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Titre : Pour orgues à pipes : Procédés et systèmes de modulation vers les bémols et les dièses et vers une autre méthode d'accordement, et la compensation des changements de fréquence due à la dilatation par changement de température.
L'arrière-plan de l'invention :
Un instrument de musique à clavier est un instrument avec des tons et des demi-tons fixes. Il est fabriqué avec des générateurs de fréquence qui produisent des tons que l'on ne peut modifier instantanément (exemple : les cordes d'un piano).
Cette situation présente deux désavantages :
1) ce type d'instruments est accordé avec des demi tons à 4,5 commas de leur ton de base plutôt qu'à 5 commas.
2) Il faut ré accorder l'instrument pour changer de méthode d'accordement.
3) Une pipe d'orgue se désaccorde par sa dilatation due à des changements de température.
Description des problèmes :
Premier problème : les demi-tons : La musique ouest-Européenne est faite de tons et de demi-tons. Les demi-tons sont le dièse et le bémol. Le dièse consiste à augmenter la fréquence de 5 commas à partir du ton de base, et le bémol diminue la fréquence de 5 commas. Le comma étant la neuvième partie de la différence entre les fréquences de deux tons entiers qui se suivent, il y a donc 1 comma de différence entre un demi-ton dièse et son équivalent en bémol.
Certains instruments permettent de produire des vrais dièses et des vrais bémols (les violons, les cuivres, la voix, etc.) mais d'autres possèdent un accordement fixe (claviers, guitare, etc.). Les demi-tons sur ces instruments sont fabriqués et/ou accordés à 4,5 commas du ton de base au lieu de 5. Cela veut dire que chaque fois que l'on joue un demi-ton, on joue une fausse note (un demi comma trop bas pour le dièse, trop haut pour le bémol) !
Deuxième problème : la méthode d'accordement : Les méthodes d'accordement ont vu le jour parce que les intervalles naturels ne s'accordent pas entre eux. Un intervalle additionné de 12 quintes, par exemple, ne produit pas le même intervalle additionné de 7 octaves ((3/2)<12>µ 129.7463379) <> (2<7>= 128). Chaque intervalle donne des résultats différents.
Ce phénomène empêche un accordement universel, et quelle que soit la combinaison d'intervalles utilisée, cela sonne toujours faux quand on joue des gammes ou des accords. Au cours des siècles, ont été élaboré des dizaines de compromis, généralement basés sur les intervalles à la mode du moment. Certaines personnes, tels Werckmeister, Rameau, Kirnberger et Valotti ont proposé plusieurs compromis. La méthode des quintes nous vient de Pythagore. Werckmeister mérite une mention supplémentaire parce qu'il a donné le nom de "Wohltemperiert" (bien tempéré) à l'un de ses compromis, alors que l'ensemble des préludes et fugues de son contemporain J.S.Bach portent le nom de "Das Wohltemperierte Klavier" ; de là à penser que Mr. Bach aurait aimé que l'on joue ses oeuvres sur un instrument accordé suivant cette méthode...
La méthode la plus populaire à l'heure actuelle est celle du flottement proportionnel, où l'octave est divisé en 12 parties égales, ce compromis distribue la nuisance des intervalles qui sonnent faux, et permet déjouer tous les genres. Les orgues d'époque sont accordés suivant la méthode en vigueur du temps de leur fabrication. D'autres instruments sont accordés suivant la musique à produire (exemple : ensemble baroque). page 2 2007/0125
Troisième problème : desaccordement des pipes par la dilatation due aux changements de température :
Les fluctuations des températures provoquent la dilatation des pipes des orgues, ce qui change la fréquence produite.
De plus : étant donné que l'orgue possède généralement des pipes de matériaux différents, les dilatations ne sont pas nécessairement proportionnelles à la longueur de la pipe, mais varient d'une famille de pipes à l'autre. Un orgue peut sonner très faux à cause des changements de température.
Ce qu'on a déjà tenté pour solutionner ces problèmes : II est à noter que toutes les solutions mécaniques à ce jour se bornent à ajouter des touches supplémentaires avec leurs générateurs de fréquence (cordes, pipes, etc.). Solutions existantes pour les demi-tons :
Il existe des orgues en Allemagne à doubles touches noires (avec les pipes supplémentaires et un mécanisme plus élaboré pour la distribution du vent).
Il existe également des pianos dont les touches noires ont été doublées.
Praetorius (1571-1621) mentionne un clavecin à la cour allemande possédant 77 touches pour 4 octaves (=19 touches par octave).
Les anciennes partitions (pour des instruments à accordement fixe) ont été écrites dans des tonalités qui réduisent le nombre de bémols ou de dièses. Solution existante pour les méthodes d'accordement :
AD.Fokker a fabriqué un orgue électronique qui possède un clavier à 12 touches par octave que l'on déplace au-dessus d'un autre clavier qui en possède 31 par octave. Ces 31 touches actionnent l'orgue accordé suivant la méthode des 31 tons de Christiaan Huygens. En déplaçant le clavier à 12 touches par octave, on fait donc un choix de 12 tons parmi les 31 disponibles (par octave) sur l'orgue.
(Cet instrument se trouve dans un musée.) Il n'y a, à l'heure actuelle, pas de solution au problème du desaccordement dû aux fluctuations de température.
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Description :
Exposé de l'invention :
Application : Instruments mécaniques à pipes, à clavier ou mécanisés :
Solution pour les demi-tons et les méthodes d'accordement : A l'aide de leviers, registres, boutons ou sélecteur sur le front de l'instrument, on peut adapter les demi-tons au bémol ou au dièse à 5 commas de leur ton de base, au lieu de 4.5 commas comme c'est fait à l'heure actuelle. Des commandes similaires permettent un choix de méthodes d'accordement. Le mécanisme a pour but de déplacer des butées qui se trouvent à l'extrémité de chaque pipe. Beaucoup de pipes possèdent déjà une butée dont le but est de rompre la progression de l'onde de choc dans la pipe.
Ils sont actuellement utilisés pour accorder l'instrument. En déplaçant ces butées vers l'extrémité du tube, ou vers l'intérieur, on rallonge ou on raccourcit le chemin à parcourir par l'onde de choc, ce qui modifie la fréquence produite par la pipe. Ces butées peuvent avoir toutes les formes.
Celles qui sont faites d'une languette découpée dans la paroi de la pipe métallique devront être remplacées par une butée indépendante.
Les pipes de forme évasée sont actuellement déformées pour les accorder et ne possèdent pas de languette. Ils devront également être muni d'une butée indépendante. Les couvercles des tubes raccourcis devront être commandés pour changer leur longueur utile.
Le mécanisme pour actionner les butées est à double action et permet de déplacer les butées aussi bien pour les demi-tons que pour les méthodes d'accordement.
Le dessin de principe annexe montre la butée A engagée dans la pipe B. Le levier C fait pivoter le bras de la butée autour de l'axe E, de façon à monter ou descendre la butée à l'intérieur de la pipe, ce qui entraîne une baisse et une hausse de la fréquence, respectivement. La came ou l'excentrique D déplace l'axe E, ce qui fait également monter ou descendre la butée, ceci pour modifier la méthode d'accordement. Ce dessin n'est montré qu'à titre d'exemple et n'est pas restrictif ! Le mécanisme peut être remplacé par un moteur pas-à-pas ou similaire sur chaque pipe, qui actionne le déplacement de la butée.
Une unité centrale commandera alors le moteur pour qu'il déplace la butée en fonction de la fréquence à obtenir.
Solution pour compenser les dilatations dues aux changements de température : Equiper chaque pipe d'un moteur pas-à-pas ou similaire, permet de bouger la butée dans le sens contraire de la dilatation de la pipe. Il suffit de programmer ce déplacement en fonction du coefficient de dilatation et de la longueur de la pipe. Un thermocouple, mesurant la température ambiante, instruit une unité centrale qui commande les moteurs pour déplacer la butée qui y est attachée.
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Title: For pipe organs: Methods and systems of modulation to flats and sharps and to another tuning method, and the compensation of frequency changes due to expansion by temperature change.
The background of the invention:
A keyboard musical instrument is an instrument with fixed tones and semitones. It is made with frequency generators that produce tones that can not be changed instantly (eg the strings of a piano).
This situation has two disadvantages:
1) This type of instrument is tuned with half tones at 4.5 commas of their basic tone rather than 5 commas.
2) The instrument must be tuned to change the tuning method.
3) An organ pipe disagrees with its expansion due to changes in temperature.
Description of the problems:
First problem: half-tones: West European music is made up of tones and semitones. The semitones are the sharp and the flat. The sharp is to increase the frequency of 5 commas from the basic tone, and the downside decreases the frequency of 5 commas. The comma being the ninth part of the difference between the frequencies of two whole tones that follow each other, there is therefore 1 comma difference between a half-tone sharp and its equivalent in flat.
Some instruments produce true shards and true flats (violins, brass, voice, etc.) but others have a fixed tuning (keyboards, guitar, etc.). The semitones on these instruments are made and / or tuned to 4.5 basic tone instead of 5. This means that every time we play a semitone we play a wrong note (a half comma too low for the sharp, too high for the flat)!
Second problem: the tuning method: The tuning methods came into being because the natural intervals do not agree with each other. A range of 12 fifths, for example, does not produce the same interval plus 7 octaves ((3/2) <12> μ 129.7463379) <> (2 <7> = 128). Each interval gives different results.
This phenomenon prevents universal tuning, and whatever combination of intervals is used, it always sounds wrong when playing scales or chords. Over the centuries, dozens of compromises have been developed, usually based on the fashionable intervals of the moment. Some people, such as Werckmeister, Rameau, Kirnberger and Valotti have proposed several compromises. The fifths method comes from Pythagoras. Werckmeister deserves an additional mention because he gave the name of "Wohltemperiert" (well tempered) to one of his compromises, while all the preludes and fugues of his contemporary JSBach bear the name of "Das Wohltemperierte Klavier "; from there to think that Mr. Bach would have liked that one plays his works on an instrument granted according to this method ...
The most popular method at present is that of proportional float, where the octave is divided into 12 equal parts, this compromise distributes the nuisance of intervals that sound wrong, and allows to foil all genres. The organs of the period are granted according to the method in force of the time of their manufacture. Other instruments are tuned according to the music to be produced (example: Baroque ensemble). page 2 2007/0125
Third problem: pipes being tuned by dilation due to temperature changes:
The fluctuations of the temperatures cause the expansion of the pipes of the organ, which changes the frequency produced.
Moreover, since the organ usually has pipes of different materials, the dilatations are not necessarily proportional to the length of the pipe, but vary from one family of pipes to another. An organ can sound very wrong because of changes in temperature.
What we have already tried to solve these problems: It should be noted that all the mechanical solutions to date are limited to adding extra keys with their frequency generators (strings, pipes, etc.). Existing solutions for semitones:
There are organs in Germany with double black keys (with extra pipes and a more elaborate mechanism for wind distribution).
There are also pianos whose black keys have been doubled.
Praetorius (1571-1621) mentions a harpsichord at the German court with 77 keys for 4 octaves (= 19 keys per octave).
Old partitions (for fixed-tuned instruments) have been written in tones that reduce the number of flats or sharps. Existing solution for tuning methods:
AD.Fokker has crafted an electronic organ that has a 12-key-per-octave keyboard that is moved over another 31-octave keyboard. These 31 keys operate the organ tuned according to Christiaan Huygens' 31-tone method. By moving the keyboard 12 keys per octave, it makes a choice of 12 tones among the 31 available (by octave) on the organ.
(This instrument is in a museum.) There is, at present, no solution to the problem of disagreement due to temperature fluctuations.
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Description:
Presentation of the invention
Application: Mechanical instruments with pipes, keyboard or mechanized:
Solution for semitones and tuning methods: Using levers, registers, knobs or selector on the front of the instrument, we can adapt the semitones to flat or sharp to 5 commas of their basic tone, instead of 4.5 commas as it is done at the moment. Similar commands allow a choice of tuning methods. The mechanism is intended to move stops that are at the end of each pipe. Many pipes already have a stop whose purpose is to break the progression of the shock wave in the pipe.
They are currently used to tune the instrument. By moving these stops towards the end of the tube, or inwards, the path to be traveled by the shock wave is lengthened or shortened, which modifies the frequency produced by the pipe. These stops can have all forms.
Those made of a tongue cut into the wall of the metal pipe must be replaced by an independent stop.
The flared pipes are currently deformed to match them and do not have tabs. They must also be provided with an independent stop. The covers of the shortened tubes must be ordered to change their useful length.
The mechanism for actuating the stops is double action and allows to move the stops for both halftones and methods of tuning.
The annexed basic drawing shows the abutment A engaged in the pipe B. The lever C rotates the abutment arm about the axis E, so as to raise or lower the abutment inside the pipe, which leads to a decrease and an increase in frequency, respectively. The cam or eccentric D moves the axis E, which also raises or lowers the stop, this to change the tuning method. This drawing is shown only as an example and is not restrictive! The mechanism can be replaced by a stepper motor or the like on each pipe, which actuates the movement of the stop.
A central unit will then command the motor to move the stopper according to the frequency to be obtained.
Solution to compensate for expansions due to temperature changes: Equipping each pipe with a stepper motor or similar, allows to move the stop in the opposite direction of the expansion of the pipe. It is enough to program this displacement according to the coefficient of dilation and the length of the pipe. A thermocouple, measuring the ambient temperature, instructs a central unit which controls the motors to move the stop attached to it.