Brevet FR2789214A1 — publié le 20000804

La présente invention concerne un dispositif qui joue des pièces musicales pré-enregistrées ou bien composées de manière automatique ou assistée. Divers appareils qui fournissent certaines des fonc- tions du dispositif selon l'invention existent sur le marché, mais aucun n'offre la totalité de ces fonctions. Comme ces diverses fonctions peuvent être réalisées avec des jeux de composants très similaires, leur mise en commun entraîne un surcoût très faible. Le dispositif selon l'invention est donc peu coûteux, de plus il est particuliè- rement simple à utiliser. Il donc accessible au grand public, contrairement aux offres du marché qui s'adressent en priorité à des professionnels. Le dispositif selon l'invention offre les fonctions suivantes: 1) reproduire une pièce musicale pré-enregistrée; 2) jouer une pièce musicale composée de manière auto- matique en temps réel; 3) jouer une pièce musicale composée selon des direc- tives enregistrées par l'utilisateur (composition assistée); 4) mélanger en temps réel la voix de l'utilisateur, ou d'autres sons provenant d'une entrée ligne, avec la musique jouée; ) afficher les paroles d'une pièce musicale pré- enregistrée; 6) enregistrer des échantillons sonores qui pourront ensuite être mélangés à une pièce musicale; 7) effectuer divers traitements sur les échantillons sonores, tels que: ajout d'un écho, vibrato, dis- torsion, modulation de fréquence, filtrage, trans- position en fréquence; 8) télécharger des pièces musicales depuis un ordina- teur et envoyer une pièce musicale vers cet ordina- - 2 - teur; 9) échanger des informations non musicales avec un or- dinateur pour configurer le dispositif selon l'in- vention ou pour sauvegarder des données à partir du dispositif selon l'invention; )fonctionner comme un synthétiseur vis-à- vis d'un pdispositif capable d'émettre des commandes musica- les (clavier musical, instrument MIDI, séquenceur, ordinateur); 11)piloter un synthétiseur extérieur (appelé aussi ex- pander); 12)fournir des informations sur des pièces musicales préenregistrées. Ces fonctions, appelées fonction numéro 1, fonction numéro 2, etc. dans la suite du texte, sont décrites plus en détail ci-après. Afin que le nombre de pièces musicales pré- enregistrées ne soit pas limité, le dispositif selon l'invention peut posséder un connecteur destiné à recevoir des modules de mémoire enfichables pouvant contenir des pièces musicales pré-enregistrées. Les pièces musicales composées de manière automatique ne nécessitent aucune intervention de l'utilisateur. Cepen- dant, l'utilisateur pourra choisir le style de musique composée s'il souhaite rester dans un registre particulier. Par exemple, si le style de musique sélectionné est de la musique d'ambiance, le dispositif selon l'invention produira une musique répondant d'une manière large à ce critère pendant une durée indéterminée. Un mode particulier permet de produire de la musique de tous les styles disponibles selon une séquence aléatoire. La fonction numéro 3 (jouer une pièce musicale compo- -3- sée selon des directives enregistrées par l'utilisateur) s'apparente à une fonction qui permet à l'utilisateur de composer lui-même la pièce musicale, mais à la différence d'appareils du marché qui offrent cette fonction (comme les "Personal Music Assistants") et qui sont d'une utilisation complexe et fastidieuse, le dispositif selon l'invention rend cette fonction abordable à un public qui n'a aucune formation musicale. En conséquence, le dispositif selon l'invention propose à l'utilisateur des choix simples à effectuer et prend en charge la composition proprement dite de la pièce musicale en fonction de ces choix. Les fonctions numéros 4 et 5 combinées constituent ce qu'on appelle un karaoké. La fonction numéro 12 peut être utilisée à des fins culturelles ou ludiques (jeu de société), en utilisant des informations telles que l'identité du compositeur, la date de création de l'oeuvre jouée, etc. Les réglages suivants sont disponibles sur la musique jouée selon l'une quelconque des fonctions numéro 1, 2 ou 3 définies ci-dessus: - réglage du volume sonore; - réglage du tempo; - réglage de la hauteur des notes. De plus, les réglages de volume et de hauteur sont disponibles sur la musique jouée selon la fonction numéro 10. L'utilisateur pourra mettre en mémoire une pièce musi- cale composée de manière automatique ou assistée de façon à pouvoir la reproduire à l'identique à n'importe quel moment. Lorsque le dispositif selon l'invention joue de la mu- - 4 - sique selon l'une quelconque des fonctions numéros 1, 2, 3 ou 10, l'utilisateur peut mélanger en temps réel de la voix ou d'autres sons provenant d'un microphone. De plus, l'utilisateur peut enregistrer plusieurs échantillons sonores qui pourront être incorporés à une composition musicale soit automatiquement (si la pièce musicale est composée de manière automatique) soit selon les directives de l'utilisateur (si la pièce musicale est composée de manière assistée). Toutes les données de l'utilisateur (sauvegarde d'une pièce musicale composée de manière automatique ou assistée, réglages divers, échantillons sonores, etc.) peuvent être sauvegardées automatiquement lorsque l'alimentation est coupée. L'utilisation d'un ordinateur, d'un clavier musical ou d'un synthétiseur extérieur est optionnelle, et l'utilisateur ordinaire peut se contenter d'utiliser le dispositif selon l'invention de manière autonome. La figure 1 représente à titre indicatif un aspect possible du dispositif selon l'invention. Celui-ci se présente comme un boîtier (1) que l'on peut tenir facilement dans les mains. Pour produire de la musique, il possède au moins un des éléments suivants: un haut-parleur intégré qui permet une utilisation autonome, une sortie pour casque ou une sortie ligne (3) pour amplificateur ou autre dispositif de reproduction sonore. Ce boîtier communique avec l'uti- lisateur à l'aide d'un nombre modéré de touches ou boutons poussoirs (7) (une dizaine à titre indicatif) et d'un afficheur numérique ou alphanumérique (8) (une ligne de 16 caractères à titre indicatif). Pour enregistrer les échan- tillons sonores ou pour les mélanger directement à la musique, le dispositif selon l'invention possède un micro- -- 5 -- phone intégré ou une entrée microphone (2). Pour communiquer avec un clavier musical ou un organe périphérique MIDI extérieur, le dispositif selon l'invention possède une entrée (4) et une sortie (5) au format MIDI. En effet, dans le mode de réalisation particulier décrit ci-après, le dispositif selon l'invention utilise le format MIDI (Musical Instrument Digital Interface) pour coder l'information musicale, mais on pourrait utiliser d'autres types de codage (par exemple, la norme de compression MP3). Pour communiquer avec un ordinateur, le dispositif selon l'invention peut utiliser soit l'interface MIDI (entrée (4) et sortie (5)), soit une autre interface normalisée en informatique (inter- face série ou parallèle, interface SCSI, etc.). Le module de mémoire enfichable s'introduit dans le connecteur (6). Le panneau de commande du dispositif selon l'inven- tion, c'est-à-dire la face supérieure du boîtier comprenant les touches, la fenêtre de l'afficheur et la sérigraphie, peut être réalisée avec un polycarbonate, ce qui permet de personnaliser le produit à peu de frais par simple modifica- tion de la sérigraphie et de la disposition des touches. Le panneau de commande peut ainsi être facilement modifié en fonction du pays (langage), ou en fonction d'une application particulière (cible marketing). La constitution interne du dispositif selon l'inven- tion, représentée figure 2, est celle d'un système à micro- processeur ou microcontrôleur (11) couplé à un composant synthétiseur de musique (16). Les fonctions de contrôle (microprocesseur/microcontrôleur) et de synthèse musicale (synthétiseur) peuvent être intégrées dans un même compo- sant. Un mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention est décrit ci-après. De nombreuses variantes sont possibles, compte tenu des différents composants disponibles sur le marché. 6 - Le microcontrôleur (11) adresse une mémoire RAM (12) et une mémoire Flash (13) pour le programme et les données initialisées. Les données initialisées contenues dans cette mémoire (13) peuvent inclure des pièces musicales pré- enregistrées. L'utilisation d'une mémoire Flash plutôt qu'une ROM ou une EPROM permet de mettre à jour le programme du microcontrôleur par téléchargement depuis un ordinateur, via l'interface prévue à cet effet (4). Les données qui doivent être mémorisées lorsque le dispositif selon l'inven- tion est hors tension sont stockées dans une deuxième mémoire Flash (14). Cette dernière est un module de mémoire enfichable relié par un connecteur (6) et un buffer bi- directionnel (15) afin de permettre l'extraction ou l'insertion du module sous tension sans risque de perturber le bus du microcontrôleur. Les caractéristiques du module de mémoire enfichable (14) permettent à l'utilisateur de changer facilement de module, et donc de s'affranchir de la limitation de capacité mémoire d'un module de mémoire. De plus ces modules de mémoire enfichables peuvent être livrés avec un certain nombre de pièces musicales pré-enregistrées, des programmes supplémentaires ou une nouvelle version du programme princi- pal, tout en laissant une zone libre pour les données de l'utilisateur. Le microcontrôleur (11) gère l'interface utilisateur, à l'aide des touches ou boutons-poussoirs (7) et de l'affi- cheur (8). Le microcontrôleur (11) commande également un circuit intégré synthétiseur (16) qu'il voit comme un périphérique. Ce circuit synthétiseur (16) est en fait un calculateur qui adresse ses propres mémoires RAM (17) et ROM (18). La mémoire ROM (18) contient le programme de ce calculateur ainsi que la table d'échantillons ("Wave Table"). Elle peut - 7- être éventuellement remplacée par une mémoire RAM ou Flash, afin de pouvoir modifier à volonté la table d'échantillons. Le circuit synthétiseur (16) commande un CODEC (19) qui convertit le signal numérique engendré par le synthétiseur en un signal audio analogique qui est amplifié par l'amplificateur (21) avant d'être délivré sur le connecteur LINE OUT (3). Ce dernier peut être connecté à un dispositif de reproduction sonore tel qu'une paire d'écouteurs ou une chaîne électroacoustique. Le CODEC (19) effectue également la conversion du signal analogique reçu sur le connecteur MIC (2), après amplification par le préamplificateur (20), en signal numérique. Le connecteur MIC (2) est destiné à recevoir un microphone. Le circuit synthétiseur (16) peut additionner en temps réel le signal venant du microphone au signal musical qu'il engendre, ce qui permet de réaliser la fonction numéro 4. Le circuit synthétiseur (16) peut égale- ment, sur commande du microcontrôleur (11), envoyer à ce dernier les échantillons venant du microphone. Le micro- contrôleur (11) stocke alors ces échantillons dans la mémoire Flash (14) pour usage ultérieur, ce qui permet de réaliser la fonction numéro 6. Le circuit synthétiseur (16) peut recevoir des infor- mations musicales au format MIDI par le connecteur MIDI IN (4) à travers le buffer (22), ce qui permet de réaliser la fonction numéro 10. De plus, le connecteur (4) peut servir à télécharger des données musicales ou non musicales venant d'un ordinateur en utilisant au besoin les messages "System Exclusive" du protocole MIDI, ce qui permet de réaliser les fonctions numéros 8 et 9. Le circuit synthétiseur (16) peut enfin émettre des informations musicales au format MIDI par le connecteur (5) à travers le buffer (23), ce qui permet de réaliser la fonction numéro 11. -- 8 -- Les processus mis en oeuvre pour réaliser les fonctions numéros 1 à 12 du dispositif selon l'invention dans le mode particulier de réalisation indiqué dans la description sont décrits ci-après. Fonction numéro 1 (reproduire une pièce musicale pré- enregistrée): le microcontrôleur (11) lit la pièce musicale préenregistrée au format MIDI à partir de la mémoire Flash (14) ou de la mémoire programme (13) et envoie les commandes MIDI au circuit synthétiseur (16) en tenant compte des informations temporelles contenues dans le fichier MIDI. Le circuit synthétiseur (16) engendre en conséquence un signal musical numérique qui est converti en signal audio analogi- que par le CODEC (19) et délivré via l'amplificateur (21) sur la prise LINE OUT (3). Fonction numéro 2 (jouer une pièce musicale composée de manière automatique en temps réel): le microcontrôleur (11) lit le style de musique choisi par l'utilisateur et compose de manière automatique une pièce musicale en temps réel. Divers dispositifs capables de composer automatique- ment une pièce musicale ont déjà été décrits, comme par exemple dans le brevet U.S. numéro 4,399,731. Ce travail de composition consiste à produire en temps réel des commandes qui sont envoyées au circuit synthétiseur (16). Ce dernier engendre en conséquence un signal musical numérique qui est converti en signal audio analogique par le CODEC (19) et délivré via l'amplificateur (21) sur la prise LINE OUT (3). Un menu de l'interface utilisateur permet de sauvegarder dans la mémoire Flash (14) la pièce musicale que le disposi- tif selon l'invention est en train de jouer. Cette pièce musicale peut ensuite être jouée à l'identique de la même manière qu'une pièce musicale pré-enregistrée (fonction numéro 1). Fonction numéro 3 (composition assistée): le micro- -9- contrôleur (11) lit les paramètres de composition définis par l'utilisateur et compose en temps réel une pièce musi- cale qui satisfait ces paramètres. Ce mode de composition est en fait assez proche du mode de composition automatique utilisé dans la fonction numéro 2, à ceci près qu'un certain nombre de paramètres musicaux ont été préalablement définis par l'utilisateur, tandis qu'ils sont déterminés automati- quement dans le mode de composition automatique de la fonction numéro 2. Ce travail de composition consiste, de la même manière que pour la fonction numéro 2, à engendrer en temps réel des commandes qui sont envoyées au circuit synthétiseur (16). Ce dernier engendre en conséquence un signal musical numérique qui est converti en signal audio analogique par le CODEC (19) et délivré via l'amplificateur (21) sur la prise LINE OUT (3). Un menu de l'interface utilisateur permet de sauvegarder la pièce musicale que le dispositif selon l'invention est en train de jouer dans la mémoire Flash (14). Cette pièce musicale peut ensuite être jouée à l'identique de la même manière qu'une pièce musicale pré-enregistrée (fonction numéro 1). Fonction numéro 4 (mélanger en temps réel la voix de l'utilisateur, ou d'autres sons provenant d'une entrée ligne, avec la musique jouée): cette fonction est utilisable en même temps que les fonctions numéros 1, 2, 3 et 10. Elle est réalisée par le circuit synthétiseur (16) sous contrôle du microcontrôleur (11). Le circuit synthétiseur (16) additionne en temps réel le signal venant du microphone sur la prise (2) (après amplification par le préamplificateur (20) et conversion en échantillons numériques par le CODEC (19)) au signal musical qu'il engendre. Le niveau relatif du signal venant du microphone par rapport au signal musical, que l'utilisateur a défini par un menu de l'interface utilisateur, est transmis par une commande du microcontrô- leur (11) au circuit synthétiseur (16). Le signal résultant est alors converti en signal audio analogique par le CODEC - 10 - (19) et délivré via l'amplificateur (21) sur la prise LINE OUT (3). Fonction numéro 5 (afficher les paroles d'une pièce musicale préenregistrée): le microcontrôleur (11) extrait les paroles de la pièce musicale qui sont contenues dans le fichier MIDI de cette dernière et les inscrit sur l'affi- cheur (8) en temps réel pendant que la pièce musicale est jouée. Fonction numéro 6 (enregistrer des échantillons sono- res qui pourront ensuite être mélangés à une pièce musi- cale): pour l'enregistrement des échantillons sonores, le circuit synthétiseur (16) envoie les échantillons venant du microphone sur la prise (2) (après amplification par le préamplificateur (20) et conversion en échantillons numéri- ques par le CODEC (19)) vers le microcontrôleur (11). Celui- ci les stocke dans la mémoire Flash (14) pour usage ulté- rieur. Les échantillons sonores peuvent ensuite être mélan- gés à de la musique composée de manière automatique (c'est- à-dire selon la fonction numéro 1) ou assistée (c'est-à-dire selon la fonction numéro 2). Pour cela, le microcontrôleur lit les échantillons sonores dans la mémoire Flash (14) et les envoie au circuit synthétiseur (16) qui les additionne en temps réel au signal musical qu'il engendre. Différentes façons d'effectuer cette fonction ont été décrites, par exemple dans le brevet français numéro 9813992. Fonction numéro 7 (effectuer divers traitements sur les échantillons sonores, tels que: ajout d'un écho, vibra- to, distorsion, modulation de fréquence, filtrage, transpo- sition en fréquence): cette fonction est associée à la fonction numéro 6. Ces traitements sont effectués par des procédés connus selon l'état de l'art. Certains d'entre eux peuvent être réalisés en temps réel par le circuit synthéti- seur (16). D'autres se prêtent mieux à un traitement en - 11 - temps réel par le microcontrôleur (11) (en effet, d'après le fonctionnement de la fonction numéro 6, les échantillons sonores transitent par le microcontrôleur (11)). Quant aux traitements qui ne peuvent pas être effectués en temps réel, ils sont effectués en temps différé par le microcontrôleur (11) à un moment o le dispositif selon l'invention ne joue pas de musique. Le microcontrôleur (11) va alors lire l'échantillon sonore sélectionné par l'utilisateur dans la mémoire Flash (14), effectue les traitements sans contrainte de temps particulière, puis va stocker l'échantillon sonore modifié dans la mémoire Flash (14), soit à la place de l'échantillon original, soit dans un nouvel emplacement mémoire, selon l'option choisie par l'utilisateur. Fonction numéro 8 (télécharger des pièces musicales depuis un ordinateur et envoyer une pièce musicale vers cet ordinateur): le transfert des pièces musicales entre le dispositif selon l'invention et un ordinateur se fait en utilisant l'interface MIDI constituée des connecteurs (4) et (5). Les pièces musicales sont transférées via les buffers (22) et (23) dans un sens ou dans l'autre sous forme de fichiers au format MIDI. L'ordinateur peut être utilisé par des utilisateurs plus expérimentés pour effectuer des opérations d'édition des pièces musicales plus poussées que ce que permet le dispositif selon l'invention utilisé de façon autonome. Fonction numéro 9 (échanger des informations non musi- cales avec un ordinateur pour configurer le dispositif selon l'invention ou pour sauvegarder des données à partir du dispositif selon l'invention): des données non musicales telles que les échantillons sonores et les paramètres de réglage du dispositif selon l'invention peuvent également être échangés entre le dispositif selon l'invention et l'ordinateur en utilisant les mêmes connecteurs MIDI (4) et (5), par exemple grâce aux messages "System Exclusive" du - 12 - protocole MIDI. Ce mécanisme peut aussi servir à télécharger une nouvelle version du programme du microcontrôleur (11) dans sa mémoire Flash (13) à partir de l'ordinateur. Fonction numéro 10 (fonctionner comme un synthétiseur vis-à-vis d'un dispositif capable d'émettre des commandes musicales): en branchant sur le connecteur (4) un clavier musical dont la sortie répond au format MIDI ou un autre instrument MIDI, ou encore un ordinateur qui envoie en temps réel des commandes MIDI, les notes reçues peuvent être transmises directement, via le buffer (22), au circuit synthétiseur (16) qui les joue en temps réel. Fonction numéro 11 (piloter un synthétiseur exté- rieur): la sortie MIDI du dispositif selon l'invention (connecteur (5)) peut être reliée à un synthétiseur exté- rieur. Lorsqu'il joue de la musique, le dispositif selon l'invention peut émettre, via le buffer (23), les commandes musicales correspondantes sur le connecteur (5). Le synthé- tiseur extérieur peut donc reproduire en même temps la musique jouée par le dispositif selon l'invention. Cette fonction optionnelle n'a d'intérêt que si le synthétiseur extérieur produit des sons complémentaires à ceux produits par le circuit synthétiseur (16). Fonction numéro 12 (fournir des informations sur des pièces musicales pré-enregistrées): des pièces musicales pré-enregistrées peuvent être synthétisées et envoyées sur la sortie audio (3), tandis que des questions concernant le morceau joué sont envoyées sur l'afficheur (8). Les réponses sont envoyées sur l'afficheur (8) après appui sur une touche quelconque (7) du panneau de commande. Il est également possible d'afficher les informations sur une pièce musicale sans que cette pièce soit jouée. Les pièces musicales et les questions/réponses s'y rapportant peuvent être stockées dans le module de mémoire enfichable (14) ou dans la mémoire -13 - Flash interne (13). - 14 - REVENDICATIONS 1. Dispositif caractérisé en ce qu'il joue des pièces musicales préenregistrées-ou bien composées de manière automatique ou assistée, en ce qu'il comporte un micropro- cesseur ou microcontrôleur (11) associé à un circuit synthé- tiseur (16) relié à un CODEC (19), en ce qu'il comporte un haut-parleur intégré et/ou une sortie (3) pour dispositif de reproduction sonore extérieur, et en ce que ces composants permettent de combiner à l'intérieur du même dispositif des fonctionnalités existant jusqu'alors dans des éléments séparés et plus coûteux. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il possède un afficheur (8) et qu'il peut afficher les paroles d'une pièce musicale pré-enregistrée. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendi- cation 2 caractérisé en ce qu'il comporte également un microphone intégré et/ou une entrée (2) pour microphone externe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte une entrée MIDI (4) pouvant être reliée à un clavier musical, un instrument MIDI ou un ordinateur, et une sortie MIDI (5) pouvant être reliée à un synthétiseur extérieur ou un ordinateur. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendi- cation 4 caractérisé en ce qu'il peut mélanger en temps réel la voix de l'utilisateur ou d'autres sons provenant d'un microphone à la musique jouée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5 caractérisé en ce qu'il peut enregistrer des échantillons sonores qui pourront ensuite être mélangés à - 15 - une pièce musicale, et en ce qu'il peut éventuellement effectuer divers traitements sur les échantillons sonores, tels que: ajout d'un écho, vibrato, distorsion, modulation de fréquence, filtrage, transposition en fréquence. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur (6) destiné à recevoir des modules de mémoire enfichables (14) pouvant contenir des pièces musicales pré-enregistrées et/ou des programmes, et pouvant stocker les données de l'utilisateur: réglages, pièces musicales composées de manière automatique ou assistée, échantillons sonores. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 7 caractérisé en ce qu'il peut échanger des données musicales, des échantillons sonores et des données de configuration avec un ordinateur, et recevoir une nou- velle version de programme depuis l'ordinateur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8 caractérisé en ce que le panneau de commande est réalisé avec un polycarbonate, ce qui permet de personnali- ser le produit à peu de frais. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 9 caractérisé en ce qu'il utilise les éléments d'entrées/sorties (afficheur(8), touches/boutons poussoirs (7)) pour poser des questions et fournir des réponses sur une pièce musicale pré-enregistrée.