EP0698267B1 - Electromechanical piano - Google Patents
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- EP0698267B1 EP0698267B1 EP94915206A EP94915206A EP0698267B1 EP 0698267 B1 EP0698267 B1 EP 0698267B1 EP 94915206 A EP94915206 A EP 94915206A EP 94915206 A EP94915206 A EP 94915206A EP 0698267 B1 EP0698267 B1 EP 0698267B1
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- piano
- hammer
- key
- sensor
- motor
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
- G10H1/32—Constructional details
- G10H1/34—Switch arrangements, e.g. keyboards or mechanical switches specially adapted for electrophonic musical instruments
- G10H1/344—Structural association with individual keys
- G10H1/346—Keys with an arrangement for simulating the feeling of a piano key, e.g. using counterweights, springs, cams
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10C—PIANOS, HARPSICHORDS, SPINETS OR SIMILAR STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS WITH ONE OR MORE KEYBOARDS
- G10C3/00—Details or accessories
- G10C3/12—Keyboards; Keys
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- G—PHYSICS
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- G10C—PIANOS, HARPSICHORDS, SPINETS OR SIMILAR STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS WITH ONE OR MORE KEYBOARDS
- G10C3/00—Details or accessories
- G10C3/16—Actions
- G10C3/18—Hammers
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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- G10C3/20—Actions involving the use of hydraulic, pneumatic or electromagnetic means
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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- G10F1/00—Automatic musical instruments
- G10F1/02—Pianofortes with keyboard
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10G—REPRESENTATION OF MUSIC; RECORDING MUSIC IN NOTATION FORM; ACCESSORIES FOR MUSIC OR MUSICAL INSTRUMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. SUPPORTS
- G10G3/00—Recording music in notation form, e.g. recording the mechanical operation of a musical instrument
- G10G3/04—Recording music in notation form, e.g. recording the mechanical operation of a musical instrument using electrical means
Definitions
- the present invention relates to a piano.
- a classical piano is a musical instrument which includes strings capable of being struck by hammers, a keyboard and a mechanical connection system between each key of the keyboard and a hammer.
- This mechanical connection system is one of the key elements of a piano and has been the subject of numerous studies and numerous improvements, in particular with regard to the so-called single-exhaust and double-exhaust systems.
- Figure 1 very schematically illustrates such a connection system between a key and a hammer.
- a string 1 fixed to the piano frame, symbolized by hatching, is likely to be struck by a hammer 2 and, in the absence of actuation, to be damped by a damper 3.
- the head of the hammer generally provided of a felt, is connected by a handle 4 to an axis 6.
- a key 10 is articulated around an axis 11 and is capable of throwing the hammer towards the rope by means of a launching lever 13 recalled by a spring R.
- a cam system 14, 15 means that, after an initial propulsive stroke, the launch lever 13 "escapes" relative to the zone 15 at which the end of this lever presses on the hammer handle.
- an initial impulse on the key launches the hammer and causes it to strike the string while a slow movement of the key has no action.
- a part 17, called catch which dampens the return of this hammer.
- a handle 19 of the damper 3 is also pressed by the button when the latter is pressed and the damper 3 is then moved away from the rope and then comes back into place under the effect of its own inertia when the button is released.
- Pneumatic or mechanical pneumatic systems are also known in which the hammers of a piano without keyboard are propelled by a jet of air penetrating into the instrument thanks to the perforations of a paper roll in correspondence with the holes of a rule. These systems are generally relatively primitive and the recording mode does not provide music of the same quality as that played on a classical piano.
- motors / sensors having a keyboard function can also constitute actuators.
- the processor providing a feedback control signal in response to the key signal is controlled by an image signal from that normally provided by the key.
- an electro-mechanical piano comprising as actuating means of each of its keys a system both sensor and motor controlled by computer.
- An object of the present invention is to provide a piano structurally identical in its generating part of sound (strings struck) to a conventional piano, and whose string striking system is simplified.
- Another object of the present invention is to provide such a piano having a keyboard functionally identical for the user to the keyboard of a conventional piano but in which the key / hammer link mechanism is simplified.
- Another object of the present invention is to provide a piano which can behave in a strictly identical manner to a conventional piano but provided with additional possibilities of recording and modification of the pianist's playing or modification of the sounds provided.
- the present invention provides a piano comprising as a means of actuating each of its hammers an electric motor / sensor controlled by computer.
- each key on the keyboard of this piano consists of a flat modular motor / sensor coupled to a processing system and the output signals of which determine, via this processing system , the displacement of at least one of said motors / sensors.
- this piano comprises means for memorizing the sequence of the signals produced by each key actuation.
- each actuation / key motor / sensor is connected to a signal bus of a processing processor by a forward link comprising a position sensor and an analog / digital converter and a return link comprising a digital / analog converter and an amplifier.
- the processing processor is associated with a sampling clock and takes into account the position information of each analog / digital converter at each clock time and provides reaction information at each digital / analog converter at each following clock time.
- FIG. 2 there is a string 1 fixed to a piano frame, these two elements being in no way modified compared to a conventional piano.
- the rope is capable of being struck by a hammer head 2 and damped by a damper 3.
- the hammer and the damper are mounted on the head 30 of the axis of a motor / sensor 31 controlled by a microcontroller or computer 34.
- a first link 35 supplies the motor 31 with the control signals coming from the computer 34 and a second link 36 returns information received by the computer to the computer 34 motor sensor / sensor on the positions and movements of the hammer at all times when it moves then strikes the rope 1.
- the computer 34 can control the various meters 31 arbitrarily under the effect of a pre-stored program and possibly designed in a computerized manner. Those skilled in the art will find the information useful for programming the computer to fulfill a desired function in the various articles mentioned above.
- the piano according to the present invention has exactly the same function as a conventional piano.
- the conventional keyboard of a piano is replaced by a keyboard made up of motors / sensors 40 each of which is coupled to the computer 34 by a forward link 41 and a return link 42.
- FIG. 3 shows in a little more detail and in the form of blocks the electronic arrangement of the connection system between the motors / sensors of the hit 40 and the motors / sensors of the hammer 31.
- Each circuit / sensor 40 is associated with a circuit sensor electronics 50 which supplies an analog / digital converter 51 with a quantity indicative of the movement of a key.
- the key sensor 40 receives, via a digital / analog converter 53 and an amplifier 54, signals from a signal bus 56 coupled to a processing processor 58.
- a digital converter / analog 60 receives information from the signal bus 56 and supplies it via an amplifier 61 to the motor / sensor 31. Any movement of this motor / sensor 31 is processed by an electronic circuit 63 which supplies the information of position corresponding to signal bus 56 via an analog / digital converter 64.
- the processing system may include the aforementioned processing processor 58 associated with a management processor 66 coupled to a communication network by an input access / output 68, and associated with a mass memory 69 and with a control panel 70. It is possible to use a set of processing processors each of which is associated with one or more sets of motors / sensors 40, 31, all of these processing processors being associated with a single management processor managing all the keyboard and all the motors / hammer sensors. In the context of the following description, to simplify the case where there is provided a single processing processor 58 and a single signal bus 56.
- the management processor 66 is preferably a local management microprocessor which allows management of the operating modes of the processing processor 58, that is to say for example the choice of processing models, the adjustment of the parameters, the configuration of the key / hammer links.
- the mass memory 69 associated with the management processor 66 contains all the programs capable of being used by the processing processor 58.
- the processing processor 58 also includes an input / output access 71 making it possible to supply signals Midi type standard (Musical Instrument Digital Interface) intended to control a synthesizer, or on the contrary to receive Midi codes to directly actuate hammer motors / sensors.
- Midi type standard Musical Instrument Digital Interface
- the positions of the keys and hammers, provided by the analog / digital converters 51 and 64 are sampled at a fixed rate, typically of 1 kHz and the processing processor calculates from these samples, at the rate where they are supplied, the reaction forces to be supplied to the motors / sensors 40 and 31, these reaction values being sent to the digital / analog converters 53 and 60 at each following sampling period.
- the material elements are the fingerboard, the hammer, the fixed frame.
- the connecting elements are the two kinematic chains of the hammer key, namely that of the launch lever 13 and that of the catch 17; the linkage of the hammer rest stop this one to the frame; the links of the restoring force type connecting the key and the frame on the one hand, the hammer and the frame on the other hand which are, as indicated above, links which correspond to the forces of gravity.
- the two states of this automaton represent the two states of the launch lever 13 of FIG. 1. These are the "free” state and the "linked” state.
- the transition table with the corresponding produced values for K and Z is as follows, Ste being a fixed parameter adjusted once and for all which determines the escape threshold.
- K (n + 1) Z (n + 1) ⁇ Ste > 0 Free Related 0 0 > Ste > 0 Free Free 0 0 ⁇ Ste ⁇ 0 Free Free 0 0 > Ste ⁇ 0 Free Free 0 0 ⁇ Ste > 0 Related Related 0 0 > Ste > 0 Related Free 0 0 ⁇ Ste ⁇ 0 Related Knockout ZO > Ste ⁇ 0 Related Free 0 0
- the parameters L and B can vary under the control of the management processor, for example to correspond to the action of a mute pedal which modifies in a real device the rest position of the hammer and therefore makes it possible to modify its striking speed for a given keyboard touch.
- the link has two states, the free state and the linked state, but unlike the link by the launch lever, the state is not memorized and is determined at each sampling step as a function of the relative positions of the key. and hammer.
- the following table characterizes this parameter control module Pos. relative Hammer / Key Xm (n) -R * Xt (n) K (n + 1) Z (n + 1) Zs (n + 1) > 0 0 0 0 ⁇ 0 K1 Z1 Zs1
- An advantage of the piano according to the present invention is that it will have for the user exactly the same characteristics as a conventional piano but that the complex mechanical mechanism between keys and hammers has been replaced by an electromechanical and electronic system in which all adjustments can be made by computer processing.
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Abstract
Description
La présente invention concerne un piano.The present invention relates to a piano.
Un piano classique est un instrument de musique qui comprend des cordes susceptibles d'être frappées par des marteaux, un clavier et un système de liaison mécanique entre chaque touche du clavier et un marteau. Ce système de liaison mécanique est l'un des éléments clef d'un piano et a fait l'objet de nombreuses études et de nombreux perfectionnements notamment en ce qui concerne les systèmes dits à échappement simple et à double échappement.A classical piano is a musical instrument which includes strings capable of being struck by hammers, a keyboard and a mechanical connection system between each key of the keyboard and a hammer. This mechanical connection system is one of the key elements of a piano and has been the subject of numerous studies and numerous improvements, in particular with regard to the so-called single-exhaust and double-exhaust systems.
La figure 1 illustre très schématiquement un tel système de liaison entre une touche et un marteau. Une corde 1 fixée au cadre du piano, symbolisé par des hachures, est susceptible d'être frappée par un marteau 2 et, en l'absence d'actionnement, d'être amortie par un étouffoir 3. La tête du marteau, généralement munie d'un feutre, est reliée par un manche 4 à un axe 6. Une touche 10 est articulée autour d'un axe 11 et est susceptible de lancer le marteau vers la corde par l'intermédiaire d'un levier de lancement 13 rappelé par un ressort R. Un système de came 14, 15 fait que, après une course propulsive initiale, le levier de lancement 13 "échappe" par rapport à la zone 15 au niveau de laquelle l'extrémité de ce levier appuie sur le manche du marteau. Ainsi, une impulsion initiale sur la touche lance le marteau et l'amène à frapper la corde tandis qu'un déplacement lent de la touche n'a pas d'action. Pour éviter des rebonds du marteau, il est prévu une pièce 17, dite attrappe, qui amortit le retour de ce marteau. Un manche 19 de l'étouffoir 3 est également sollicité par la touche quand celle-ci est pressée et l'étouffoir 3 est alors éloigné de la corde puis revient en place sous l'effet de sa propre inertie quand la touche est relâchée.Figure 1 very schematically illustrates such a connection system between a key and a hammer. A string 1 fixed to the piano frame, symbolized by hatching, is likely to be struck by a hammer 2 and, in the absence of actuation, to be damped by a
La représentation de la figure 1 et la description ci-dessus sont extrêmement succintes et sont uniquement destinées à rappeler qu'un mécanisme de liaison touche/marteau est un mécanisme complexe dans un piano. Ce mécanisme est délicat à fabriquer et susceptible d'usure ou de déréglage. Son réglage, son remplacement et sa réparation sont difficiles et exigent de faire appel à des spécialistes hautement qualifiés qui sont à notre époque de moins en moins nombreux.The representation of Figure 1 and the description above are extremely succinct and are only intended to remind that a key / hammer link mechanism is a complex mechanism in a piano. This mechanism is delicate to manufacture and susceptible to wear or adjustment. Its adjustment, replacement and repair are difficult and require the use of highly qualified specialists who are fewer and fewer in our time.
Par ailleurs, on connaît des pianos électroniques dans lesquels il n'existe plus de cordes mais des systèmes électroniques à oscillateur et haut-parleur qui visent à reproduire la sonorité de cordes frappées ou pincées. En fait, ces instruments électroniques, incluant des pianos numériques, des synthétiseurs et des orgues électroniques, constituent des instruments différents des pianos traditionnels car ils n'arrivent jamais à reproduire exactement les sonorités de cordes frappées mais permettent par contre de nouvelles possibilités musicales.In addition, electronic pianos are known in which there are no longer strings but electronic oscillator and speaker systems which aim to reproduce the sound of strings struck or plucked. In fact, these electronic instruments, including digital pianos, synthesizers and electronic organs, are instruments different from traditional pianos because they never manage to reproduce exactly the sounds of strings struck but on the other hand allow new musical possibilities.
On connaît également des systèmes pneumatiques ou mécano-pneumatiques dans lesquels les marteaux d'un piano sans clavier sont propulsés par un jet d'air pénétrant dans l'instrument grâce aux perforations d'un rouleau de papier en correspondance avec les trous d'une règle. Ces systèmes sont généralement relativement primitifs et le mode d'enregistrement ne permet pas de fournir une musique de la même qualité que celle jouée sur un piano classique.Pneumatic or mechanical pneumatic systems are also known in which the hammers of a piano without keyboard are propelled by a jet of air penetrating into the instrument thanks to the perforations of a paper roll in correspondence with the holes of a rule. These systems are generally relatively primitive and the recording mode does not provide music of the same quality as that played on a classical piano.
Dans le but de rendre le clavier d'un piano électronique similaire dans son toucher au clavier d'un piano classique à liaison mécanique entre touche et marteau, le brevet américain 5 107 262, Claude Cadoz et al., "Modular Retroactive Keyboard and a Flat Moduler Actuator" décrit un clavier constitué d'éléments modulaires à moteurs/capteurs couplés à un ordinateur, dont chacun peut simuler exactement le comportement d'une touche de piano classique ou d'un autre instrument à clavier. Les signaux émis par ces modules sont codés de diverses manières et envoyés à un ordinateur qui les gère pour les mémoriser ou actionner classiquement un piano électronique ou autre synthétiseur.In order to make the keyboard of an electronic piano similar in its touch to the keyboard of a classical piano with mechanical connection between key and hammer, American patent 5 107 262, Claude Cadoz et al., "Modular Retroactive Keyboard and a Flat Moduler Actuator "describes a keyboard made up of modular elements with motors / sensors coupled to a computer, each of which can simulate exactly the behavior of a classical piano key or another keyboard instrument. The signals emitted by these modules are coded in various ways and sent to a computer which manages them to memorize them or operate conventionally an electronic piano or other synthesizer.
Une approche du mode de simulation rétro-actif et de codage adapté à des systèmes musicaux est par exemple décrite dans Computer Music Journal, Volume 8, N° 3, 1984, pp 60-73, C. Cadoz et al., "Responsive Input Devices and Sound Synthesis Simulation of Instrumental Mechanism: The CORDIS System" ; dans International Computer Music Conference Proceedings 1986, J.L. Florens et al., "Optimized Real Time Simulation of Objects for Musical Synthesis and Animated Images Synthesis" ; et dans Computer Music Journal, Volume 17, N° 1, 1993, pp 19-29, C. Cadoz et al., "CORDIS-ANIMA: A Modeling and Simulation System for Sound and Image Synthesis- the General Formation".An approach to the retroactive simulation and coding mode suitable for musical systems is for example described in Computer Music Journal, Volume 8, N ° 3, 1984, pp 60-73, C. Cadoz et al., "Responsive Input Devices and Sound Synthesis Simulation of Instrumental Mechanism: The CORDIS System "; in International Computer Music Conference Proceedings 1986, J.L. Florens et al., "Optimized Real Time Simulation of Objects for Musical Synthesis and Animated Images Synthesis"; and in Computer Music Journal, Volume 17, N ° 1, 1993, pp 19-29, C. Cadoz et al., "CORDIS-ANIMA: A Modeling and Simulation System for Sound and Image Synthesis- the General Formation".
De plus, il est exposé dans le brevet américain susmentionné que des moteurs/capteurs ayant une fonction de clavier peuvent également constituer des actionneurs. En ce cas, le processeur fournissant un signal de commande de rétroaction en réponse au signal de la touche est commandé par un signal image de celui normalement fourni par la touche. Il est également connu du document US-A-4 970 928 un piano électro-mecanique comprenant comme moyen d'actionnement de chacune de ses touches un système à la fois capteur et moteur commandé par ordinateur.In addition, it is stated in the aforementioned US patent that motors / sensors having a keyboard function can also constitute actuators. In this case, the processor providing a feedback control signal in response to the key signal is controlled by an image signal from that normally provided by the key. It is also known from document US-A-4,970,928 an electro-mechanical piano comprising as actuating means of each of its keys a system both sensor and motor controlled by computer.
Un objet de la présente invention est de prévoir un piano structurellement identique dans sa partie génératrice de son (cordes frappées) à un piano classique, et dont le système de frappe de corde soit simplifié.An object of the present invention is to provide a piano structurally identical in its generating part of sound (strings struck) to a conventional piano, and whose string striking system is simplified.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel piano présentant un clavier fonctionnellement identique pour l'utilisateur au clavier d'un piano classique mais dans lequel le mécanisme de liaison touche/marteau soit simplifié.Another object of the present invention is to provide such a piano having a keyboard functionally identical for the user to the keyboard of a conventional piano but in which the key / hammer link mechanism is simplified.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un piano pouvant se comporter de façon strictement identique à un piano classique mais muni de possibilités supplémentaires d'enregistrement et de modification du jeu du pianiste ou de modification des sons fournis.Another object of the present invention is to provide a piano which can behave in a strictly identical manner to a conventional piano but provided with additional possibilities of recording and modification of the pianist's playing or modification of the sounds provided.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un piano comprenant comme moyen d'actionnement de chacun de ses marteaux un moteur/capteur électrique commandé par ordinateur.To achieve these objects, the present invention provides a piano comprising as a means of actuating each of its hammers an electric motor / sensor controlled by computer.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque touche du clavier de ce piano est constituée d'un moteur/ capteur modulaire plat couplé à un système de traitement et dont les signaux de sortie déterminent, par l'intermédiaire de ce système de traitement, le déplacement de l'un au moins desdits moteurs/capteurs.According to an embodiment of the present invention, each key on the keyboard of this piano consists of a flat modular motor / sensor coupled to a processing system and the output signals of which determine, via this processing system , the displacement of at least one of said motors / sensors.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce piano comprend des moyens pour mémoriser la séquence des signaux produits par chaque actionnement de touche.According to an embodiment of the present invention, this piano comprises means for memorizing the sequence of the signals produced by each key actuation.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque moteur/capteur d'actionnement et de touche est relié à un bus de signal d'un processeur de traitement par une liaison aller comprenant un capteur de position et un convertisseur analogique/numérique et une liaison retour comprenant un convertisseur numérique/analogique et un amplificateur.According to an embodiment of the present invention, each actuation / key motor / sensor is connected to a signal bus of a processing processor by a forward link comprising a position sensor and an analog / digital converter and a return link comprising a digital / analog converter and an amplifier.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le processeur de traitement est associé à une horloge d'échantillonnage et prend en compte les informations de position de chaque convertisseur analogique/numérique à chaque temps d'horloge et fournit des informations de réaction à chaque convertisseur numérique/analogique à chaque temps d'horloge suivant.According to an embodiment of the present invention, the processing processor is associated with a sampling clock and takes into account the position information of each analog / digital converter at each clock time and provides reaction information at each digital / analog converter at each following clock time.
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
- la figure 1 représente très schématiquement un mécanisme de liaison touche/marteau d'un piano classique ;
- la figure 2 représente un système de liaison touche/ marteau selon la présente invention ; et
- la figure 3 est un schéma plus détaillé d'un mode de réalisation d'un système de liaison touche/marteau selon la présente invention.
- Figure 1 very schematically shows a key / hammer link mechanism of a conventional piano;
- FIG. 2 represents a hammer / hammer connection system according to the present invention; and
- Figure 3 is a more detailed diagram of an embodiment of a key / hammer connection system according to the present invention.
Dans la description suivante, on supposera connue la demande de brevet européen 365 441 ainsi que le brevet américain 5 107 262 qui revendiquent tous deux la priorité de la demande de brevet français 88/14064 du demandeur.In the following description, it will be assumed that the European patent application 365 441 is known as well as the American patent 5 107 262 which both claim priority from the French patent application 88/14064 of the applicant.
Dans le système selon la présente invention illustré en figure 2, on retrouve une corde 1 fixée à un cadre de piano, ces deux éléments n'étant en rien modifiés par rapport à un piano classique. Comme précédemment, la corde est susceptible d'être frappée par une tête de marteau 2 et amortie par un étouffoir 3. Mais, selon la présente invention, le marteau et l'étouffoir sont montés sur la tête 30 de l'axe d'un moteur/ capteur 31 commandé par un micro-contrôleur ou ordinateur 34. Une première liaison 35 fournit au moteur 31 les signaux de commande en provenance de l'ordinateur 34 et une deuxième liaison 36 renvoie à l'ordinateur 34 une information, captée par le capteur du moteur/capteur sur les positions et les déplacements du marteau à chaque instant quand il se déplace puis qu'il frappe la corde 1.In the system according to the present invention illustrated in FIG. 2, there is a string 1 fixed to a piano frame, these two elements being in no way modified compared to a conventional piano. As before, the rope is capable of being struck by a hammer head 2 and damped by a
Une réalisation d'un actionneur modulaire plat pouvant servir de moteur/capteur 31 est décrite dans les brevets cités précédemnent. On notera que l'écart classique entre cordes est du même ordre de grandeur que l'écart entre touches d'un clavier et donc que la réalisation des actionneurs modulaires plats permettant de satisfaire aux contraintes dimensionnelles d'un clavier convient pour la réalisation d'un moteur/capteur 31 selon la présente invention.An embodiment of a flat modular actuator which can serve as a motor /
L'ordinateur 34 peut commander les divers mteurs 31 de façon arbitraire sous l'effet d'un programme prémémorisé et éventuellement conçu de façon informatique. L'homme de l'art trouvera les informations utiles à la programmation de l'ordinateur pour satisfaire à une fonction souhaitée dans les divers articles susmentionés.The
On peut aussi prévoir que le piano selon la présente invention ait exactement la même fonction qu'un piano classique. Pour cela, on remplace le clavier classique d'un piano par un clavier constitué de moteurs/capteurs 40 dont chacun est couplé à l'ordinateur 34 par une liaison aller 41 et une liaison retour 42.It can also be provided that the piano according to the present invention has exactly the same function as a conventional piano. For this, the conventional keyboard of a piano is replaced by a keyboard made up of motors /
La figure 3 représente de façon un peu plus détaillée et sous forme de blocs l'agencement électronique du système de liaison entre les moteurs/capteurs de touche 40 et les moteurs/ capteurs de marteau 31. A chaque moteur/capteur 40 est associé un circuit électronique de capteur 50 qui fournit à un convertisseur analogique/numérique 51 une grandeur indicative du déplacement d'une touche. Le moteur/capteur de touche 40 reçoit, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 53 et d'un amplificateur 54, des signaux en provenance d'un bus de signal 56 couplé à un processeur de traitement 58. Un convertisseur numérique/analogique 60 reçoit des informations du bus de signal 56 et les fournit par l'intermédiaire d'un amplificateur 61 au moteur/capteur 31. Tout déplacement de ce moteur/capteur 31 est traité par un circuit électronique 63 qui fournit l'information de position correspondante au bus de signal 56 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique 64.FIG. 3 shows in a little more detail and in the form of blocks the electronic arrangement of the connection system between the motors / sensors of the
Le système de traitement peut comprendre le processeur de traitement 58 susmentionné associé à un processeur de gestion 66 couplé à un réseau de communication par un accès d'entrée/ sortie 68, et associé à une mémoire de masse 69 et à un panneau de contrôle 70. On peut utiliser un ensemble de processeurs de traitement dont chacun est associé à un ou plusieurs ensembles de moteurs/capteurs 40, 31, l'ensemble de ces processeurs de traitement étant associé à un unique processeur de gestion gérant tout le clavier et l'ensemble des moteurs/capteurs de marteau. Dans le cadre de la description suivante, on considérera pour simplifier le cas où il est prévu un seul processeur de traitement 58 et un seul bus de signal 56. Le processeur de gestion 66 est de préférence un microprocesseur de gestion locale qui permet une gestion des modes de fonctionnement du processeur de traitement 58, c'est-à-dire par exemple le choix des modèles de traitement, le réglage des paramètres, la configuration des liens touche/marteau. De préférenee, la mémoire de masse 69 associée au processeur de gestion 66 contient tous les programmes susceptibles d'être utilisés par le processeur de traitement 58. Le processeur de traitement 58 comprend également un accès d'entrée/sortie 71 permettant de fournir des signaux normalisés de type Midi (Musical Instrument Digital Interface) destinés à commander un synthétiseur, ou au contraire à recevoir des codes Midi pour actionner directement les moteurs/capteurs de marteau.The processing system may include the
Dans un rude de fonctionnement préféré, les positions des touches et marteaux, fournies par les convertisseurs analogiques/numériques 51 et 64 sont échantillonnées à une cadence fixe, typiquement de 1 kHz et le processeur de traitement calcule à partir de ces échantillons, au rythme où ils sont fournis, les forces de réaction à fournir aux moteurs/capteurs 40 et 31, ces valeurs de réaction étant envoyées aux convertisseurs numérique/analogique 53 et 60 à chaque période d'échantillonnage suivante.In a rough preferred operation, the positions of the keys and hammers, provided by the analog /
Pour effectuer le calcul des forces de réaction à appliquer à chaque moteur/capteur en réponse aux détections de position, on utilise un modèle basé sur la représentation simplifiée d'un piano appparaissant en figure 1. Ce modèle comprend deux chaînes cinématiques liant le mouvement de la touche à celui du marteau. Ces chaînes comprennent :
- le levier de
lancement 13 qui intervient dans la phase d'accélération du marteau à partir de la position de repos de la touche ; au-delà du seuil d'échappement, l'effet de ce marteau de lancement disparaît grâce à lapièce 14 et n'est retabli que par le retour de la touche à sa position de repos sous l'effet du ressort de rappel R ; - l'attrape-marteau 17 qui constitue un lien rigide entre la touche et le marteau, avec un fort effet de viscosité : tout se passe comme si, en plus du lien rigide, un frottement visqueux avec le bâti intervenait. Ce lien permet l'amortissement du mouvement du marteau après impact et retour à la position de repos. Le rapport cinématique par cette deuxième liaison de la touche au marteau est différent de celui établi par le levier de lancement.
- the
launch lever 13 which intervenes in the hammer acceleration phase from the rest position of the key; beyond the exhaust threshold, the effect of this launch hammer disappears thanks to thepart 14 and is only restored by the return of the key to its rest position under the effect of the return spring R; - the hammer catcher 17 which constitutes a rigid link between the fingerboard and the hammer, with a strong viscosity effect: everything happens as if, in addition to the rigid link, a viscous friction with the frame intervened. This link allows the damping of the hammer movement after impact and return to the rest position. The kinematic ratio by this second connection of the key to the hammer is different from that established by the launch lever.
Ce sont les forces de gravité qui ramènent la touche et le marteau à leur position de repas.These are the forces of gravity that bring the fingerboard and the hammer back to their meal position.
L'analyse d'un mécanisme décrit par ce modèle montre qu'il comporte deux types d'éléments : des éléments matériels et des éléments de liaison.
- Les éléments matériels correspondent à des pièces fixes ou mobiles possédant une inertie. Ces éléments sont simulés par un processus recevant des forces et produisant des positions.
- les éléments de liaison déterminent les forces de liaison entre les éléments matériels. Ils sont simulés par des processus recevant des positions et produisant des forces.
- The material elements correspond to fixed or mobile parts having inertia. These elements are simulated by a process receiving forces and producing positions.
- the connecting elements determine the connecting forces between the material elements. They are simulated by processes receiving positions and producing forces.
Dans le cadre du modèle considéré, les éléments matériels sont la touche, le marteau, le bâti fixe. Les éléments de liaison sont les deux chaînes cinématiques de la touche au marteau, à savoir oelle du levier de lancement 13 et celle de l'attrappe 17 ; la liaison de butée de repos du marteau liant celui-ci au bâti ; les liaisons de type force de rappel liant la touche et le bâti d'une part, le marteau et le bâti d'autre part qui sont comme on l'a indiqué précédemment des liaisons qui correspondent aux forces de gravité.In the context of the model considered, the material elements are the fingerboard, the hammer, the fixed frame. The connecting elements are the two kinematic chains of the hammer key, namely that of the
Cette liaison est représentée par une liaison viscoélastique dont les paramètres de raideur K et de viscosité Z sont variables à chaque pas d'échantillonnage. Le traitement comprend donc deux parties :
- a) la partie visco-élastique dont le calcul de force est défini par les équations suivantes :
- force appliquée au marteau
- n-1, n et n+1 désignent trois périodes d'échantillonnage successives
- Fm(n) indique la force appliquée au marteau pendant la période d'échantillonnage n,
- Xm(n) désigne la position du marteau à l'instant n, et R et L sont des constantes.
- force appliquée à la touche (Ft) :
- force appliquée au marteau
- b) Le coetrôle des paramètres K(n) et Z(n)
- a) the visco-elastic part whose force calculation is defined by the following equations:
- force applied to the hammer
- n-1, n and n + 1 denote three successive sampling periods
- Fm (n) indicates the force applied to the hammer during the sampling period n,
- Xm (n) denotes the position of the hammer at time n, and R and L are constants.
- force applied to the key (Ft) :
- force applied to the hammer
- b) The co-control of the parameters K (n) and Z (n)
C'est un automate à deux états dont les entrées sont les positions du marteau Xm et de la touche Xt. Les deux états de cet automate représentent les deux états du levier de lancement 13 de la figure 1. Ce sont l'état "libre" et l'état "lié".It is a two-state automaton whose inputs are the positions of the hammer Xm and the key Xt. The two states of this automaton represent the two states of the
La table de transition avec les valeurs produites correspondantes pour K et Z est la suivante, Ste étant un paramètre fixe réglé une fois pour toutes qui détermine le seuil d'échappement.
Les paramètres L et B peuvent varier sous le contrôle du processeur de gestion, par exemple pour correspondre à l'action d'une pédale de sourdine qui modifie dans un dispositif réel la position de repos du marteau et permet donc de modifier sa vitesse de frappe pour un toucher de clavier donné.The parameters L and B can vary under the control of the management processor, for example to correspond to the action of a mute pedal which modifies in a real device the rest position of the hammer and therefore makes it possible to modify its striking speed for a given keyboard touch.
Cette liaison se présente comme une liaison viscoélastique entre la touche et le marteau (raideur K, viscosité Z) et une liaison visqueuse (viscosité Zs) entre le marteau et le bâti. Les paramètres correspondants sont comme dans le cas précédant variables à chaque pas et contrôlés à partir des positions de la touche et du marteau.
- a) Partie visco-élastique
- Force appliquée au marteau:
- Force appliquée à la touche:
- Force appliquée au marteau:
- b) Partie contrôle des paramètres:
- a) Visco-elastic part
- Force applied to the hammer:
- Force applied to the key:
- Force applied to the hammer:
- b) Parameter control part:
La liaison présente deux états, l'état libre et l'état lié mais contrairement à la liaison par le levier de lancement l'état n'est pas mémorisé et est déterminé à chaque pas d'échantillonnage en fonction des positions relatives de la touche et du marteau. La table suivante caractérise ce module de contrôle de paramètres
Cette liaison est du type visco-élastique entre le marteau et le bâti avec contrôle de paramètre par un automate sans mémoire comme précédemment.
a) Partie visco-élastique :
Force appliquée au marteau :
b) contrôle des paramètres
a) Visco-elastic part:
Force applied to the hammer:
b) control of parameters
Il s'agit de forces constantes supplémentaires appliquées au marteau et à la touche.These are additional constant forces applied to the hammer and fingerboard.
Ensuite, la sommation des divers éléments de la force est réalisée. Un calcul correspondant au modèle désigné ci-dessus est aisément mis en oeuvre par programmation pour être réalisé par le microprocesseur de traitment 58.Then, the summation of the various elements of the force is carried out. A calculation corresponding to the model designated above is easily implemented by programming to be carried out by the
Un avantage du piano selon la présente invention est qu'il présentera pour l'utilisateur exactement les mêmes caractéristiques qu'un piano classique mais que l'on a remplacé le système méoanique complexe de liaison entre touches et marteaux par un système électromécanique et électronique dans lequel tous les réglages peuvent être assurés par traitement informatique.An advantage of the piano according to the present invention is that it will have for the user exactly the same characteristics as a conventional piano but that the complex mechanical mechanism between keys and hammers has been replaced by an electromechanical and electronic system in which all adjustments can be made by computer processing.
Bien entendu, si ce peut utiliser le système selon l'invention comme un piano classique, on peut aussi l'utiliser pour assurer des fonctions complexes dont certaines sont déjà réalisées dans des synthétiseurs. Par exemple, par programmation, on peut :
- faire que certaines touches, au lieu de commander un marteau unique, commandent de façon sélectionnée un ensemble de marteaux, simultanément ou avec un léger décalage entre eux, pour réaliser par actionnement d'une seule touche un accord complexe ;
- mémoriser les signaux fournis par le clavier 40 pour reproduire le jeu d'un pianiste exactement de la façon dont il l'a effectué, en tenant compte de son toucher spécifique ;
- utiliser un enregistrement pour rejouer un morceau modifié par traitement électronique ;
- varier ou changer la frappe et corrélativement le toucher, par exemple, pour une frappe de touche donnée modifier la frappe du marteau sur la corde ;
- modifier le toucher de façon arbitraire ou pour qu'il corresponde à d'autres instruments à clavier tels que clavecin, clavicorde, orgue, célesta, harmonium ;
- actionner simultanément un synthétiseur d'accompagnement en utilisant les signaux du clavier ;
- régler la course de retour du moteur 35 pour qu'après une frappe de corde, l'étouffoir ne soit réappliqué qu'après une durée déterminée par l'ordinateur.
- make certain keys, instead of controlling a single hammer, selectively control a set of hammers, simultaneously or with a slight offset between them, to achieve by actuation of a single key a complex chord;
- memorizing the signals supplied by the
keyboard 40 to reproduce the play of a pianist exactly the way he performed it, taking into account his specific touch; - use a recording to replay an electronically edited song;
- vary or change the strike and correspondingly the touch, for example, for a given hit, modify the strike of the hammer on the string;
- modify the touch arbitrarily or so that it corresponds to other keyboard instruments such as harpsichord, clavichord, organ, celesta, harmonium;
- simultaneously operate an accompanying synthesizer using keyboard signals;
- adjust the return stroke of the
motor 35 so that after a stroke of the rope, the damper is not reapplied until after a period determined by the computer.
Bien que l'invention ait été décrite dans le cadre d'un mode de réalisation particulier, de nombreuses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de métier.Although the invention has been described in the context of a particular embodiment, many variants and modifications will appear to those skilled in the art.
Claims (5)
- A piano characterized in that it includes, as a means for operating each hammer (2) a first computer-controlled electrical motor/sensor (31) that acts directly on the corresponding motor.
- The piano of claim 1, characterized in that each key of its keyboard is formed by a flat second modular motor/sensor (40) coupled to a processing system (34) and whose output signals determine, through said processing system, the motion of at least one of said first motors (31).
- The piano of claim 2, characterized in that it comprises means for storing the sequence of signals generated each time the keys are actuated.
- The piano of claim 2, characterized in that each first and second motor/sensor is connected to a signal bus (56) of a processor (58) through an output link which comprises a position sensor (50, 63) and an analog-to-digital converter (51, 64) and a return link which comprises a digital-to-analog converter (53, 60) and an amplifier (54, 61).
- The piano of claim 4, characterized in that the processor (58) is associated with a sampling clock and takes into account the position information of each analog-to-digital converter at each clock pulse and provides feedback information to each digital-to-analog converter at each subsequent clock pulse.
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