Brevet FR2812113A1 — publié le 20020125

La présente invention concerne un système de détection optoélectronique pour instruments de musique à trous directement bouchés par les doigts. Ce système permet de conserver totalement l'appréhension naturelle de l'instrument traditionnelle (position des s doigts, bouchage total ou partiel des trous, flattements) ce qui n'est pas possible avec les systèmes existant jusqu'à présent qui s'appuient sur des systèmes de détection par contacts tout ou rien qui s'appliquent plutôt à des instruments type saxophone électronique. Ainsi par exemple, un joueur de flûte à bec ou d'ocarina, qu'il soit lo débutant ou exécutant confirmé, pourra instantanément jouer de l'instrument électronique sans aucun temps d'adaptation tout en bénéficiant des nombreuses possibilités et avantages liés à un contrôleur à vent MIDI. Le dispositif selon l'invention est constitué de l'instrument, muni de capteurs photoélectriques, d'un capteur de pression pour la détection du souffle, de sources de lumière et de l'électronique associée. Les informations analogiques en provenance des différents capteurs sont, après mise en forme et traitements, " envoyées " sur une interface MIDI. La figure (1) représente le schéma synoptique de l'ensemble du système. La figure (2) représente une configuration possible non limitative du système dans son environnement. La figure (3) représente le procédé utilisé pour l'interprétation électrique du bouchage-débouchage des trous. Une source de lumière (2) éclaire une photorésistance (1) (support non représenté) logée dans un trou effectué dans le corps (3). Le procédé est répété pour chaque trou de l'instrument. Les temps de réponse des photorésistances sont suffisamment brefs pour satisfaire à la dextérité de l'instrumentiste le plus virtuose. (temps de montée et de descente de l'ordre de 40 ms) La figure (4) représente le montage utilisé pour générer un signal de commutation (compatible TTL) en sortie d'un comparateur -2 - (1). Un pont diviseur constitué par une photorésistante (4) et une résistance fixe (5) permet d'appliquer sur l'entrée positive du comparateur une tension qui varie proportionnellement à la quantité de lumière reçue par la photorésistante. Le seuil de commutation du comparateur est déterminé par la tension appliquée sur l'entrée négative du comparateur. Cette dernière peut être ajuster par un potentiomètre (3) qui permet ainsi de régler " la sensibilité au bouchage " (figure 4.1). La réalisation d'un système sans reproduction des effets de flattements (donc sans problème d'ombres) peut être envisagée sans sources lumineuses sur l'instrument. Le potentiomètre est alors monté en pont diviseur avec une photorésistante (2) de référence à la lumière ambiante (figure 4.2) qui permet de compenser automatiquement le seuil de commutation du comparateur et d'adapter ainsi en permanence la sensibilité du système à l'éclairement ambiant. Par contre la reproduction des demi-trous et des flattements nécessite un éclairement constant sur chaque trou. Les sources de lumières devront donc être solidaires de l'instrument A titre non limitatif, les émetteurs de lumière seront par exemple des photodiodes à très haute luminosité qui peuvent fournir un éclairage suffisamment intense, homogène et concentré. Les demi-trous Sur un instrument traditionnel tel que la flûte à bec, les notes aiguës sont obtenues en débouchant partiellement le trou situé sous le corps de l'instrument (trou du pouce gauche). Le dispositif selon l'invention permet de reproduire cet effet. La figure 5 représente le procédé utilisé. Deux résistances (6) et (9) montées en pont diviseur avec un potentiomètre (pour régler la sensibilité) permettent d'obtenir deux seuils de commutation Vo et Vf à l'entrée négative des comparateurs (7) et (8). On obtient ainsi une zone de trou partiellement bouché. -3 - Les flattements Sur la flûte à bec, il est également possible de faire varier de façon sensible la hauteur d'un son: cet effet appelé flattement est réalisé en bouchant et en débouchant progressivement un trou. Le flattement module le son dans sa hauteur de la même manière que le vibrato module le son dans son intensité. Le dispositif selon l'invention permet de reproduire cet effet. Le bouchage progressif d'un trou se traduit par une baisse de tension sur l'entrée positive du comparateur (1). Ainsi l'effet de flattement électronique est totalement identifiable à la commande de variation de hauteur (Pitch Bend)que possèdent la plupart des appareils MIDI. La figure 6 représente un procédé possible utilisé pour gérer l'effet de flattement sur plusieurs trous (ici 3 trous). Une tension VH de seuil de référence " haute " est appliquée à l'entrée négative des comparateurs (1) , (3) et (5) et une tension VL de seuil de référence " bas " à l'entrée négative des comparateurs (2), (4) et (6). La sortie de la porte ET (7) est au niveau logique haut uniquement quand la tension V à l'entrée positive des comparateurs (1) et (2) est inférieure à la tension de seuil de référence " haut >" et supérieure à la tension de seuil de référence " bas ". On obtient ainsi (figure 7) une zone active de flattements. Hors de cette zone le trou est soit bouché soit débouché et on obtient un niveau haut ou bas compatible TTL à la sortie des comparateurs (2), (4) et (6). La tension VH, déterminée par Rl et R2, devra être légèrement inférieure à Vsat. L'ensemble constitué de la porte OU (10) et des interrupteurs analogiques (11) (.12) (13) (14) (15) figure 6 permet d'obtenir en PB soit la tension V de flattemnents soit la tension VH (hors flattements). Le souffle: utilisation d'un capteur de pression. Parallèlement au doigté, il est nécessaire de reproduire les effets liés au souffle de l'exécutant tels que l'attaque, le vibrato et -4 l'intensité du son. Ces effets se traduisent physiquement par une variation, plus ou moins rapide, du débit d'air et donc de la pression dans l'orifice du bec de l'instrument. Réalisation A titre d'exemple non limitatif, l'électronique constitutive du système pourra être en grande partie gérée par un micro-contrôleur. Celui-ci devra comporter au moins deux entrées analogiques pour la détection du souffle et des flattements, un nombre suffisant d'entrées parallèles, une mémoire type EPROM pour le codage des doigtés et au moins une sortie série pour l'interface MIDI. Le nombre ainsi réduit de composants permettra d'envisager une intégration totale de l'électronique dans l'instrument ce qui éviterait un boîtier intermédiaire. La qualité acoustique intrinsèque du corps de l'instrument n'ayant plus lieu d'être, ce dernier pourra être réalisé en matière plastique ce qui permet d'envisager une forme adéquate, en particulier dans le cas o les sources lumineuses seraient incorporées à l'instrument. La fabrication en série serait alors possible à partir d'un moule ce qui réduirait le coût de fabrication. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté à la flûte à bec bien qu'il s'applique à tout instrument de musique à trous directement bouchés par les doigts. A titre d'exemple non limitatif, deux types d'instruments peuvent être conçus: - un pour les débutants et les amateurs sur la base par exemple d'une flûte à bec soprano - un pour les amateurs confirmés ou les professionnels sur la base d'une flûte à bec alto avec sources lumineuses sur l'instrument et reproduction des effets de flattements. - 5 - REVENDICATIONS 1) Dispositif à commande électronique, du type contrôleur à vent, pour instruments de musique à trous directement bouchés par les doigts caractérisé en ce qu'il comporte des photodétecteurs introduits dans les trous du corps de l'instrument. s 2) Instrument de musique caractérisé en ce qu'il comporte un bec communiquant avec un capteur de pression et un corps (3) muni de trous dans lesquelles sont logés des photorésistances (1). 3) Instrument de musique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les photorésistances logés dans les trous sont éclairées par des sources lumineuses (2) solidaires du corps (3) 4) Instrument de musique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un système de détection électronique du bouchage-débouchage d'un trou, composé d'une photorésistance montée en pont diviseur avec une résistance fixe sur l'entrée positive d'un comparateur alors qu'un potentiomètre est relié à l'entrée négative du comparateur. ) Instrument de musique selon la revendication (4) caractérisé en ce qu'une photorésistance de référence est montée en pont diviseur avec un potentiomètre sur l'entrée négative du comparateur dans le cas o les sources lumineuses (2) ne sont pas utilisées. 6) Instrument de musique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le décodage des doigtés est réalisé par une mémoire. 7) Instrument de musique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électronique comporte un microcontrôleur spécifique qui gère en grande partie les fonctionnalités de l'instrument, en particulier l'interface MIDI.