relativement lourds. 2.Problème posé: Il s'agit d'une part de rendre l'orgue actuel véritablement symphonique par la multiplication des consoles de commande permettant ainsi de jouer des mélodies différentes en même temps, de pouvoir utiliser n'importe quel timbre de l'orgue à partir de l'un ou l'autre des claviers virtuels générés par une commande numérique et bien sûr de pouvoir accoupler des claviers pour associer des harmonies. Ceci devenant possible non seulement sur trois voix comme avec les commandes numériques mais sur 16 voix et plus. Le problème qui se pose donc pour pouvoir exploiter "l'idée musicale d'Olivier TERNON" est de pouvoir disposer d'une interface comme une commande numérique pour pouvoir transférer les ordres des consoles à partir de transmission de données sérielle à grande vitesse aux electroaimants des clapets des tuyaux de l'orgue dans n'importe queue configuration. Avec Eric TERNON, son Père, il a proposé au Laboratoire de projets robotiques de l'ISIM (Institut des Sciences de l'ingénieur de .CIontpellier) à l'Université des Sciences et des Techniques de Montpellier. une étude de faisabilité pour la conception de cette commande pouvant conduire à un Grand Orgue véritablement SYmphonique à partir d'une commande numérique. Pour répondre à ce constat. il a paru utile de pouvoir multiplier les consoles et de disposer d'une ou plusieurs consoles mobiles pour se rapprocher des autres acteurs du service liturgique ou musical (orchestre). 3.Descriptif de l'invention: Pour mettre en oeuvre ce projet et promouvoir cette idée (étude de taisabilité). sur la base des travaux de Monsieur TERNON(analyse de l'existant). une préétude et une étude de faisabilité viennent d'être rJalises par les tuyaux successifs de six élèves ingénieurs pendant des durs de trois à quatre mois sur trois ans sous !a direction de Monsieur le Professeur PRIEUR responsable du laboratoire des projets robotiques et de Messieurs GIL et BENOIT Chercheurs au LIRM et bien sûr de Monsieur TERNON de NOVOTER & Associés, propriétaire du projet. Une convention de confidentialité et de propriété a été signée entre le Professeur PRIEUR et Monsieur TERNON. responsable et propriétaire du projet. Dans une préétude. une analyse de l'existant technologique sur le marché a été réalisée avec l'aide d'un Grand Facteur d'Orgues, l'entreprise DANION-GONZALEZ(MLGO à Lodève), en la personne de Monsieur DANION intéressé par l'exploitation de l'idée ainsi qu'une société Computer Senices. spécialisée dans les réseaux, d'un groupement d'entreprises que Monsieur TERNON anime. Une solution en réseau de processeurs classiques avait été proposée par cette société. Le Facteur a présenté entre autre la commande électronique ou numérique sur un orgue qu'il a entièrement construit celui de la maison de la Radio à la salle Olivier MESSIAEN doté de calculateurs TRANSPUTER de la Société Anglaise SOLID STATE LOGIC (organ systems.) Ce dernier système fonctionne en réseaux en utilisant la propriété de ce type d'architecture parallèle qui permet le transfert des données de manière sérielle à 20 MEGABITS, s. Le système de cette société marche bien mais n'offre pas toutes les possibilités nécessaires pour la réalisation des exigences imposées par l'idée musicale originale d' Olivier TERNON sur des grandes orgues. Au vu de ces différentes analyses et pour arriver à la réalisation de l'idée d'Olivier TERNON, Monsieur Eric TERNON a choisi le réseau de calculateurs de type TRANSPUTER avec les cartes support réalisées par le LIRNI de Montpellier. C'est dans une note technique du 10 juillet li)94 que Monsieur TERNON suite a la prétude propore à l'lSINIr a fait une proposition d'étude de faisabilité d'un svstème à double réseau à Monsieur PRIEUR. responsable du Laboratoire de projets robotiques de 1' ISIM. Par ailleurs Monsieur TERNON a pris en compte tous les besoins de l'organiste qui lui ont été décrits par son fils. Les élèves ingénieurs ont par conséquent surtout programmé les calculateurs en essayant d'optimiser cette commande avec les fonctions et l'analyse de l'existant définies par Monsieur TERNON. Ce choix pour l'étude de faisabilité tient en fait à un concours de circonstance. Le Laboratoire d'informatique et de Robotique et de Microélectronique de Montpellier a développé différentes cartes utilisant des calculateurs de type TRANSPUTER lesquels sont très bien connus à l'lSIM qui représente un champ d'investigations et d'essais au niveau du laboratoire de projets robotiques. Il est vrai que tous les calculateurs à architecture parallèle et à liaison sérielle présentant suffisamment d'entrées physiques sont utilisables. D'autres possibilités sont envisageables. Il faut préciser que la société SOLID STATE LOGIC utilise ce type de calculateurs pour ses applications dans les orgues. II est donc possible de trouver une telle application à la salle Olivier MESSIAEN de la Maison de la Radio à Paris. Toutefois, ces réalisations ne permettent pas de mettre en oeuvre l'idée d'Olivier TERNON alors que la structure à double réseau présentée çi-après le permet entièrement en offrant des possibilités sous-estimées au départ. 4. Procédure d'utilisation: La configuration générale que Monsieur TERNON a donc retenu est un svstème à double réseau informatique: - un réseau informatique d'ordinateurs qui permet à chaque interprète à partir d'un ordinateur de configurer sa console comme l'ensemble de l'orgue. Saisir les données musicales. les restituer. transposer les notes de manière générale ou par clapier etc.... N oir les tableaux en annexe. Il peut aussi programmer sa registration par des contacts à double entrée de la console et le contrôler sur l'écran de l'ordinateur et 1' enregistrer, par exemple. On peut donc modifier la registration soit manuellement soit à partir de l'ordinateur grâce à ces contacts à double entrée. La technologie évoluant très vite dans ce domaine. un réseau de type NOVELL. NN'orkgroups ou celui qui est intégré dans AlNDOWS 95, produit de Niierosofi etc... pourront faire l'affaire. -un réseau de commande à partir de calculateurs. Les performances des systèmes construits autour des microprocesseurs conventionnels (ordinateurs de type PC) ne permettaient pas d'obtenir les résultats escomptés. Les systèmes de traitement de l'information à base de calculateurs à architecture parallèle et à liaisons sérielles à haut débit autorisent la réalisation de ce projet. Les calculateurs retenus pour l'étude de faisabilité sont des Transputers; mais tout autre calculateur de même architecture aurait pu être utilisé. Les cartes réalisées avec ces Transputers par le LIRM de Montpellier ont été retenues pour cette étude de faisabilité en raison de la commodité. Le principe retenu est un multiplexage traditionnel(c'est-à-dire un balayage de tous les états de la ou (des) console(s) de l'orgue(environ 300 foisls) et on ne retient que les états qui changent sur des données de 8 ou l6bits(un ou deux octets). Mais cet aspect ne constitue pas l'originalité de l'invention. Cela ayant déjà été fait par la Société anglaise Solin State Logic avec des Transputer montés sur des cartes différentes. Les deux réseaux sont liés entre eux par upe interface unique Calculateurs/PC sur la console-maitre. C'est la seule différence qui existe avec les consoles-esclaves. Pour ce multiplexage, on doit donc retenir des calculateurs assez puissants disposant d'au moins 64 entrées physiques. On associe un calculateur par clavier de 61 notes et un ou deux de ces calculateurs pour les registres ainsi qu'un calculateur pour le pédalier et différentes commandes. Cette technologie utilisant le principe des réseaux permet donc de relier entre eux tous ces calculateursUcomposant du type VLSI programmable) et de restituer sur des calculateurs de sortie commandant les clapets d'ouverture des tuyaux de l'orgue, les ordres des consoles de commande sur des temps très courts. De plus, avec cette logique. ce ensemble permet de simuler 16 claviers virtuels alors que la conception de base d'une console est de trois claviers réels et un pédalier et ce schéma s'applique à toutes les consoles connectées.(limite tS.Xe dans notre cas mais il est possible zIaller plus loin) Ces calculateurs programmés et liés entre eux par des liaisons sérielles, sont connectés à un SEUL ordinateur du réseau informatique par un calculateur de traitement et une interface qui permettent de préprogrammer les intentions de l'organiste, d'enregistrer son jeu, de le transposer, de le restituer ou de jouer directement une composition à partir de l'ordinateur avec le nombre de voix et les registres désirés.... . etc Les consoles seront liées entre elles par des liaisons sérielles en utilisant les propriétés de ces calculateurs sans diminuer le débit des données. Un ordinateur du réseau informatique sera affecté à chaque console si bien que chacun des interprètes pourra préprogrammer ses intentions pour sa console voire modifier toute la configuration musicale de l'orgue. Ce réseau de calculateurs permet aussi de disposer d'une distance relativement importante(30m sans répétiteur) entre les consoles et le buffet et donc d'intégrer les consoles au milieu d'un orchestre. Les données transmises dans ce réseau de commande peuvent être approximativement de la forme du Standard musical MIDI pour faciliter la reprise des données musicales sur des logiciels utilisant cette norme à travers une interface MIDI. Niais ce point n'est pas fondamental car il y a toujours possibilité de transformer les fichiers spécifiques de la commande numérique en fichiers MIDI. Toutefois, cette interface Nil Dl présente un inconvénient majeur; sa vitesse de transmission des données de 31Kbits,'s est limite pour le transfert des données de 16 voix en même temps. Pour pallier cette carence. il est possible de doubler néanmoins cette interface MIDI. il est aussi possible que nous soyons amenés à developper des DRIVERS propres à l'interface utilisée entre le calculateur de traitement et l'ordinateur qui communique à 2O Vlérabits,s. Les commandes de registration sont à double entrée; il est possible de commander ces contacts de commande soit par l'ordinateur soit manuellement. Une barre de commande ergonomique est affecte tout de suite au dessus de chaque clavier sur toutes les consoles: elle permet de réaliser. tout en jouant. une modification de la registration un changement virtuel de clavier. une transposition. un accouplement de clavier etc (voir schémas en annexe) Toutes les commandes pourront être effectuées tout en jouant du bout des doigts. Sont conservées, les pédales d'expression et de crescendo qui pourront aussi être préprogrammées de la même manière. Cette démarche constitue donc une approche innovante laquelle n'a jamais été réalisée jusqu'alors. 5.0riginalité: L'originalité de l'idée musicale d'Olivier TERNON et l'invention tiennent essentiellement au fait qu'il a été possible de transposer cette idée dans les faits par l'utilisation de l'informatique et de l'électronique. L'idée musicale et l'association d'une commande numérique représentent l'invention et ne font qu'un tout: - "Rendre symphoniques des Grandes Orgues qui ne l'étaient pas", par l'association d'une commande numérique à double réseau entre les consoles et le buffet de l'orgue. en permettant de jouer sur plusieurs consoles en même temps. Cette invention conduit à l'augmentation des voix et des portées musicales pour le compositeur(trois actuellement), en augmentant les consoles en jouant sous la direction d'un chef et en leur permettant un déplacement aisé et facile à partir de liaisons informatiques sérielles afin de les replacer dans le contexte d'un orchestre. - permettre des permutations de claviers aisées avec des timbres différents. jouer des pièces et compositions qui ne sont pas possibles par l'éxécution humaine9 à partir de l'ordinateur. -cette approche fournit aussi une infinité de possibilités de combinaisons très facilement utilisables par l'organiste. Les tableaux en annexe permettent de comprendre facilement toutes les facilités offertes. Les systèmes informatiques actuels n'ont fait que se substituer aux systèmes mécaniques existants en permettant quelques innovations qui restent mineures et qui n'ont pas un but musical direct. L'innovation proposée s'inspire donc surtout de l'idée musicale d'Olivier TERNON pour constituer véritablement une nouveauté en utilisant cette structure informatique à double réseau ' réseau classique de processeurs pour la progratnmation des commandes et réseau de calculateurs pour la transmlision des commandes permettant l'utilisation de plusieurs consoles en même temps 6. Les applications: Les applications ne sont pas limitées aux grandes orgues mais un grand nombre d'applications musicales sont possibles par une transposition à tous les instruments à clavier par l'utilisation de la commande numérique. 7.Principe général de fonctionnement: Au démarrage de l'orgue, I'ordinateur de la console-maître charge les programmes dans les calculateurs à architecture parallèle à travers l'interface calculateur /PC(voir schéma). A partir de ce moment là, l'orgue est utilisable. Dans un mode simple, le ou (les) organiste(s) peuvent programmer manuellement les registrations qui sont mémorisées par les calculateurs de traitement et par l'ordinateur sur chaque console. Dans ce mode. L'orgue fonctionne comme un orgue traditionnel; toutefois, les organistes bénéficient des avantages de la commande numérique. Dans un mode plus technique, les registrations peuvent être préprogrammées à l'avance à partir de l'ordinateur par la génération de fichiers. Dans une registration manuelle. deux compteurs permettent de préciser le numéro de la pièce et le numéro du mouvement qui sont affichés. Lorsque le voyant "aller à" est allumé, l'interprète peut aller directement par les contacts d'incrémentation au numéro désiré sans mouvementer les tirants des sommiers; il suffit d'éteindre ce voyant pour obtenir la registration numérotée et la modifier éventuellement. Elle pourra être ensuite mémorisée en appuyant sur "E". L'organiste pourra aussi transposer les notes jouées sur certains claviers en utilisant les touches d'incrémentation par pas de demi ton qui sont affichés sur un voyant de la barre de commande de chaque clavier. A tout moment, I'organiste pourra décider d'enregistrer la pièce jouée ou l'improvisation en appuyant sur la touche "ENR". L'enregistrement s'arrêtera en appuyant à nouveau sur la même touche. Le voyant lumineux s'éteint alors. II pourra restituer son jeu en appuyant sur la touche "JOUER" et l'arrêter en appuyant sur la même touche qui éteint ce voyant A l'aide de l'ordinateur, il pourra générer un fichier spécifique propre au logiciel utilise. L'interface MIDI offrant des sorties MIDI, il sera encore possible d'écouter l'enregistrement directement sur un amplificateur d'un générateur de sons sans avoir à utiliser l'orgue. Ce sont les principales fonctions classiques de cette commande numérique; d'autres sont prévues comme par exemple de rejouer les mêmes notes avec un retard détenniné sur une registration différente correspondant à un autre clavier. Les possibilités d'utilisation étant illimitées, nous présenterons seulement ces quelques exemples. En annexe: -deux schémas décrivant les principales commandes: i er schéma représente la commande numérique. 2ème schéma représente la console-maître avec les principales fonctions. -Notes techniques sur les calculateurs à architecture parallèle du type TRANSPUTER et leurs propriétés utilisés pour l'étude de faisabilité. REVENDICATIONS Préambule: L'objet de l'invention est de pouvoir rendre symphonique des orgues qui ne le sont pas véritablement aujourd'hui par la multiplication effective des organes de commande: c'est-à-dire les consoles sur lesquelles les interprètes pourront jouer en même temps. Pour y parvenir, on utilise un système à double réseau informatique. Un premier réseau de processeurs classiques permettra à partir de chaque console de configurer l'orgue; un deuxième réseau de calculateurs à architecture parallèle et à liaisons sérielles à haut débit permettra de transmettre les commandes des consoles aux différents organes du buffet de l'orgue. L'invention est donc l'association d'une idée musicale et d'une technologie de commande numérique existante adaptée à la circonstance de l'espèce. 1. La première revendication est donc de rendre symphonique des orgues qui ne l'étaient pas véritablement; c'est l'idée musicale d'Olivier TERNON. (II compare l'Orgue actuel à un orchestre symphonique qui ne jouerait qu'une partition à trois portées. I'une pour les cuivres. I'autre pour les instruments à vent et la dernière pour les cordes!!) L'observation d'Olivier TERNON: tous les orgues ne permettent de jouer qu'avec une seule console. Il n'est pas possible de jouer sur des orgues avec plusieurs consoles en même temps. 2. La deuxième revendication: Toutes les partitions d'orgue n'ont que trois portées. Avec cette idée et cette invention, le compositeur peut écrire avec autant de portées qu'il le souhaite et la restitution pourra se faire avec autant d' instruments simulés par les jeux de l'Orgue qu'il le souhaitera et il sera possible avec la technologie associée d'utiliser autant de consoles que nécessaires pour l'interprétation de l'oeuvre Pour une restitution directe d'une composition sur l'orgue à partir de l'ordinateur la limitation du nombre de portées viendra des logiciels d'écriture musicale du commerce utilisé uniquement. 3. La troisième revendication est le choix d'une structure en double réseau, I'un pour la configuration de l'orgue L'autre pour la commande des organes de l'orgue. Le premier réseau permettra la configuration de l'orgue pour chaque console et à partir de chaque console. Le second réseau est un réseau de calculateurs à architecture parallèle et à liaisons sérielles à haut débit qui assure la transmission des commandes des consoles vers les organes du buffet(verins pneumatiques, clapets et soupapes des tuyaux etc ) Les deux réseaux étant reliés uniquement par une interface entre un ordinateur du type PC et un des calculateurs de traitement au niveau de la console-maître.(voir schéma en annexe) 4. La quatrième revendication est toutes les possibilités offertes sur le plan musical par une telle structure.(Transposition générale des notes ou par clavier, restitution des pièces jouées, la possibilité de jouer en même temps qu'une restitution (partition ou premier enregistrement de l'ordinateur . .. .. etc.....) Il sera aussi possible de faire rejouer dans un délai de temps déterminé par l'interprète les notes avec une autre registration correspondant à un autre clavier.. . etc .... . Les possibilités sont nombreuses et au gré des interprètes. Il sera aussi possible d'utiliser n'importe quels jeux à partir de n'importe quels claviers et à partir de toutes les consoles. La commande numérique autorise toutes les combinaisons possibles et imaginables. 5. La cinquième revendication est sur le plan musical. Cette structure permettra de jouer des oeuvres directement par l'ordinateur qui ne sont pas réalisables par une interprétation humaine.