Brevet FR2845194A1 — publié le 20040402

La présente invention, concerne un procédé destiné à réaliser un microphone optique et/ou capteur midi pour instrument de 5 musique à cordes, sans avoir recours à l'utilisation de membranes, d'éléments magnétiques (aimants, bobines), et/ou piézo-électriques, grâce à l'emploi de composants optoélectroniques miniaturisés, mis en oeuvre pour générer et détecter un faisceau de lumière utilisé comme véhicule du signal 10 vibratoire, et ce, indifféremment de la nature des cordes instrumentales (ferromagnétiques ou non), en un signal électrique modulé, représentatif du timbre, de la fréquence, et de l'amplitude du mouvement vibratoire initial. Actuellement, l'ensemble des microphones destinés à permettre l'amplification des instruments de musique à cordes tels les violons, violoncelles, contrebasses, guitaresacoustiques, pianos, guitares et basses-électriques,) sont 20 principalement de type électromagnétiques, électrostatiques ou piézo-électriques. L'un ne pouvant aisément remplacer l'autre selon le type d'instrument à amplifier, le choix de l'utilisation pour l'un ou 25 l'autre type de micro s'effectue généralement en fonction des propriétés et caractéristiques respectives à chacun d'entre eux, à restituer plus ou moins convenablement tout ou partie du spectre sonore de l'instrument considéré, mais également en fonction d'autres paramètres tels que l'encombrement, la 30 directivité, la sensibilité, la réponse spectrale ou bien encore la possibilité d'intégrer ou non le dispositif directement dans ou sur l'instrument. Les microphones à principe électromagnétique sont utilisés pour les instruments de musique possédant des cordes 5 métalliques, (ou alliage métallique à base d'acier de nickel ou de cobalt qui possèdent des propriétés ferromagnétiques) telles les guitares ou basses électriques. Bien qu'appliqués aux instruments à cordes vers 1930, (le premier modèle mis au point par la firme Rickenbacker apparu 10 vers 1931 aux USA sur une guitare électrique commercialisée sous le nom de " Frying'pan ".) et ayant bénéficiés depuis de nombreuses améliorations ayant faits l'objet de dépôts de brevet, dont notamment l'invention du procédé Humbucking par Seth Lover en 1954, (inspiré des transformateurs anti15 ronflements) destinée à réduire les bourdonnements parasites, puis du procédé Superhumbucking délivrant un niveau de sortie accru inventé par Bill Laurence aux USA en 1971, le principe de fonctionnement est resté inchangé; soit un ou plusieurs éléments magnétiques entourés d'une ou plusieurs bobines de fil 20 électrique et dont les extrémités sont reliées à un amplificateur. Pour ce type de microphone, le déplacement d'un objet (ou corde) métallique à proximité de l'aimant fait varier le champ magnétique produisant ainsi aux bornes de la bobine un courant électrique induit qui est fonction de la variation du 25 champ et dont la fréquence est identique. Ces microphones présentent cependant toujours l'inconvénient d'être très sensibles aux rayonnements électromagnétiques qui 5 perturbent notre environnement quotidien, tels les ondes radio, les parasites du réseau électrique domestique, ou bien encore ceux produits par les écrans de télévision ou les écrans informatique, ainsi que les téléphones portables, qui engendrent des parasites très bien détectés par ces micros. Ainsi, en amplifiant le son des cordes, on amplifie également ces parasites détectés ce qui se révèle nuisible pour une restitution sonore fidèle et de qualité. D'autre part, ils comportent tous, de par leurs principes de fonctionnement un ou plusieurs éléments magnétiques (aimants) directement ou indirectement positionnés en regard des cordes ferromagnétiques et ont ainsi tendance à les attirer, générant ainsi une contrainte supplémentaire au regard de leurs libres 20 résonances. Les capteurs piézo-électriques constitués d'un ou plusieurs cristaux (habituellement de quartz) dont les propriétés 5 intrinsèques leurs permettent de transformer une force mécanique appliquée en une différence de potentiel, se présentent généralement soit sous la forme de petites capsules adhésives que l'on colle directement sur l'instrument, ou sont alors intégrés à celui-ci et positionnés en général directement dans 10 ou sous le chevalet afin d'être situés, faute de mieux, au plus prêt des cordes, et de réaliser ainsi un couplage mécanique avec l'instrument, donc, indirectement avec les cordes. Ils délivrent un niveau de sortie extrêmement faible, 15 offrent une faible qualité de restitution sonore, et nécessitent le recours à des dispositifs électroniques de préamplification et de correction de tonalité actives voir paramétriques. Ils présentent également l'inconvénient d'être relativement sensibles aux phénomènes de bouclage acoustique, usuellement 20 appelé: effet larsen. Ce type de capteur piézo-électrique apporte en fait une solution économique, alternative à l'utilisation de microphones à principe électrostatiques, au cot très élevé, d'une relative fragilité, mais surtout dont l'encombrement volumique, ainsi que 25 la nécessité d'emploi d'une alimentation électrique externe avoisinant les 48volts, restreignent jusqu'à présent, toute intégration à l'instrument. Le microphone optoélectronique, selon l'invention proposée, illustrée par la figure (1), comporte un boîtier de 5 confinement(l) à l'intérieur duquel sont situés un ou plusieurs couples émetteurs Le faisceau lumineux(10) généré par l'émetteur de lumière(2) est directement modulé, sans avoir recours à des dispositifs à membranes acoustiques ou autres interfaces, par l'oscillation 15 vibratoire de la corde instrumentale(6) positionnée au sein de ce faisceau lumineux(10), puis détecté par le photo-récepteur(3) qui convertit alors celui-ci, en un signal électrique représentatif de la fréquence, du timbre et de l'amplitude de la corde instrumentale. L'émission de lumière est réalisée par l'utilisation de diodes laser ou diodes électroluminescentes miniatures, de préférence à basse tension, (-2.3 volts) et à haute intensité lumineuse, émettant dans le spectre visible ou invisible 25 (infrarouge par exemple) selon les nécessités. La réception du signal lumineux modulé est assurée selon des modes particuliers de réalisations par différents types de photorécepteurs ou capteurs photoélectriques (présentant des 30 propriétés de photoconduction) tels les photorésistances, photodiodes, phototransistors, photodarlington, capteurs à transfert de charges, etc... Les dessins annexés illustrent l'invention Afin de faciliter la compréhension du système, la figure(l) 5 illustre le dispositif de l'invention pour un seul couple émetteur-récepteur, fonctionnant en mode transmission horizontale. Selon des modes particuliers de réalisation, la détection du 10 faisceau lumineux modulé peut être effectuée par transmission ou par réflexion. Des dessins annexés illustrent ces deux modes. Les f ig.1 et 3 schématisent le mode de fonctionnement par transmission horizontale du signal lumineux. La fig.4 schématise le mode de fonctionnement par 15 transmission verticale du signal lumineux. La fig.2 schématise le mode de fonctionnement par réflexion du signal lumineux. Le dispositif selon l'invention permet donc non seulement de 20 réaliser une conversion du mouvement vibratoire des cordes de l'instrument musical considéré, en un signal électrique représentatif, apte à être amplifié par des moyens conventionnels, mais apporte également une solution aux problèmes rencontrés avec les dispositifs à principes 25 électromagnétiques ou piézo-électriques, tels que relatés précédemment dans la description de l'état de la technologie antérieure. En effet, le dispositif selon l'invention ne comportant pas 30 d'éléments magnétiques, n'entrave donc pas la libre résonance des cordes de type métallique; ne comportant pas de bobine, reste insensible aux rayonnements électromagnétiques parasites environnants, et fonctionne quelque-soit la nature des cordes instrumentales utilisées. Les principaux organes constitutifs, dont les émetteurs de lumière et les photo-récepteurs, étant disponibles industriellement en version miniaturisée, permettent d'effectuer des réalisations légères, à l'encombrement très réduit, autorisant l'intégration directe à l'instrument. D'autre part, le fait que le dispositif selon l'invention, 10 puisse traiter indépendamment chacune des cordes de l'instrument considéré, grâce à l'utilisation d'un émetteur de lumière par corde, et d'un ou plusieurs photorécepteurs, lui confère des propriétés et applications spécifiques, telles que décrites ci dessous L'utilisation respective d'un émetteur de lumière par corde, et d'un ou plusieurs photorécepteurs selon des modes particuliers de réalisation, confère à ce nouveau type de microphone des propriétés polyphoniques ou stéréophoniques selon 20 le choix du couplage des photorécepteurs, et permet l'utilisation de ce même dispositif en tant que microphone et/ou capteur MIDI pour instrument à cordes. La possibilité de faire varier individuellement 25 l'intensité de chaque émetteur de lumière (par le biais d'un circuit électronique gérant le courant électrique d'alimentation par exemple), permet d'ajuster le niveau de sortie du signal pour chacune des cordes, et permet ainsi, d'équilibrer, selon son choix, la réponse sonore globale résultante du microphone Une variante à cette fonction de contrôle de l'intensité lumineuse émise, permet de générer un effet dit de " phasing " 5 ou rotation de phase. Il suffit pour cela de faire varier séquentiellement (d'une corde à la suivante) l'intensité de l'émission des émetteurs de lumière, selon une modulation à fonction sinusodale. Pour générer un effet " arpégiateur ", il suffit alors de déclencher successivement, et selon une séquence programmable, la mise en fonction de chaque émetteur. Appliqué sur une guitare par exemple, le fait de jouer les six cordes simultanément de la sixième à la première, produira 15 durant la résonance de celles-ci, non pas un son ou accord, constitué par l'ensemble des notes produites, mais produira selon l'ordre défini, une série de notes distinctes et séparées entres elles par un intervalle de temps variable, ce qui correspond à la figure d'un arpège. 20 Générer un effet " trémolo ", pourra s'effectuer par exemple, en alimentant les émetteurs de lumières par le biais d'un module électronique de commande, en mode impulsionel. Une variation de la fréquence de ces impulsions, produira alors un 25 son plus ou moins discontinu, ce qui caractérise cet effet de trémolo. Cet exposé décrit de façon plus précise, un des modes de réalisations possibles selon l'invention proposée, pour la 5 fabrication d'un microphone optique, faisant également office de capteur MIDI, pour guitare électrique. Ce dispositif tel que représenté sur la figure (3), comporte un boîtier(l) , qui confine et protège les différents organes 10 constitutifs. Il est pourvu d'ouvertures, destinées à laisser passer les flux lumineux, émis par chacun des six émetteurs de lumière(2a à 2f), constitués de six diodes-électroluminescentes (DELs,) électriquement connectées à un circuit imprimé(5), qui reçoit également les six photorécepteurs(3a à 3f), réalisés par 15 l'utilisation de six phototransistors. L'alimentation en courant électrique continu des six DELs et des six phototransistors, est assurée par une pile ou batterie électrique du type 6LR61, délivrant une tension 20 d'environ, 9 volts: voir le schéma électrique, représenté en annexe par la fig. (5). Les six faisceaux lumineux, générés par chacune des six DELs (2a à 2f), sont respectivement modulés par les oscillations 25 vibratoires produites par chacune des six cordes l'instrument, situées dans le champ de chaque faisceau(10), lorsque celles-ci sont sollicitées par l'instrumentiste. Ces signaux modulés sont respectivement collectés par chacun des six phototransistors(3a à 3f), positionnés en regard des DELs 30 émettrices, et convertis alors en un signal électrique représentatif des vibrations, (fréquence, timbre, et amplitude) émises par les cordes. Deux vis de réglage (8 et 9) permettent d'ajuster la hauteur et l'inclinaison du boîtier regroupant les six couples émetteur5 récepteur, afin que les cordes se retrouvent correctement positionnées au centre des faisceaux lumineux émis par les DELs. Une variante à ce même dispositif, toujours selon un mode de 10 fonctionnement par transmission verticale des faisceaux lumineux, est illustré par la figure(4), o les émetteurs de lumière (2a à 2f) sont cette fois ci agencés horizontalement, et pour lesquels la détection des faisceaux lumineux modulés(10), est assurée par l'utilisation d'un seul photorécepteur, soit une 15 photodiode ou capteur CCD à transfert de charges(3) rectangulaire, dont la surface de détection permet de couvrir l'espace occupé par les six cordes(6) de l'instrument. Le boîtier est cette fois ci réalisé en deux éléments(la) et (lb), qui confinent respectivement le photodétecteur(3) dont les 20 électrodes(4) sont reliées au circuit imprimé(5a), et les émetteurs de lumière(2a à 2f) dont les électrodes(4) sont connectées au circuit imprimé(5b). Deux vis de réglage(8 et 9) permettent d'ajuster la hauteur et l'inclinaison du boîtier. L'espace libre restant dans la 25 partie inférieure du boîtier(lb), autorise l'intégration dans celui-ci d'un module électronique de commande(7). Revendications (l)Procédé pour réaliser un microphone et/ou capteur midi apte à détecter et transformer les oscillations vibratoires générées par chacune des cordes d'un instrument de musique indépendamment de la nature de cellesci (métalliques ou non), 10 en un signal électrique modulé représentatif du timbre, de la fréquence, et de l'amplitude du mouvement vibratoire initial, caractérisé en ce qu'il utilise l'agencement, dans un boîtier de confinement, d'un ou de plusieurs composants optoélectroniques émetteurs de lumière visible ou invisible en fonction du nombre 15 de cordes pour l'instrument considéré, et d'un ou plusieurs composants optoélectroniques photo-récepteurs, pour réaliser cette conversion, l'ensemble de ces composants étant assemblé sur un circuit imprimé autorisant les connexions électriques et le montage d'un module de gestion électronique 20 (2)Procédé selon la revendication(l), caractérisé en ce que l'émission de lumière soit générée par l'utilisation de composants optoélectroniques du type diode laser ou diode électroluminescente, émettant dans le spectre visible ou 25 invisible (infrarouge par exemple) et qu'ils sont individuellement asservissables en commande (soit allumés ou éteints), en courant et/ou tension (variation de l'intensité du flux lumineux émis), par le biais d'un module ou circuit électronique interne ou externe au boîtier de confinement des 30 différents organes constituant l'invention. (3)Procédé selon la revendication(l), caractérisé en ce que la réception du signal lumineux modulé pour chacune des s cordes instrumentales ou groupe de cordes soit effectuée par l'emploi d'un ou plusieurs composants optoélectroniques présentant des propriétés de photoconduction tels les photorésistances, photodiodes, phototransistors, photodarlington, capteur CCD etc... (4)Procédé selon la revendication(l), caractérisé en ce que la réception du signal lumineux modulé par la corde instrumentale soit effectuée après réflexion sur cette dernière, ou par transmission à travers cette dernière. (5)Procédé selon les revendications(2 et 3), caractérisé par le fait que ces composants optoélectroniques actuellement disponibles industriellement sous des versions miniatures, à basse tension d'alimentation électrique, permettent d'effectuer 20 des réalisations à l'encombrement très réduit autorisant l'intégration directe à l'instrument. (6)Procédé selon les revendications(l à 3), caractérisé en ce que L'utilisation respective d'un émetteur de lumière pour 25 chacune des cordes de l'instrument considéré, et de plusieurs photorécepteurs au nombre variable selon des modes particuliers de réalisation, confère à ce nouveau type de microphone des propriétés polyphoniques ou stéréophoniques (selon le choix du couplage des photorécepteurs), et permet l'utilisation de ce 30 même dispositif en tant que microphone ou capteur MIDI lorsque chaque corde est traitée individuellement. (7)Procédé selon les revendications (2 à 63, caractérisé en ce que la possibilité de faire varier individuellement l'intensité de chaque émetteur de lumière (par le biais d'un module électronique gérant le courant électrique d'alimentation par exemple), permet d'ajuster le niveau de sortie du signal pour chacune des cordes de l'instrument considéré et donc d'équilibrer selon son choix, la réponse sonore globale 10 résultante du microphone. (8)Procédé selon les revendications (2 à 7), caractérisé en ce que la possibilité du contrôle de l'intensité lumineuse émise par chaque émetteur, permet de générer un effet dit de phasîng 15 ou rotation de phase. Il suffit pour cela de faire varier séquentiellement (d'une corde à la suivante) l'intensité de l'émission des émetteurs de lumière selon une modulation à fonction sinusodale. (9)Procédé selon les revendications (2 à 7), caractérisé par la possibilité de contrôler individuellement par le biais d'un module électronique le déclenchement successif selon une séquence définissable, chaque émetteur de lumière, pour générer ainsi, un effet " arpégiateur ". Appliqué sur une guitare par 25 exemple, le fait de jouer les six cordes simultanément de la sixième à la première, produira durant la résonance de celles-ci non pas un son ou accord, constitué par l'ensemble des notes produites, mais produira selon un ordre définissable, une série de notes distinctes et séparées entres elles par un intervalle 30 de temps variable, soit une arpège. (lO)Procédé selon les revendications (2 à 7),caractérisé par la possibilité de contrôler individuellement les émetteurs 5 de lumières en mode impulsionel à fréquences variables par le biais d'un module électronique, permet de générer un effet de " trémolo ". (1l)Procédé selon les revendications (2,4,7),caractérisé par la possibilité du contrôle individuel de l'intensité des émetteurs de lumière qui permet de générer un effet dit de " phasing " simulant une rotation de phase du son produit par l'instrument. Il suffit pour cela de faire varier séquentiellement (d'une corde à la suivante) l'intensité de 15 l'émission des émetteurs de lumière selon une modulation à fonction sinusodale.