Brevet FR2986162A1 — publié le 20130802

-1- SPHERE SOUPLE MUSICALE La présente invention concerne de manière générale un procédé de captation électronique des mouvements de pression manuelle exercés sur une sphère souple. En particulier, la présente invention concerne un instrument de pilotage des équipements musicaux électroniques prenant la forme d'une balle ou d'un ballon souple et sur lequel un ou plusieurs utilisateurs exercent des pressions manuelles pour faire varier les caractéristiques d'un son électronique. Cette invention s'intègre enfin dans la famille des balles musicales : elle concerne par là même autant la création musicale que la pédagogie musicale. 10 Il existe en l'état actuel des équipements techniques musicaux 2 grandes familles d'interfaces matérielles permettant de contrôler un son électronique : - Les contrôleurs intégrés aux générateurs sonores, le cas des claviers synthétiseurs étant le plus répandu : le clavier permet de construire des mélodies en modifiant les tonalités et une série de potentiomètres rotatifs ou linéaires permettent de modifier les caractéristiques timbrales ou tonales des 15 sons générés ; - Les contrôleurs périphériques MIDI ou USB. Les manipulations effectuées par les musiciens sur ces contrôleurs sont transmises au générateur sonore, synthétiseur ou ordinateur, via le protocole universel de communication MIDI (Musical Instrument Digital Interface). 20 L'utilisation croissante des ordinateurs dans le domaine de la composition musicale et de l'interprétation live a été accompagnée par la production de multiples contrôleurs périphériques MIDI / USB facilitant l'interaction gestuelle entre l'homme et la machine. On peut classer ces contrôleurs en trois grandes catégories. La première catégorie concerne les contrôleurs simulant des instruments acoustiques. Les plus 25 utilisés sont les claviers MIDI : ces périphériques reproduisent la morphologie d'un clavier de piano tout en proposant un nombre de touches très variable. Ils sont généralement équipés de plusieurs actionneurs de type potentiomètres rotatifs ou linéaires qui permettent de modifier les caractéristiques timbrales et tonales des sons ou des séquences sonores jouées sur le clavier. On classera dans cette même catégorie les instruments à vent MIDI, les batteries MIDI, les guitares MIDI ou encore les violons MIDI. 30 La deuxième catégorie concerne les surfaces de contrôle. Celle-ci regroupe les consoles de mixage virtuelles (surfaces de contrôle équipées de potentiomètres mécaniques linéaires et rotatifs comme les MackieControl), les surfaces de contrôle avec pad (cf. les séries MPC/MPD de la marque Akaï, ou le LaunchPad de la marque Novation) et les surfaces de contrôle avec roue simulant 2 platines qui sont destinées aux Djays. On connait dans cette catégorie de contrôleurs dans l'état de l'art antérieur par la 35 demande de brevet PCT WO 01/69399 (Naguy Caillavet et Gilles Moncaubeig), une interface matérielle et logicielle de contrôle en temps réel composée de potentiomètres (linéaires ou rotatifs) et / ou d'interrupteurs et une partie logicielle configurable générant des messages conformes à la norme MIDI, ces deux parties étant reliées par un port de connexion d'un ordinateur personnel. -2- La troisième catégorie de contrôleurs concerne les dispositifs sans contact. Ceux-ci peuvent être intégrés à des vêtements (utilisation dans le cadre des performances scéniques) ou capter à distance les mouvements du corps de l'utilisateur. Différents dispositifs innovants ont été réalisés depuis le début du XXème siècle dans le domaine de la captation de mouvements de la main de l'utilisateur dans l'espace comme le Theremin breveté en 1928 ou plus récemment l'AirSynth de la marque Alesis sorti en 2001. L'art antérieur connaît aussi par le brevet américain US 5 875 257 du Massachussetts Institute of Technology (MIT) un instrument de captation et d'interprétation des mouvements des mains et des bras lors de spectacles musicaux. L'appareil permet de transformer de façon continue les gestes des performeurs en variations de tempo et d'intensité musicale. L'art antérieur connaît également par le brevet japonais JP19910165968 19910705 de Yamaha Corp un gant équipé de capteurs disposés sur les doigts et sur le poignet ayant pour objectif d'éliminer la nécessité d'actionner des commutateurs. Les capteurs détectent les angles de flexion des doigts respectifs de la main d'un joueur et l'angle de flexion du poignet. Les données recueillies sont transformées en signaux de commande MIDI. Les contrôleurs MIDI / USB couvrent 3 grandes catégories d'actions sonores : - Le déclenchement et la combinaison de séquences musicales. Le déclenchement est généralement activé au moyen de boutons pressoirs (bouton Play, pad de déclenchement, etc.) et le mixage des signaux sonores effectué au moyen de potentiomètres rotatifs ou linéaires ; - La modification de la tonalité des sons joués. Il s'agit d'abord de l'interprétation mélodique, 20 généralement effectuée sur la gamme tempérée. Les contrôleurs de type clavier MIDI permettent aussi de moduler la hauteur des sons joués au moyen d'une molette de modulation ; - La modification du timbre d'un son ou d'une séquence musicale. Celle-ci s'effectue au moyen de potentiomètres mécaniques rotatifs ou linéaires. Dans la large palette des modifications des textures sonores électroniques on citera parmi les plus usuelles la modification de l'enveloppe du son (variation 25 d'amplitude globale en fonction du temps : vitesse d'attaque, vitesse de déclin, niveau de maintien et durée de relâchement), la modification de ses composantes harmoniques (filtrage, forme des ondes synthétisées, etc.), la modification de sa brillance ou encore la modification de son vibrato (LFO). Dans le domaine des balles musicales auquel se rattache aussi notre dispositif, l'art antérieur connaît 30 plusieurs dispositifs dédiés à la création ou à la pédagogie musicale. Nombreux sont les dispositifs réalisés en matières dures (matière plastique en général) : - L'art antérieur connaît ainsi par le brevet chinois CN 1537658 de LU WEI un instrument de musique composé d'une boule interne et d'une boule externe. Les 8 notes de musique de base sont produites au moyen d'une série de capteurs disposés entre la boule internes et la boule externe. Les sons 35 générés peuvent varier en fonction de la force et de la vitesse de frappe sur le ballon. - Dans le domaine des balles musicales destinées aux enfants, l'art antérieur connaît par le brevet américain WO 9625206 d'Abraham ARAD, Anne PITRONE et Robert JEFFWAY JR (Toy Biz Inc) un dispositif de jouet musical composé d'une balle autopropulsée qui joue des airs de musique et des effets sonores en -3- roulant. Le ballon peut inclure des images décoratives sur sa surface correspondant à la hauteur de musique ou aux effets sonores émis par la boule. Le dispositif électronique intégré à la balle, une fois activé, permet de propulser la balle et d'activer simultanément une séquence sonore (généralement un morceau de musique). Lorsque la balle heurte un mur ou un autre objet, le mécanisme de propulsion est débrayé et le circuit électronique intégré joue une nouvelle séquence sonore choisie de manière aléatoire parmi la pluralité de sons proposés. Par la suite, le mécanisme de propulsion est de nouveau activé, et le ballon reprend la lecture de la mélodie musicale tout en roulant. On relève aussi quelques dispositifs sphériques musicaux réalisés en matières souples : - L'état de l'art antérieur connaît par le brevet allemand DE 3123387 de Guenter KRAUSE une balle musicale remplie d'air produisant des sons par déclenchement lorsqu'elle est en mouvement. Quand la balle musicale s'arrête, le système s'éteint de nouveau. La reproduction sonore est rendue possible par l'intermédiaire d'un haut-parleur intégré à la balle. Cette balle musicale est dédiée au jeu et au sport et peut également convenir comme aide directionnelle pour les handicapés visuels. - L'art antérieur connaît aussi par le brevet américain US 2007214939 de Ann Elizabeth VENO appelé Musical Bali un appareil de production sonore acoustique et électronique prenant la forme d'une balle souple. Ce dispositif intègre un capteur de choc qui s'active à chaque rebond sur le sol. Le signal de sortie est transmis à un récepteur qui amplifie le signal acoustique enregistré au sein de la balle (une cloche peut être intégrée à la balle) et qui l'associe à un signal sonore déclenché sur un synthétiseur musical programmable. Le dispositif peut aussi être utilisé comme un contrôleur MIDI, envoyant un signal de déclenchement à un générateur sonore MIDI à chaque rebond. Cet état de la technique met en lumière deux constats : - Dans le domaine des contrôleurs musicaux, si les solutions techniques sont variées, elles sont 25 pour l'essentiel concentré sur deux grands pôles : les contrôleurs en matériaux durs d'une part (plastiques, bois, métal), et les contrôleurs sans contact d'autre part. Les solutions de contrôle temps réel progressif des sons électroniques au moyen d'actionneurs tactiles souples se révèlent peu nombreuses. - Dans le domaine des balles musicales, l'état de l'art ne concerne que des dispositifs de déclenchement de sons ou de séquences sonores. Aucun des dispositifs présentés ne permet de modifier 30 en temps réel et progressivement les caractéristiques tonales et timbrales d'un son ou d'une séquence musicale La présente invention concerne spécifiquement le domaine des instruments de musique électronique et l'électronique grand public de manière plus générale. Elle décrit un équipement musical 35 électronique permettant de modifier en temps réel et de manière progressive les caractéristiques timbrales ou tonale d'un son ou d'une séquence musicale joués par un générateur sonore électronique (ordinateur, synthétiseur, circuit intégré, Digital Sound Processor, etc.). Le dispositif selon l'invention se compose d'une sphère souple de type balle ou ballon équipée de un -4- ou plusieurs capteurs à variations continues (capteurs résistifs de type capteurs de flexion ou d'étirement, capteurs tactiles, capteurs de position, etc.). Les pressions manuelles exercées sur cette sphère modifient les caractéristiques timbrales ou tonales du son ou de la séquence sonore en train d'être joués. Concrètement, la déformation élastique subie par la sphère modifie la position des capteurs à variation continue dont elle équipée. Chacun des capteurs se trouve assigné à un paramètre spécifique de modification sonore : filtrage des fréquences, modulation, modulation de la tonalité, distorsion, chorus, enveloppe du son, etc. La forme sphérique et la consistance souple du dispositif permet de contrôler de manière simple, très intuitive et simultanée plusieurs caractéristiques d'un son ou d'une séquence sonore, dans la mesure où chaque mouvement de pression exercé sur la sphère modifie simultanément la position des différents capteurs à variation continue situés dans la zone de pression. La forme sphérique du contrôleur apporte un grand degré de liberté dans les possibilités de manipulation sonore, puisque les pressions manuelles peuvent êtres exercées sur l'ensemble de sa surface (du haut vers le bas, du bas vers le haut, sur les côtés, etc.) et ce en plusieurs points simultanés. L'ensemble des nuances de jeu de l'utilisateur peut ainsi être prise en compte par le dispositif : la position des mains posées sur la sphère ainsi que l'intensité de la pression tactile exercée sur la sphère. Le dispositif comporte de préférence au moins 2 capteurs à variation continue intégrés à la sphère (1 en position horizontale et un en position verticale au minimum), de manière à assurer une capture de 20 l'ensemble des mouvements de pression exercés par l'utilisateur. Le dispositif peut être manipulé par un ou plusieurs utilisateurs selon le format de la sphère. La loi de commande de chacun des capteurs est paramétrable par l'intermédiaire du boitier de commande du contrôleur ou via un équipement informatique interconnecté. De préférence, les capteurs à variation continue sont disposés à l'intérieur de la sphère souple, sur sa 25 surface intérieure. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit électronique assurant la transformation des valeurs retournées par les capteurs est disposé à l'extérieur de la sphère, au sein d'un boitier de commande relié à elle par une gaine contenant les fils électriques de raccordement des capteurs contenus dans la sphère. Selon un mode de réalisation particulier, ledit circuit électronique est placé à l'intérieur de la sphère. 30 Selon un mode de réalisation avantageux, le boitier de commande est relié à la sphère par une connexion sans fil (type ondes radio, WiFi ou Bluetooth). Selon un mode de réalisation particulier destiné aux musiciens, le dispositif est un contrôleur MIDI : les signaux émis par les capteurs sont transformés en données MIDI et transmis via une prise MIDI OUT à un générateur sonore externe (ordinateur, synthétiseur, échantillonneur, etc.). 35 Selon un mode de réalisation particulier destiné au grand public, le générateur sonore électronique (circuit intégré de type Digital Sound Processor, synthétiseur, etc.) ainsi que le dispositif d'amplification (haut-parleur ou pastille piézo-électrique) sont inclus dans la sphère souple. Le dispositif, à vocation ludique ou pédagogique, est alors en mesure de diffuser des sons simples, des séquences musicales ou des -5- pièces musicales complètes. Des actionneurs manuels peuvent être disposés sur la sphère pour permettre la sélection des séquences musicales par l'utilisateur. Selon un mode de réalisation particulier, la sphère intègre un générateur sonore électronique et est équipée d'une connexion audio de sortie (types Jack ou RCA) pour permettre son amplification sur un équipement externe. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif intègre une entrée audio (type connexion jack ou mini jack) qui permet de traiter en temps réel le signal sonore émis par un générateur sonore auquel il est raccordé (PC, lecteur MP3, instrument de musique, etc.). Le dispositif est équipé d'une connexion audio de sortie (types Jack ou RCA) pour permettre son amplification sur un équipement externe. Selon un mode de réalisation particulier, la sphère est réalisée en grand format (diamètre supérieur à 50 cm) pour permettre son utilisation à plusieurs utilisateurs dans le cadre de performances scéniques. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif intègre une source lumineuse dans la sphère (bandeau à LED par exemple) qui réagit aux manipulations de l'utilisateur (changement de couleur en fonction du ou des capteurs activés, modification de la nature ou de la fréquence du clignotement lumineux, etc.). La sphère est réalisée en matière translucide pour garantir la luminosité du dispositif. Les dessins annexés illustrent l'invention sans toutefois la limiter : La figure 1 représente en perspective un mode de réalisation du dispositif de l'invention La figure 2 représente en perspective et en transparence le même mode de réalisation du dispositif de 20 l'invention Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue de côté et une vue de face du dispositif de l'invention La figure 5 représente le placement des capteurs de flexion au sein de la sphère souple La figure 6 représente le boîtier de traitement des signaux 25 Les figures 7 et 8 représentent des exemples de manipulation du contrôleur, respectivement un écrasement latéral et un écrasement vertical du haut vers le bas. La figure 9 représente la connexion du dispositif à un synthétiseur MIDI La figure 10 représente la table des programmes de commande des capteurs de flexion 30 Conformément à l'invention et selon la réalisation représentée, le dispositif se compose d'une sphère souple de type balle ou ballon (1) dont la surface est recouverte de 4 capteurs résistifs de flexion (3) (4) (5) (6). Cette sphère est garnie de mousse, ce qui lui confère un bon coefficient de déformation élastique. Elle est raccordée à un boîtier de commande (2) destiné à transformer les signaux transmis par les capteurs de flexion en données MIDI et à permettre la sélection des différents programmes de contrôle 35 par l'utilisateur. Le boitier de commande est raccordé à la sphère au moyen d'une gaine (7) contenant les fils électriques raccordés aux capteurs de flexion. Si cette sphère est manipulable dans tous les sens par l'utilisateur, nous lui attribuons une polarité pour faciliter le repérage des différentes zones d'action : prenant en référence la représentation de la -6- sphère positionnée à l'arrière du boitier de commande dans l'axe horizontal du câble de raccordement (cf. vue de face dans la figure 4), nous pouvons lui attribuer un côté gauche et un côté droit, un avant et un arrière. Son point bas est repéré par la sortie du câble de raccordement de la sphère au boîtier de commande (7). Les 4 capteurs de flexion sont disposés à la surface de la sphère de manière à capturer la plus grande diversité de mouvements de pression exercés par l'utilisateur (la figure 5 présente cette disposition de manière explicite), sur les côtés, sur l'avant, sur l'arrière comme sur le sommet de la sphère : - Le premier capteur de flexion (3) est disposé à l'horizontale à mi-hauteur de la sphère. Il a pour fonction de capturer les mouvements de pression exercés simultanément sur les deux côtés de la sphère. - Le deuxième capteur de flexion (4) est disposé à 45° à droite du premier capteur (3) dans le sens horaire. Il a pour fonction de capturer conjointement les mouvements de pression exercés sur le côté droit et sur le sommet de la sphère. - Le troisième capteur de flexion (5) est disposé à la perpendiculaire et à l'opposé du premier capteur de flexion (3). Il a pour fonction de capturer les mouvements de pression exercés sur le sommet 15 de la sphère. - Le quatrième capteur de flexion (6) est disposé à 45° à gauche du premier capteur (3) dans le sens anti-horaire. Il a pour fonction de capturer conjointement les mouvements de pression exercés sur le côté gauche et sur le sommet de la sphère. 20 Le boitier de commande se compose d'un circuit intégré (13) assurant le traitement des signaux transmis par les capteurs résistifs. Il est équipé d'une connectique USB (9) ainsi que d'une prise d'alimentation 9 à 12 V (8) permettant son alimentation au moyen d'une prise USB raccordée à un ordinateur ou via une alimentation électrique externe. Le boitier comporte sur sa face supérieure un connecteur DIN 6 broches (12) permettant le raccordement d'un câble MIDI (14). Il est aussi équipé sur sa 25 face supérieure d'un afficheur 7 segments à LED (10) et d'un encodeur rotatif mécanique (11) permettant la sélection par l'utilisateur des différents programmes de commande mémorisés dans le circuit intégré. Le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention est de transformer en temps réel les variations des valeurs de résistance des 4 capteurs de flexion en messages MIDI. Les mouvements de 30 pression exercés par un ou plusieurs utilisateurs sur la sphère souple vont modifier la résistance des 4 capteurs de flexion (cf. les exemples présentés dans la figure 7 - pression latérale - et la figure 8 - pression sur le sommet de la sphère -). Les variations de tension transmises simultanément par les quatre capteurs de flexion sont traitées en temps réel par le programme contenu dans le circuit intégré. Chaque valeur enregistrée est calibrée de manière à correspondre aux standards de définition des octets de données en 35 base MIDI (valeurs contenues entre 0 et 127). La valeur d'octet obtenue est ensuite intégrée au sein d'une commande MIDI standard, c'est-à-dire une chaîne de caractère composée de 3 octets : 1 octet de statut suivi par 2 octets de données : - Le premier octet définit le statut MIDI Control Change du message qui va être envoyé au -7- générateur sonore externe. Il s'agit dans le cadre de notre dispositif de la valeur hexadécimale OxBO (control change sur le canal MIDI 1) ; - Le deuxième octet définit le type de MIDI Control Change qui va être envoyé. Chacun des quatre capteurs de flexion se voit attribuer une valeur spécifique de Control Change définie dans les programmes de présélection stockés dans le circuit intégré ; - Le troisième octet correspond à la valeur calibrée de résistance renvoyée par le capteur de flexion concerné (octet compris entre 0 et 127) ; Cette commande de MIDI Control est transmise en série au générateur sonore externe via un câble MIDI à la vitesse de 31 250 bits par seconde (vitesse de transmission du protocole de communication série MIDI). La figure 9 illustre l'insertion du contrôleur dans une chaîne MIDI complète (raccordement à la prise MIDI IN d'un synthétiseur). La transmission des messages MIDI en direction du générateur sonore externe s'effectue de manière continue. Elle a lieu même lorsque la sphère n'est pas manipulée par un utilisateur : les données envoyées en positon de repos correspondent alors aux valeurs nominales des différents contrôleurs commandés (0, 64 ou 127 selon les programmes MIDI Control Change). Le boitier de commande propose 10 programmes différents de contrôle MIDI. ta sélection des programmes par l'utilisateur s'effectue au moyen de l'encodeur rotatif mécanique placé sur la face supérieure du boitier de commande. Le numéro de programme sélectionné est affiché sur l'afficheur LED 7 segments (10). Chaque programme se compose d'une série de quatre paramètres de commande MIDI Control Change différents attribués à chacun des capteurs de flexion. 36 messages différents de MIDI Control Change sont proposés par notre dispositif sur la centaine de messages de MIDI Control Change recensés dans la table 3 de la MIDI Manufacturers. Dans la présélection numéro 1 par exemple, l'utilisateur commande la fréquence d'un filtre résonnant en appuyant sur le sommet de la sphère souple (activation du capteur de flexion vertical), il commande le spectre harmonique du même filtre en appuyant sur le côté droit de la sphère (activation du capteur angulaire droit), il commande la fréquence de modulation du son synthétisé en appuyant sur le côté gauche de la sphère (activation du capteur angulaire gauche) et il commande la distorsion de ce même son en appuyant sur l'avant de la sphère (activation du capteur transversal). La figure 10 présente la table complète des 10 programmes de commandes MIDI Control Change proposés par le dispositif. Le dispositif selon l'invention est destiné au contrôle des instruments musicaux électroniques. Intégrant un générateur sonore et un dispositif autonome d'amplification, le dispositif selon l'invention est destiné à des applications grand public : la conception de jouets musicaux pour enfants ou la conception d'applications musicales ludiques pour adolescents ou pour adultes. REVENDICATIONS1) Dispositif de contrôle musical caractérisé en ce qu'il se compose d'une sphère souple équipée d'au moins un capteur à variation continue permettant de modifier les caractéristiques timbrales et tonales d'un son électronique sous l'effet de la pression manuelle. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par la présence d'un circuit électronique (13) transformant les signaux des capteurs à variations continues en paramètres de modification des propriétés timbrales et tonales d'un son ou d'une séquence musicale électroniques. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence dudit circuit électronique (13) à l'intérieur de la sphère. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'un boitier de commande(2) contenant ledit circuit électronique (13) dissocié de la sphère (1) et relié à elle par une gaine (7) contenant les fils électriques de raccordement. 5) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'un boitier de commande(2) contenant ledit circuit électronique (13) dissocié de la sphère(1) et relié à elle par une connexion sans fil assurant la transmission des valeurs retournées par les capteurs à variation continue (3) (4) (5) (6). 6) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'un circuit électronique (13) transformant les valeurs retournées par les capteurs à variations continues (3) (4) (5) (6) en données 20 MIDI (Musical Instrument Digital Interface). 7) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'au moins un générateur sonore électronique (circuit intégré, Digital Sound Processor, synthétiseur, etc.) placé au sein de la sphère (1) 8) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'au moins un dispositif 25 d'amplification placé au sein de la sphère (1) 9) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'au moins une source lumineuse placée au sein de la sphère (1) et réagissant aux variations des capteurs.