Brevet FR2832539A1 — publié le 20030523

dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour corde d'instrument à cordes. L'invention faisant l'objet du présent brevet se rapporte au domaine des instruments de musique, et concerne plus particulièrement les instruments à cordes sur lesquels est établie une boucle électroacoustique et électromagnétique entretenant l'auto-oscillation d'une corde. Ladite auto-oscillation est obtenue en établissant une chaîne composée d'une corde métallique dont les vibrations sont captées par un microphone relié à l'entrée d'un amplificateur de puissance dont la sortie est reliée à un bobinage électromagnétique dont le champ magnétique oscille à la fréquence de ladite corde métallique placée dans ce même champ magnétique. La corde métallique, qui est sensible au champ magnétique du dit bobinage électromagnétique, oscille à la fréquence du dit champ magnétique. Cette chaîne électroacoustique et électromagnétique, dite boucle, est autooscillante à partir d'un certain niveau d'intensité du dit champ magnétique sur la corde, où, par un phénomène d'inflation électroacoustique et électromagnétique, proche du phénomène dit"larsen", la corde entre en autooscillation, activée par le champ magnétique qui oscille à une fréquence en résonance avec une fréquence dominante de la corde. La fréquence dominante, dite fréquence de résonance, est la fréquence n de la corde, dit son fondamentale, ou la fréquence d'un de ses sons harmoniques supérieurs, lesquels sont des multiples entiers (2n, 3n, etc. ) de la fréquence n du son fondamental de la corde. Selon l'art connu, l'instrumentiste dispose de moyen pour contrôler l'intensité de l'auto-oscillation de la corde, mais il n'a pas les moyens pour contrôler ladite fréquence de résonance, qui dépend essentiellement du spectre du son de la corde, et de la courbe de réponse du microphone. D'autre part, le microphone électromagnétique est perturbé par le champ magnétique produit par ledit bobinage électromagnétique, en conséquence, le son de la corde, capté par ledit microphone, contient un taux de distorsion élevé. Selon l'invention, l'instrumentiste dispose de moyens (4) pour contrôler et accorder la fréquence de résonance de ladite boucle avec la fréquence de la corde ou de ses sons harmoniques, et de moyens pour contrôler simultanément et indépendamment l'un de l'autre, la fréquence (5) et l'intensité (9) du dit champ magnétique avec un doigt (10). D'autre part, l'instrument dispose de moyens (1) (14) pour accorder, dans toute son étendue, ladite fréquence de résonance en parfait accord avec la fréquence de la corde ou de ses sons harmoniques. De plus, le type de microphone (2a) mis en oeuvre dans l'invention permet de produire un son sans la distorsion due au champ magnétique du dit bobinage électromagnétique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les dessins annexés où : La figure 1 représente le spectre d'une corde vibrante au son de Lai, à la fréquence de 55 Hertz. La figure 2 représente sous forme d'un diagramme, la bande passante de ladite boucle accordée à 440 Hertz. La figure 3 représente le spectre de la corde en résonance avec le champ électromagnétique accordé à 440 Hertz par les moyens de contrôle de l'invention. La figure 4 représente, en partie sous forme schématique, les moyens mis en oeuvre dans l'invention, et suivant une vue partielle en perspective, la position des dits bobinages électromagnétiques placés prés des cordes d'une guitare. La figure 5 complète la description des moyens mis en oeuvre sur une guitare. Les figure 1 représente sous forme de diagramme, le spectre linéaire d'une corde vibrante à la fréquence de 55 Hertz, correspondant au son de Lal. La fondamentale de la corde et la série d'harmoniques supérieures naturelles sont portées en abscisses et sont exprimées en Hertz et en leur correspondance sur une portée musicale ; les niveaux des dites harmoniques, exprimés en décibels, sont portés en ordonnées. Le son de La 1 est choisi à titre d'exemple, tous les sons d'une corde ayant les mêmes caractéristiques ; le spectre des sons harmoniques contient autant d'harmoniques paires qu'impaires, dont les amplitudes chutes avec une pente de 6 décibels par octave. Lesdites harmoniques sont des sons concomitants qui accompagnent l'émission du son, dit son fondamental. Elles forment une série d'harmoniques supérieures naturelles dont les fréquences sont des multiples entiers (2n, 3n, etc. ) de la fréquence n du son fondamental. La deuxième harmonique, ou son 2, sonne à l'octave supérieure du son fondamental ; le nombre de vibrations dans un temps donné en est deux fois plus grand. La troisième harmonique, ou son 3, sonne à la douzième juste du son fondamental ; le nombre de vibrations en est trois fois plus grand ; etc. La figure 2 représentent sous forme de diagramme, la bande passante de ladite boucle selon l'invention. Le tracé caractéristique, en forme de "cloche", de ladite bande passante est dû à un filtre dit passe-bande inséré dans ladite boucle. Un tel filtre passe-bande élimine, selon une "pente" très prononcée, les fréquences situées de par et d'autre d'une fréquence centrale dominante, dite bande passante, laquelle peut "glisser", au moyen d'un potentiomètre, vers les basses ou vers les hautes fréquences. Le spectre harmonique du son de la corde sortant du dit filtre passe-bande, ne contient plus qu'une fréquence dominante qui correspond, dans l'exemple de la figure 2, à la fréquence de 440 Hertz et à l'harmonique n 8 de la dite série harmonique. L'action sur ledit potentiomètre (5), qui contrôle ladite fréquence dominante de la boucle, et par conséquent la fréquence du champ magnétique du dit bobinage, permet son accordage avec le son fondamental de la corde ou avec un de ses sons harmoniques, permettant ainsi l'auto-oscillation de la corde sur le son harmonique de son choix. La fréquence dominante du dit filtre passe-bande devenant la fréquence de résonance, quand celle-ci coïncide avec une des harmoniques supérieurs de la corde. La figure 3 représente le spectre harmonique de la corde de La 1, en autooscillation, sur la fréquence de résonance accordée à 440 Hertz, qui correspond à l'harmonique n 8 de la fondamentale de ladite corde, laquelle sonne à la troisième octave supérieure. Ladite harmonique est amplifiée d'une vingtaine de décibels par l'influence du champ magnétique oscillant à la fréquence de résonance de 440 Hz, et dont l'intensité est contrôlée par des moyens décrits ci-après. Chacune des harmoniques de la dite série harmonique, peut être ainsi amplifiée et entretenue en auto-oscillation par les moyens de contrôle de l'invention En ajoutant, en parallèle, plusieurs filtres passe-bande dans la dite boucle, ledit bobinage électromagnétique produit l'auto-oscillation de la corde sur autant d'harmoniques qu'il y a de filtres. Le son de la corde, capté par le microphone (2a) avec ce nouveau spectre harmonique, est dirigé parallèlement à la dite boucle, l'entrée d'un amplificateur (11) dont la sortie est reliée à un haut-parleur (12) afin d'être entendu par l'instrumentiste, lorsque l'instrument ne dispose pas de caisse de résonance. On peut observer que l'effet de résonance sur les harmoniques d'une corde dont il est question, offre une représentation par un instrument de musique, de la théorie dite des"cordes"ou des"supercordes"qui stipule que : "les particules élémentaires ne sont pas des points (de dimension nulle) mais des"cordes", petits éléments linéaires de dimension un. Tout comme la corde d'un violon, chacune a des harmoniques dont les fréquences sont des multiples d'une fréquence fondamentale. Ces harmoniques sont en fait les particules élémentaires que nous connaissons." (sciences et avenir, nov. 97) La figure 4 représente les moyens mis en oeuvre dans l'invention : les vibrations de la corde (1) sont captées par un microphone piézo- électrique (2 a) placé dans le chevalet (2 b). Le microphone piézo-électrique qui n'est sensible qu'aux vibrations mécaniques de la corde, n'est pas gêné par le champ magnétique pulsé par ledit bobinage. Le signal sonore est ensuite pré-amplifié (13) puis dirigé d'une part à l'entrée d'un amplificateur (11) afin d'être diffuser par un haut-parleur (12), et d'autre part, à l'entrée du dit filtre passe-bande (4). Un potentiomètre (5), et la fréquence de la corde convertie via le convertisseur (14), commandent le glissement de ladite bande passante, sur plusieurs octaves. Le son filtré de la corde est ensuite amplifié par un amplificateur commandé par un potentiomètre (9), puis est dirigé vers un amplificateur de puissance (7) dont la sortie est reliée au dit bobinage électromagnétique (3) placé près de la corde. Selon l'invention, en optant pour un filtre dit passe-bande commandé par une tension, le glissement sur plusieurs octaves de la bande passante, dite fréquence dominante, est commandé d'une part, par une tension de commande, réalisée au moyen d'un potentiomètre (5) permettant de l'accorder avec les harmoniques de la corde, et d'autre part, par la fréquence de la corde. Un convertisseur fréquence/tension (14) se charge de convertir la fréquence de la corde en une tension de commande, afin de faire progresser ladite fréquence dominante, d'un demi-ton à chaque progression d'un demiton sur l'instrument. Ce moyen de contrôle de la fréquence dominante dite fréquence de résonance, par la fréquence de la corde, permet à l'instrument d'accorder dans toute son étendue, ladite fréquence de résonance, en parfaite accord avec la fréquence de la corde jouée, ou avec une de ses harmoniques. Autrement dit, après avoir accordé la fréquence de résonance avec une des harmoniques de la corde, au moyen du potentiomètre (5), toutes les notes jouées sur l'instrument sont restituées avec cette harmonique. La tension de commands produite par le potentiomètre (5) peut être facilement codées à la norme M. I. D. I. (Musical Instrument Digital Interface), le convertisseur (14) étant, dans ce cas, un convertisseur fréquence/messages M. I. D. I., ledit filtre passe-bande répondant à la norme M. I. D. I. Le choix entre les commandes analogiques et les commandes numériques M. I. D. I, n'est pas déterminant dans l'invention. Les commandes analogiques sont plus fines et plus souples d'emploi que les commandes numériques M. I. D. I. qui sont, en revanche, plus stables, mais le résultat sur la corde est identique. (Dans le domaine numérique M. I. D. I., la fréquence d'une note est codée sous la forme de deux messages M. I. D. I. : la hauteur de la note, qui est codée au départ de la note, suivie par l'information de"pitchbend"qui prend en compte un éventuel "glissando". Le potentiomètre (5) est codé en tant que contrôleur MIDI. Ces trois informations MIDI contrôlent simultanément ledit filtre passebande répondant à la norme M. I. D. I.) L'intensité du champ magnétique du dit bobinage, est contrôlée par un amplificateur (8) commandé par une tension de commande, ladite tension de commande étant réalisée au moyen d'un potentiomètre (9), la sortie de cet amplificateur étant reliée à l'entrée du dit amplificateur de puissance (7). L'avantage de l'insertion dans la boucle, de l'amplificateur (8) commandé par une tension ou par M. I. D. I, est qu'il peut être commandé par des commandes telles que le potentiomètre, un générateur d'enveloppe, un oscillateur de basse fréquences, etc., ces commandes procurant une grande souplesse dans le contrôle de l'intensité du champ magnétique, l'amplificateur de puissance (7) étant charger de produire la puissance"brute". Selon l'invention, en couplant en une commande unique (10), la commande du potentiomètre (5) du dit filtre passe-bande et la commande du potentiomètre (9) de l'amplificateur (8), l'instrumentiste à le moyen de contrôler avec un doigt, simultanément et indépendamment l'un de l'autre, le glissement de la fréquence de résonance vers les hautes ou vers les basses fréquences, et l'intensité du champ magnétique pulsé par ledit bobinage électromagnétique. Le couplage de ces deux potentiomètres, connu sous le nom anglais de "joystick", est réalisé en fixant le corps du premier potentiomètre (5) à 90 degrés sur l'axe du deuxième potentiomètre (9), lequel est solidaire d'un support fixe (6). L'action au moyen de l'axe de commande (10), fixé sur l'axe du premier potentiomètre (5), permet de commander les deux potentiomètres avec un doigt. Bien que ces moyens peuvent être mis en oeuvre sur tout instruments à cordes, la figure 5 représente comment un instrument à cordes muni d'un manche, comme une guitare, permet d'obtenir aisément la relation fréquence/tension, en reliant chaque frette (15) du manche (16) de la guitare avec une résistance (17), réalisant ainsi une chaîne de résistances d'égales valeurs, alimentée en courant constant par une source de courant (18)). Lorsque la corde (1) entre en contact avec une frette, elle capte la tension présente sur ladite frette. Ladite tension de commande étant représentative de la position du doigt sur le manche de la guitare, chaque progression d'un demi-ton sur le manche fait progresser la fréquence dominante du dit filtre passe-bande commandé en tension, d'un demi-ton. Ladite tension de commande devant suivre les fréquences des différentes cordes de la guitare, le contact d'une des cordes avec lesdites frettes, ou tout autre moyen de détection de la corde jouée, établit le contact d'une des voies d'un organe connecteur (20) dont chaque entrée est reliée aux bornes des résistances d'une chaîne de résistance d'égales valeurs (21), alimentée en courant constant par une source de courant (22), ledit organe connecteur ayant autant de voies qu'il y a de cordes, les cordes étant isolées électriquement entre elles. A chaque entrée du dit organe connecteur est présente une tension proportionnelle à la fréquence de la corde qui lui correspond. La tension présente à la sortie du dit organe connecteur étant représentative de la corde jouée, ladite tension est ajoutée à la tension présente sur la corde. La somme des deux tensions, étant représentative de la position du doigt sur toute la guitare, réalise la conversion fréquence/tension, et commande le glissement de la fréquence dominante du dit filtre passe-bande commandé en tension, en suivant les note jouées sur la guitare. Simultanément, le contact d'une des cordes avec lesdites frettes, ou tout autre moyen de détection de la corde jouée, établit le contact d'une des voies d'un deuxième organe connecteur (23), reliant la sortie du dit filtre passe bande, à l'entrée de l'amplificateur de puissance (7) dont la sortie est reliée au dit bobinage, ledit organe connecteur ayant autant de voies et d'amplificateurs qu'il y a de bobinages. Ce moyen de contrôle permet de n'établir ladite boucle de résonance que sur le bobinage placé sous la corde mise en contact avec lesdites frettes. Ces moyens permettent au guitariste de déclencher la résonance de la corde quand celle-ci touche une frette, et de contrôler, de l'autre main et d'un doigt, simultanément et indépendamment l'un de l'autre, la fréquence et la puissance du champ magnétique, par le moyen de commande unique (10) du dit couple de potentiomètre (5) et (9), procurant ainsi, la sensation d'obtenir les harmoniques"du bout des doigts". Un capteur optique (19), placé près de chaque corde, réalise le moyen de détection de la corde jouée "à vide", quand ledit capteur optique est masqué par le médiator ou par un doigt du guitariste. Une touche identique à une touche de clavier de synthétiseur (25) placée entre chaque corde, en retrait 5 millimètres sous le plan des cordes, réalise, quand elle est pressée par un doigt, le moyen de détection de la corde jouée, et délivre une information de pression, exprimée en tension de commande de l'amplificateur (8). Un inverseur (24), permet de sélectionner parmi les moyens de détection de la corde jouée, décrits ci-dessus. La figure 4 ne représentant qu'une ligne de commande (d), les autres lignes de commande (a, b, c...) étant similaires. REVENDICATIONS R. l. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes, ladite boucle étant composée d'une corde métallique (1) dont les vibrations sont captées par un microphone piézo-électrique (2a), relié à l'entrée d'un amplificateur de puissance (7) dont la sortie est reliée à un bobinage électromagnétique (3), dont le champ magnétique oscille à la même fréquence que la corde métallique placée dans ce champ, caractérisé par le contrôle, par l'instrumentiste et par l'instrument, de la fréquence (4) et de l'intensité (8) du champ magnétique produit par ledit bobinage électromagnétique. R. 2. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 1, caractérisé par l'insertion dans la boucle, d'un filtre dit passe-bande (4), dont le glissement de la bande passante, dite fréquence dominante, sur plusieurs octaves, est commandé par un potentiomètre (5f et par la fréquence de la corde entrant en résonance dans ladite boucle. R. 3. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 2, caractérisé par l'insertion dans la boucle, d'un ou de plusieurs filtres dit passe-bande (4) dont le glissement de la fréquence dominante sur plusieurs octaves est commandé par une tension de commande produite par un potentiomètre (5), et par une tension représentative de la fréquence de la corde entrant en résonance dans ladite boucle, ou tout autre moyen capable de produire une tension de commande. R. 4. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 1, caractérisé par l'insertion dans la boucle, d'un amplificateur (8) commandé par une tension de commande produite par un potentiomètre (9) ou tout autre moyen capable de produire une tension de commande, ledit amplificateur contrôlant la puissance du champ magnétique pulsé par ledit bobinage électromagnétique. R. 5. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 3 et la R. 4, caractérisé par le contrôle simultané par l'instrumentiste, du glissement de ladite fréquence dominante du dit filtre passe-bande sur plusieurs octaves, et de l'intensité du champ magnétique pulsé par ledit bobinage électromagnétique, avec deux potentiomètres (5) et (9) couplés en une commande unique (10). R. 6. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 3 caractérisé en ce que ladite tension de commande du dit filtre passe bande commandé en tension, est capté par les cordes (1) sur les frettes (15) du manche (16) d'une guitare, lesdites frettes étant reliées une à une avec une résistance (17), réalisant une chaîne de résistances d'égales valeurs alimentée en courant constant par une source de courant (18), les cordes étant isolées électriquement entre elles. R. 7. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 3 et la R. 6, caractérisé en ce que la tension captée par la corde, est additionnée à une tension représentative de la fréquence de la corde jouée, collectée à la sortie d'un organe connecteur (20) commandé par le moyen de détection de la corde jouée (1,19, 25), et dont chaque entrée est reliée aux bornes des résistances (21) d'une chaîne de résistance d'égales valeurs alimentée en courant constant par une source de courant (22), ledit organe connecteur ayant autant de voies qu'il y a de cordes. R. 8. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 1 et la R. 7 caractérisé en ce que le bouclage de ladite boucle sur une corde est établi à l'entrée de l'amplificateur (7), par organe connecteur (23) commandé par le contact de cette corde avec une frette, ledit contact réalisant le moyen de détection de la corde jouée. R. 9. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 8 caractérisé en ce que l'organe connecteur (23) est commandé par un capteur optique (19) placé prés de cette corde, ledit capteur optique réalisant le moyen de détection de la corde jouée quand il est masqué. R. 10. dispositif de contrôle de résonance de boucle électroacoustique et électromagnétique pour instrument à cordes selon la R. 8 caractérisé en ce que l'organe connecteur (23) est commandé par une touche identique à une touche de clavier de synthétiseur (25) placée près de cette corde, en retrait de quelques millimètres sous le plan des cordes, la pression d'un doigt sur ladite touche réalisant les moyen de détection de la corde jouée et de détection de la pression sur ladite touche. R. ll. guitare, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un dispositif de contrôle, selon l'une quelconques des revendications précédentes.