Brevet FR2775823A1 — publié le 19990903

i La présente invention concerne un dispositif d'embout électro- acoustique actif destiné à être placé sur un instrument de musique adapté original ou un instrument à vent existant permettant d'en jouer. Le dispositif selon l'invention sera donc naturellement nommé: " anche électro-acoustique " L'oscillateur électro-acoustique à effet "Larsen" (oscillations entretenues obtenues lorsqu'un microphone est approché d'un haut-parleur connecté au même amplificateur) est connu et a fait l'objet de nombreuses études, le plus souvent pour éviter cet effet indésirable dans une sonorisation. Dans le domaine de l'acoustique non-linéaire, inspirés par les travaux du physicien Mitchell J.FEIGENBAUM sur les systèmes et transformations non-linéaires publiés en 1978 (JOURNAL OF STATISTICAL PHYSICS 19(1).1978, 25-52) puis en 1983 (PHYSICA 7D.1983, 16-39), trois physiciens japonais, M. KITANO, T. YABUZAKI et T. OGAWA vont réaliser un oscillateur électro -acoustique à effet "Larsen" élémentaire pour étudier expérimentalement des doublements de périodes oscillatoires et l'aboutissement au chaos.(PHYS. REV. Let 50(10), 1983, 713-717). En 1983 de nombreuses publications scientifiques sur l'étude du chaos et des doublements de périodes vont se succéder. Le 14 juin 1985, Mr Christian MAGANZA soutient une thèse de doctorat en acoustique appliquée traitant des exitations non -linéaires d'un conduit acoustique cylindrique et des observations de doublements de période précédant un comportement chaotique avec une application proposée sur la clarinette. (Académie de Nantes, université du Maine, faculté des sciences). Lors des expérimentations réalisées, l'auteur de cette thèse utilise l'effet "Larsen" dans un oscillateur pour appliquer les téhories de FIEGENBAUM sur un scénario aboutissant au chaos. Il l'utilise sur un tuyau cylindrique puis sur une clarinette pour expérimenter et analyser des doublements de période sur l'instrument. Dans le domaine le l'acoustique musicale, propre à la présente invention, l'oscillateur électro-acoustique à effet "Larsen" n'a pour l'instant jamais été utilisé et adapté dans la réalisation d'une anche électroacoustique à part entière destinée soit à la construction d'un instrument de musique original, soit à être montée sur un instrument existant (Saxophone, flûte, cornemuse, hautbois...), permettant d'en jouer. La réalisation du prototype décrit ci-après montre expérimentalement que la construction d'une anche électro -acoustique associée à un corps d'instrument de musique original est possible en disposant de certaines connaissances en facture d'instruments à vent ainsi qu'en électronique élémentaire. Nota: Le prototype a été réalisé pour jouer des oeuvres particulières (musique traditionnelle irlandaise), sa tonalié est donc fixée en Ré. Par ailleurs, la similitude du corps de l'instrument avec un corps de flûte ou de clarinette est telle qu'elle suffit pour montrer que la conception d'une anche électro-acoustique du même type adaptée à un instrument à vent existant et permettant d'en jouer est parfaitement possible dans le cadre de l'invention présente. Ceci en obtenant simplement la même réponse fréquencielle, sans chercher particulièrement à imiter le son original, l'habillage du son produit pouvant être réalisé hors de la boucle d'oscillation par un synthétiseur numérique. L'anche électro-acoustique est constituée par une boucle oscillatrice composée d'un conduit acoustique à l'ouvert duquel va se placer le corps de l'instrument de musique, d'un microphone ou capteur de pression positionné dans une alvéole en communication avec le conduit. Le signal issu du capteur microphonique est alors traité par un amplificateur adapté et ce dernier est connecté à un haut-parleur, un transducteur ou toute autre source sonore électro-acoustique dont la partie mécaniquement active débouche dans le conduit acoustique précédemment cité. Nota: La source sonore électro-acoustique peut prendre, selon des modes particuliers de réalisation, des formes multiples autres que celles d'un haut-parleur; par exemple, en s'inspirant de la mécanique de l'anche de clarinette l'on peut réaliser une anche électro-acoustique telle que présentée en figure 9 en utilisant une source sonore originale (20) La fréquence d'oscillation est alors modulable à l'aide du corps de l'instrument de musique en bouchant et débouchant les trous de perce de jeu et d'octaviation. Le corps de l'instrument de musique peut être adapté à une anche électro-acoustique donnée (comme c'est le cas dans la réalisation présentée ci-après pour des raisons de plus grande simplicité); ce corps peut-être de perce cylindrique, cylindrique étagée ou cônique. Dans un deuxième temps, l'anche électro-acoustique peut être adaptée à un instrument à vent donné. Selon des modes particuliers de réalisation - La boucle d'oscillation peut inclure un dispositif de traitement du signal numérique suffisamment rapide. - Le conduit acoustique peut également présenter des filtres acoustiques mécaniques tels que des cavités résonnantes passives, un laminoir de flux ou une anche mécanique actionnée par le flux issu de la source sonore électro-acoustique. - L'instrument pour sa part peut jouer sur un octave, les autres étant obtenus par un multiplicateur de fréquence actionné par le musicien, ou sur plusieurs octaves. - L'ensemble peut être miniaturisé ou agrandi selon la tonalité désirée et l'encombrement maximum recherché. - Bien entendu, l'anche comme l'instrument pourront être réalisés en bois, en métal ou en matière plastique. Les dessins annexés illustrent l'invention: La planche 1/5 présente le shéma de principe de l'anche électro -acoustique et 2 variantes significatives. La figure 1 montre le shéma de base, la figure 2 une variante présentant des filtres dans la boucle principale d'oscillation et la figure 3 représente une variante avec un amplificateur différentiel pourvu d'une boucle de contre-réaction filtrée. Légende: (1) Capteur de pression, ou microphone (2) Amplificateur (3) Source sonore électro-acoustique (4) Conduit acoustique (5) (6) (7) Filtres (8) Ampli différentiel La planche 2/5 figure 4 montre un exemple de réalisation de l'anche électro-acoustique montée sur un corps d'instrument à perce cylindrique adapté. Légende: (9) Haut-parleur 8 Ohm / 1W / Diam. 50mm (10) Microphone à electret (11) Corps de l'instrument (vue partielle) (12) Laminoir de flux (13) Cavité résonnante passive (14) Manchon support (15) Raccord (16) Conduit principal de l'anche La planche 3/5 expose une réalisation d'un corps d'instrument adapté à l'anche de la planche 2/4. La figure 5 présente le corps d'instrument, la figure 6 montre le montage de l'anche sur l'instrument. Légende: (17) Perce d'octaviation (18) Perce de réglage de tonalité (19) Pavillon La planche 4/5 montre une réalisation pratique de la partie électronique selon le principe de la figure 7 et détaillée par la figure 8. La planche 5/5 montre un exemple de source sonore utilisée sur l'anche électro-acoustique autre qu'un haut-parleur classique. Légende: (20) Source sonore type clarinette. Le mode de réalisation décrit ici est celui du prototype de base de l'anche électro-acoustique le plus simple ayant fonctionné et montré une bonne stabilité (variante utilisant un ampli différentiel avec filtre sur la boucle de contre-réaction et décrite par la figure 3). Le choix du prototype a été fait en privilégiant la facilité de reproduction sur l'esthétique, ce qui aboutit à un modèle un peu rustique. Pour les mêmes impératifs de simplicité le corps de l'instrument montré ici à titre d'exemple ( figure 5) a été adapté à l'anche. Une grande partie du travail a été consacrée à l'élargissement du domaine fréquentiel d'un oscillateur à effet "Larsen". La réalisation mécanique du prototype d'anche électro-acoustique est détaillée sur la figure 4, celle-ci comme le corps de l'instrument (11) ont été réalisés en PVC pour le manchon support (14) et en PVC-C pour le reste de façon à disposer de raccords et de tubes normalisés à bon marché et faciles à se procurer. Le haut-parleur (9) retenu est un HP 8 Ohm / 1W en diamètre 50mm courant (L'anche fonctionne également très bien avec un HP 8 Ohm de 0,25W en diamètre 50mm, en faisant attention au gain...). Ce haut- parleur est placé au sommet de l'anche (Planche 2/5). Des résultats expérimentaux montrent que pour obtenir la bande de fréquence couverte la plus large possible il est indispensable que la partie active de la source sonore soit intégralement en regard du conduit acoustique. Pour utiliser du matériel courant (Diamètre minimum d'un haut-parleur courant de puissance acceptable = 50mm) sur un instrument de dimentions raisonnables (Diamètre du corps d'instrument necessaire de procéder à certaines adaptations. Le conduit (16) doit donc se rapprocher le plus près possible de la membrane du haut-parleur (9) sans la toucher. Pour amortir toute onde sonore issue de la périphérie du haut-parleur, une cavité annulaire (13) est ménagée dans le manchon (14) et joue le rôle de charge acoustique passive adaptée. Dans le sifflet d'une flûte à bec, juste avant son passage devant la lame, le flux d'air soufflé doit être laminé de façon à en augmenter localement la vitesse d'écoulement; ceci permet principalement d'élargir la plage de fréquence dans laquelle va jouer l'instrument. Pour ce faire, l'on introduit dans le corps du bec de flûte une éclisse cylindrique sur laquelle un lamage est réalisé. Ce dispositif est parfaitement transposable à l'anche électro acoustique, et les résultats expérimentaux montrent un élargissement très significatif de la bande passante de l'anche ( jusqu'au doublement de celle-ci). La pièce (12) fait donc office de laminoir de flux dans le conduit (16). Le capteur microphonique (10) est placé dans le manchon support (14) sur un axe normal à celui du conduit (16). La communication conduit/micro. est réalisée par un orifice percé dans (16) le plus petit possible pour limiter les interférences connexes. La position de l'axe du capteur microphonique (10) a été déterminée par une suite d'expérimentations en privilégiant toujours la largeur de bande passante du système, mais cette fois, autour d'une fréquence moyenne de 410 Hz. Le reste de la réalisation mécanique ne pose pas de problème particulier. La réalisation de la partie électronique est détaillée sur la planche 4/5, la solution retenue pour le prototype d'anche électro-acoustique obéit au shéma de principe de la figure 7 ( équivalent de la variante présentée en figure 3). Les détails de réalisation sont présentés en figure 8: Sur un shéma classique d'application de l'amplificateur différentiel intégré TDA 2003 un filtre passe-haut est placé sur la boucle de contre-réaction dans le but d'obtenir une certaine "relaxation" du comportement de l'amplificateur dans le domaine fréquentiel de l'instrument, toujours dans le but d'étendre cette plage de fréquence. Sa fréquence de coupure est f0 = 408Hz fréquence moyenne de l'instrument. Le gain en tension de l'ampli pour de très basses fréquences est de 100, ce gain va descendre jusqu'à pratiquement l'unité en montant la fréquence au delà de f0. La facture du corps de l'instrument adapté à l'anche électro-acoustique fait l'objet de la planche 3/5. Celui-ci est réalisé en PVC-C, matériau plus stable que le PVC, résistant à une grande plage de température, peu sujet à dilatation et facile à usiner. La perce du corps de l'instrument a été déterminée pour une tonalité en Ré, le procédé ne diffère en rien de la recherche d'une perce pour un instrument à perce centrale cylindrique ordinaire (Flûte irlandaise de type "TIN WHISTLE" par exemple). La perce d'octaviation (17) peut ne pas exister, auquel cas (voir figure 8) un doubleur de fréquence peut être connecté sur la sortie S et la touche de commande peut être positionnée en lieu et place de (17) (Utilisation d'une touche sensitive associée à un circuit "Analog. swich" de type TL607 Texas Istrument recommandée). Comme sur le chalumeau ( chanter ou levriad) d'une cornemuse la tonalité peut être finement ajustée par une perce de réglage (18). Le pavillon (19) est inspiré de ceux montés sur certaines flotes d'Amérique du sud (Quena) et a pour rôle de rallonger fictivement l'instrument, de régler la tonalité sur un autre point et de stabiliser le comportement du conduit acoustique en évitant principalement les octaviations indésirables (Augmentation de la pression acoustique de soeuil). L'anche électro-acoustique présente un bon potentiel d'applications industrielles dans le domaine de la facture des instruments de musique: Soit en l'adaptant à des instruments existants, ce qui permettrait notamment d'habiller le son produit de façon originale, soit en produisant des instruments inédits adaptés à l'anche électro-acoustique. Le succès commercial d'un tel produit peut provenir de plusieurs facteurs: - Mise sur le marché d'instruments de concert originaux ( équivalents de la guitare electrique pour les instruments à vent) aux possibilités multiples et directement adaptables aux équipements de scène ou de studio d'enregistrement sans souci de prise de son. - Utilisée sur des instruments existants, l'anche électro -acoustique permet de donner un son nouveau et d'offrir des possibilités de traitement du signal inédites. - Lors de l'utilisation d'un tel dispositif, l'agrément du musicien est réel et la sensation tactile du jeu sur un instrument à vent est intacte (ce n'est pas un clavier cylindrique mais réellement un instrument à vent qui joue). Ce genre d'anche permet ainsi de conserver la finesse de jeu ( ornementations, glissement, effet "wawa" en jazz, claquement d'une note, obtention des altérations par 1/2 obturations et combinaisons de tablature...). L'anche électro -acoustique permet donc de disposer de toutes les possibilités du synthétiseur pour un instrument à vent sans les inconvénients d'une interface clavier. - Enfin, un tel procédé va permettre aux personnes malades, handicapées voire tout simplement âgées de goûter aux plaisirs des instruments à vent sans avoir à souffler dans une anche. Revendications 1) L'anche électro-acoustique destinée à être placé sur un instrument de musique et permettant d'en jouer caractérisée en ce qu'elle comporte une boucle oscillatrice à effet "Larsen" composée d'un conduit acoustique (4) à l'ouvert duquel va se placer le corps d'un instrument de musique, d'un capteur microphonique ou de pression (1) positionné dans une alvéole en communication avec le conduit acoustique (4) et connecté à un amplificateur adapté (2) ce dernier commandant une source sonore électro-acoustique (3) dont la partie mécaniquement active débouche dans le conduit (4) précédemment cité. 2) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que la boucle oscillatrice comporte des filtres (5), (6) placés en amont ou en aval de l'amplificateur. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle de contre-réaction de l'amplificateur comporte un filtre (7). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'anche électro-acoustique comporte une cavité résonnante (13). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le conduit acoustique (16) soit pourvu d'un laminoir de flux (12).