EP1191515A1 - Controlling device for a musical instrument - Google Patents
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- EP1191515A1 EP1191515A1 EP00120895A EP00120895A EP1191515A1 EP 1191515 A1 EP1191515 A1 EP 1191515A1 EP 00120895 A EP00120895 A EP 00120895A EP 00120895 A EP00120895 A EP 00120895A EP 1191515 A1 EP1191515 A1 EP 1191515A1
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- G10C—PIANOS, HARPSICHORDS, SPINETS OR SIMILAR STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS WITH ONE OR MORE KEYBOARDS
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Definitions
- the present invention relates to a control device a musical instrument, in particular a chime, comprising a first set of keys, each key being provided with a sensor and force regulation means.
- Such a device is known from patent application EP-A-0455404.
- the keys make it possible to order sound generators to produce sound.
- the sensor, with which each key is provided makes it possible to detect that the key has been operated by the musician.
- the means of force regulation as to them contribute to produce an effect which means that the musician obtains a sensitivity in the key, comparable to that which he would normally feel if he played a conventional instrument.
- a disadvantage of the known device is that its application is limited to electronic keyboards where the sound is reproduced so electronically and not conventionally.
- Static force is made up of two components, in particular a component which is due to the terrestrial attraction and a component which is due to a restoring force, exerted on the element of strikes, in this case the clapper of a chime or the hammer of the piano.
- the dynamic force is the force required to subject the element to hits a displacement according to the acceleration imposed on it by the musician who controls the key.
- the object of the invention is to provide a device for control of a musical instrument which allows dissociation mechanics between the striking elements and the keys while giving to the musician the sensitivity necessary for his playing.
- a device comprises a second set of elements of typing, each key in the first set is assigned an element of typing of the second set, keys and keystrokes are mechanically dissociated from each other, said means of force regulation being arranged to impose on the key, on which they are associated, a static force substantially identical to that which would have imposed the striking element if it had been connected to the key and in that each sensor is arranged to measure a displacement rate of the key to which it is associated, each sensor being connected to a first signal generator arranged to receive said displacement rate and to convert it into a first signal comprising said rate and a identification of the key associated with the sensor, said first generator being connected to a transmitter arranged to transmit the first signal, each impactor being connected to a servo motor for the element of striking, each servo motor being connected to a second signal generator which is connected to a receiver arranged to receive the first signal, said second generator being arranged to produce on base of the first signal a servo signal of
- a first embodiment of a following device the invention is characterized in that the stroke traveled by the key is normalized, said sensor being arranged to measure and express said rate in proportion to the normalized stroke value.
- the normalization of the stroke allows a proportional measurement of the rate of displacement, which in turn allows proportional control of the rate of enslavement.
- a second embodiment of a following device the invention is characterized in that said other sensor is connected to the second generator which is arranged to produce said signal also as a function of the displacement rate received from the other sensor. This allows to impose a movement relative to the element typing.
- a third embodiment of a following device the invention is characterized in that each servo motor is provided with an element for measuring the supply current, said element being connected to a first input of a comparator, one of which second input is connected to the second generator, said comparator being arranged to compare the servo signal to the current measured supply and to produce based on this comparison a power control for the servo motor. This allows precise control of the servo motor.
- the following description relates to a chime. But he will the present invention is not limited to a chime and can be applied to any musical instrument that has a fingerboard and a striking element such as for example a piano or a harpsichord.
- a traditional chime as illustrated schematically in FIG. 1 is a musical instrument composed of a keyboard, having a first set of keys 1, only one of which is illustrated in FIG. 1. Each key actuates a striking element 7, which in the case of a chime is formed by the leaf. All of the striking elements thus forming a second set. The race of the key is limited by two stops 2, 3 placed on either side of the touch.
- the link 4 between the key and the beating is mechanical, for example using returned metallic wires by brackets.
- the keys actuated by the carillonneur benefit a fairly large clearance, which allows it to strike more or weaker or possibly even bringing the clapper slowly close bell 6 to strike small isolated or repeated shots.
- This mechanical connection is not made without loss of power which needs to limit its extension in space.
- the keyboard must therefore be located a short distance from the bells which implies that the carillonneur is housed at the top of the tower, far from his audience.
- a return spring 8 is connected to the leaf 7.
- the keyboard is mechanically separated from the leaves, as is the case in the present invention, it will not only be necessary reproduce at the keyboard the same mechanical sensation but also determine the position of the leaf in spatial synchronism with the position of the key. It will therefore be necessary to measure the position of each key and transmit it to each leaf.
- each key of force regulation means as illustrated in FIGS. 2 to 4, which are arranged to impose on the key with which they are associated a static force substantially identical to that which would have been imposed the key striking element.
- each key 1 is linked, by example using cable, triangle or other link 4 mechanical to a mass 10.
- This mass 10 is itself connected to a spring 11 which exerts a restoring force.
- the mass race is limited by means of a stop 9. As illustrated in FIG. 2, the mass can be suspended perpendicular to the ground. But she can also be inclined at an angle ⁇ (see figure 3) or parallel to the ground (figure 4).
- each key 1 is provided with a sensor 12 as illustrated in the figure 5.
- the sensor is for example formed by a potentiometer, by a optical reflection sensor, by a Hall effect sensor.
- the sensor is connected to a first signal generator 13, arranged to receive the rate displacement and convert it to a first signal which includes this rate and an identification of the key associated with it. This last information can be either a number assigned to the key or an address. This identification is used to decode, at the leaf level, which key the position information comes from.
- the first generator is connected via a bus 14 to a transmitter 15, arranged to transmit the first signal.
- the stroke traveled by the key is standardized, for example in 100 units.
- the clapper must travel a race in synchronism with the key and that the travel is not not necessarily the same, it's interesting to express the race in fraction of a standard unit.
- the zero point being for example the rest position when the maximum value, in this case 100, is assigned at the end of the race.
- the fraction of this standardized unit can not only easily be transposed to the stroke of the beating but will also facilitate the production of the first signal which will include a rate proportional to the value of the normalized stroke. So, for example if the leaf has traveled half of its course maximum, the first signal will have the value 50.
- the sensor will be positioned and linked to its button in function the type of sensor used. So, for example for the potentiometer, the axis of the potentiometer will be coupled to the axis of rotation of the key. Of preferably, the signals produced by the sensor will be captured by sampling in order to quickly follow any change in position.
- the bandwidth of the sensor and the first generator must be sufficient to allow a reliable restitution of the movement. A bandwidth of for example 100 Hz is suitable.
- the first generator 13 can either be formed from a single generator and therefore be connected to all the sensors 12, or be formed of a series of first generators, each element of this series dealing with then a number of sensors.
- the transmitter may consist of a radio transmitter, or produce a transmission by wire, telephone or optical path.
- the transmitter bandwidth must however be at even to transmit a large amount of information from keys and this with minimal delay, for example of the order of 100 ms, which is the time it takes for the sound to travel 30 meters, which is a normal distance for a distance of bells.
- the leaf control device can transmit information, for example example of a fault diagnosis, to the receiver.
- the first signal, produced by the first generator 13 and transmitted by the transmitter 15, will be received by the receiver 16 shown in the figure 6.
- This receiver 16 is connected via a bus 17 to a second generator 18.
- the second generator consists of a series of modules 18-1, 18-2, ..., 18-N so that each of the N bells 6-1, 6-2, .... 6-N has its own module.
- the second generator could also consist of a single module which controls each of the bells or a number lower than that of bells, so that each module controls some of the bells.
- Each of the modules of the second generator 18 is connected to a servo motor 19-1, 19-2, ..., 19-N.
- Each engine of servo being arranged to impose a striking movement to the clapper of the bell 6 with which it is associated.
- the second generator is arranged to receive the first signal from the receiver and to produce on the basis of this first signal a servo signal which it will transmit to the servo motor with which it is associated.
- each second generator module receives the various first signals received and verified, based on the identification included in this first signal, if this first signal is intended for it.
- the identification is formed by the number of the button. So when module 18-2 will receive the first signal containing the identification 2, it will recognize it as being a first signal intended for bell 6-2 and will therefore process it, while the others modules will ignore this first signal.
- the servo motor 19 causes leaf 20 to rotate so that the latter can strike the bell 6.
- the motor 19 must activate the leaf by synchronism with the movement imposed by the carillonneur on the "false-wing". This synchronism does not necessarily have to be in the time, that is, the moment when the carillonneur strikes the key does not necessarily have to match the one where the engine puts the beating on the way, but the synchronism must be in the movement where the clapper of the bell must follow the movement of the key.
- Figure 8 illustrates schematically the function of the second generator 18.
- the first signal S1 is supplied to a first input of this second generator.
- the position of the leaf Pm is preference given to a second input of the second generator. he can also be considered not to measure the position of the leaf and to bring it back each time to its resting point. However, this realization will not allow to obtain the same precision as that where Pm is determined.
- the second generator 18 includes a regulator 21 of leaf position and speed as well as a speed calculator 22 beating. These components can be composed either by discrete components either be integrated into a microprocessor.
- the calculator 22 calculates the leaf speed on the basis of the position signal Pm. Indeed, the variation of the leaf position over time indicates its speed Vm.
- the speed Vm, the position Pm and the first signal S1 are supplied to regulator 21, which also receives a current measurement Im supplied to the servo motor 19. Based on this data, the regulator will determine a control signal Sa which will be supplied to motor 19.
- the stroke of the impactor is preferably normalized, as is this is the case with the stroke of the button.
- another sensor 23 (see Figure 7) is associated with the servo motor 19 and the leaf 7.
- the other sensor is arranged to measure the displacement rate of the beating and expressing the position signal Pm in proportion to the normalized displacement value.
- the zero value is for example assigned to the rest position leaf (i.e. away from the bell) and the maximum value at position where the leaf is in contact with the bell.
- the other sensor is for example formed by a potentiometer, an optical sensor or a Hall effect sensor.
- the sensor associated with the key and the one associated with the leaf are of the same configuration, which limits the risk of error and facilitates calculation.
- Others' bandwidth sensors is preferably less than 100 Hz.
- control signal Sa such as formed by the second generator is schematically illustrated in the Figure 9.
- the first signal S1 and the position signal Pm are supplied to a first comparator 24 which determines the difference Ep between the rate indicated by S1 and the rate indicated by Pm, i.e. the difference between the position received from the key (S1) and the measured position of the leaf (Pm).
- the difference value ⁇ p is converted into a signal speed Vc by a first converter 25.
- the speed signal Vc is proportional to ⁇ p.
- the signal Vm produced by the speed computer 22 and which indicates the current speed of the impactor, is supplied to a second comparator 26 which also receives the speed signal Vc.
- the second comparator 26 is connected to a second converter 27 which converts the difference value ⁇ v into a signal of current Ic proportional to ⁇ v.
- the second converter 27 is connected to a third comparator 28 which also receives the value Im of the current supply, feeding the servo motor 19.
- the second comparator determines the difference between Ic and Im in order to check if the supply current Im corresponds to the setpoint current Ic.
- the transistor 30 is connected between a ground and a coil of solenoid 31 of the servo motor 19.
- the zener diode 32 connected in parallel to the coil 31 ensures demagnetization of the current in the motor servo.
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de commande d'un instrument de musique, en particulier un carillon, comprenant un premier ensemble de touches, chaque touche étant munie d'un capteur et de moyens de régulation de force.The present invention relates to a control device a musical instrument, in particular a chime, comprising a first set of keys, each key being provided with a sensor and force regulation means.
Un tel dispositif est connu de la demande de brevet EP-A-0455404. Dans le dispositif connu, les touches permettent de commander des générateurs de son, afin de produire un son. Le capteur, dont chaque touche est munie, permet de détecter que la touche a été actionnée par le musicien. Les moyens de régulation de force quant à eux, contribuent à produire un effet qui a pour conséquence que le musicien obtient une sensibilité dans la touche, comparable à celle qu'il ressentirait normalement si il jouerait un instrument conventionnel.Such a device is known from patent application EP-A-0455404. In the known device, the keys make it possible to order sound generators to produce sound. The sensor, with which each key is provided, makes it possible to detect that the key has been operated by the musician. The means of force regulation as to them, contribute to produce an effect which means that the musician obtains a sensitivity in the key, comparable to that which he would normally feel if he played a conventional instrument.
Un désavantage du dispositif connu est que son application se limite à des claviers électroniques où le son est reproduit de façon électronique et non pas de façon classique.A disadvantage of the known device is that its application is limited to electronic keyboards where the sound is reproduced so electronically and not conventionally.
Si un musicien joue sur un instrument classique, comme par exemple un carillon ou un piano, il est important qu'il ressent non seulement la force statique dans la touche, mais également la force dynamique. La force statique est constituée de deux composants, notamment un composant qui est dû à l'attraction terrestre et un composant qui est dû à une force de rappel, exercée sur l'élément de frappe, en l'occurrence le battant d'un carillon ou le marteau du piano. La force dynamique est la force nécessaire pour faire subir à l'élément de frappe un déplacement selon l'accélération qui lui est imposée par le musicien qui commande la touche.If a musician plays on a classical instrument, like for example a chime or a piano, it is important that he feels not only the static force in the key, but also the force dynamic. Static force is made up of two components, in particular a component which is due to the terrestrial attraction and a component which is due to a restoring force, exerted on the element of strikes, in this case the clapper of a chime or the hammer of the piano. The dynamic force is the force required to subject the element to hits a displacement according to the acceleration imposed on it by the musician who controls the key.
Même si le dispositif connu tente de reproduire une sensibilité dans la touche, il n'est pas à même de reproduire sur un élément de frappe la commande que le musicien a imposée à la touche. Dans le cas typique d'un carillon, le carillonneur devra directement commander les battants s'il désire éprouver dans les touches la sensibilité qui lui est nécessaire pour jouer de façon adéquate. En pratique cela impose au carillonneur d'être près des cloches et donc loin du public.Even if the known device attempts to reproduce a sensitivity in the key, it is not able to reproduce on a striking element the command that the musician imposed on the key. In the typical case of a chime, the carilloneur should directly control the leaves if he wishes to experience in the keys the sensitivity necessary for him to play adequately. In practical it requires the carillonneur to be near the bells and therefore far public.
L'invention a pour but de réaliser un dispositif de commande d'un instrument de musique qui permet une dissociation mécanique entre les éléments de frappe et les touches tout en donnant au musicien la sensibilité nécessaire à son jeu.The object of the invention is to provide a device for control of a musical instrument which allows dissociation mechanics between the striking elements and the keys while giving to the musician the sensitivity necessary for his playing.
A cette fin, un dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce que le dispositif comporte un deuxième ensemble d'éléments de frappe, à chaque touche du premier ensemble est attribué un élément de frappe du deuxième ensemble, les touches et les éléments de frappé sont mécaniquement dissociés l'un de l'autre, lesdits moyens de régulation de force étant agencés pour imposer à la touche, à laquelle ils sont associés, une force statique sensiblement identique à celle qu'aurait imposée l'élément de frappe s'il avait été relié à la touche et en ce que chaque capteur est agencé pour mesurer un taux de déplacement de la touche à laquelle il est associé, chaque capteur étant relié à un premier générateur de signal agencé pour recevoir ledit taux de déplacement et pour le convertir en un premier signal comprenant ledit taux et une identification de la touche associée au capteur, ledit premier générateur étant relié à un émetteur agencé pour émettre le premier signal, chaque élément de frappe étant relié à un moteur d'asservissement de l'élément de frappe, chaque moteur d'asservissement étant relié à un second générateur de signal qui est relié à un récepteur agencé pour recevoir le premier signal, ledit second générateur étant agencé pour produire sur base du premier signal un signal d'asservissement de l'élément de frappe attribué au capteur indiqué dans le premier signal, chacun des moteurs d'asservissement étant agencés pour imposer un mouvement de frappe à l'élément de frappe auquel il est associé sous contrôle du signal d'asservissement. Malgré le fait que les touches et les éléments de frappe sont mécaniquement dissociés l'un de l'autre, le fait que les moyens de régulation de la force peuvent imposer une force statique sensiblement égale à celle qu'aurait imposée l'élément de frappe à la touche, aura comme conséquence que lorsque le musicien actionnera la touche, il va ressentir la force dynamique.To this end, a device according to the invention is characterized in that the device comprises a second set of elements of typing, each key in the first set is assigned an element of typing of the second set, keys and keystrokes are mechanically dissociated from each other, said means of force regulation being arranged to impose on the key, on which they are associated, a static force substantially identical to that which would have imposed the striking element if it had been connected to the key and in that each sensor is arranged to measure a displacement rate of the key to which it is associated, each sensor being connected to a first signal generator arranged to receive said displacement rate and to convert it into a first signal comprising said rate and a identification of the key associated with the sensor, said first generator being connected to a transmitter arranged to transmit the first signal, each impactor being connected to a servo motor for the element of striking, each servo motor being connected to a second signal generator which is connected to a receiver arranged to receive the first signal, said second generator being arranged to produce on base of the first signal a servo signal of the element of keystroke assigned to the sensor indicated in the first signal, each of servo motors being arranged to impose movement of the striking element with which it is associated under control of the servo signal. Despite the fact that the keys and elements are mechanically dissociated from each other, the fact that the means of force regulation can impose a static force substantially equal to that which the impactor would have imposed on the will have the consequence that when the musician activates the touches it will feel the dynamic force.
Etant entendu que les touches et les éléments de frappe sont mécaniquement dissociés l'un de l'autre, le carillonneur n'est plus obligé de se placer près des cloches, mais il peut prendre place sur le parvis et être entouré d'auditeurs qui deviendront ainsi également des spectateurs.It being understood that the keys and the striking elements are mechanically dissociated from each other, the carillonneur is no longer forced to stand near the bells, but it can take place on the square and be surrounded by listeners who will also become spectators.
La communication entre les touches et les éléments de frappe est réalisée à l'aide de l'émetteur et du récepteur. De plus, en mesurant un taux de déplacement de la touche, qui est converti en un premier signal, il devient possible de transmettre ce taux au moteur d'asservissement de l'élément de frappe afin que le mouvement imposé par le musicien à la touche soit adéquatement transmis à l'élément de frappe.Communication between keys and elements Typing is performed using the transmitter and receiver. In addition, in measuring a key movement rate, which is converted to a first signal, it becomes possible to transmit this rate to the motor of the striking element so that the imposed movement by the musician to the key is adequately transmitted to the element of hit.
Une première forme de réalisation d'un dispositif suivant l'invention est caractérisée en ce que la course parcourue par la touche est normalisée, ledit capteur étant agencé pour mesurer et exprimer ledit taux proportionnellement à la valeur de la course normalisée. La normalisation de la course permet une mesure proportionnelle du taux de déplacement, ce qui à son tour permet une commande proportionnelle du taux d'asservissement.A first embodiment of a following device the invention is characterized in that the stroke traveled by the key is normalized, said sensor being arranged to measure and express said rate in proportion to the normalized stroke value. The normalization of the stroke allows a proportional measurement of the rate of displacement, which in turn allows proportional control of the rate of enslavement.
Une deuxième forme de réalisation d'un dispositif suivant l'invention est caractérisée en ce que ledit autre capteur est relié au second générateur qui est agencé pour produire ledit signal d'asservissement également en fonction du taux de déplacement reçu de l'autre capteur. Ceci permet d'imposer un mouvement relatif à l'élément de frappe.A second embodiment of a following device the invention is characterized in that said other sensor is connected to the second generator which is arranged to produce said signal also as a function of the displacement rate received from the other sensor. This allows to impose a movement relative to the element typing.
Une troisième forme de réalisation d'un dispositif suivant l'invention est caractérisée en ce que chaque moteur d'asservissement est muni d'un élément de mesure du courant d'alimentation, ledit élément de mesure étant relié à une première entrée d'un comparateur dont une seconde entrée est reliée au second générateur, ledit comparateur étant agencé pour comparer le signal d'asservissement au courant d'alimentation mesuré et pour produire sur base de cette comparaison une commande d'alimentation du moteur d'asservissement. Ceci permet une commande précise du moteur d'asservissement.A third embodiment of a following device the invention is characterized in that each servo motor is provided with an element for measuring the supply current, said element being connected to a first input of a comparator, one of which second input is connected to the second generator, said comparator being arranged to compare the servo signal to the current measured supply and to produce based on this comparison a power control for the servo motor. this allows precise control of the servo motor.
L'invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée à
l'aide des dessins qui illustrent une forme de réalisation préférentielle.
Dans les dessins :
Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.In the drawings, the same reference has been assigned to a same or similar element.
La description qui suit se rapporte à un carillon. Mais il va de soi que la présente invention n'est pas limitée à un carillon et peut être appliquée à tout instrument de musique qui comporte une touche et un élément de frappe tel que par exemple un piano ou un clavecin.The following description relates to a chime. But he will the present invention is not limited to a chime and can be applied to any musical instrument that has a fingerboard and a striking element such as for example a piano or a harpsichord.
Un carillon traditionnel, comme illustré schématiquement à
la figure 1, est un instrument de musique composé d'un clavier,
comportant un premier ensemble de touches 1, dont une seule est
illustrée à la figure 1. Chaque touche actionne un élément de frappe 7,
qui dans le cas d'un carillon est formé par le battant. L'ensemble des
éléments de frappe formant ainsi un deuxième ensemble. La course de
la touche est limitée par deux butées 2, 3 posées de part et d'autre de la
touche.A traditional chime, as illustrated schematically in
FIG. 1 is a musical instrument composed of a keyboard,
having a first set of
Dans le carillon traditionnel, la liaison 4 entre la touche et le
battant est mécanique, par exemple à l'aide de fils métalliques renvoyés
par des équerres. Les touches actionnées par le carillonneur bénéficient
d'un débattement assez grand, ce qui lui permet de frapper plus ou
moins fort ou éventuellement même d'amener le battant lentement près
de la cloche 6 pour frapper des petits coups isolés ou répétés. Cette
liaison mécanique ne se fait pas sans perte de puissance ce qui
nécessite d'en limiter son extension dans l'espace. Le clavier doit donc
être situé à courte distance des cloches ce qui implique que le
carillonneur est logé dans le haut du tour, loin de son public.In the traditional chime, the
Pour permettre le rappel du battant dans sa position de
repos, un ressort de rappel 8 est relié au battant 7.To allow the leaf to return to its position
rest, a
Lorsque le carillonneur applique une force sur la touche, la force F qui s'applique en réaction sur la touche 1 est : F' = Fx + Fr + Fd où :
- Fx est la composante, dans la direction du mouvement, de la force correspondante au poids G de la masse m du battant soumise à l'attraction terrestre;
- Fr est la force due au ressort;
- Fd est la force nécessaire pour faire subir à la masse m un déplacement selon une accélération a (Fd = ma). Donc Fd = 0 en absence de mouvement.
- Fx is the component, in the direction of movement, of the force corresponding to the weight G of the mass m of the wing subjected to the terrestrial attraction;
- Fr is the force due to the spring;
- Fd is the force necessary to make the mass m undergo a displacement according to an acceleration a (Fd = ma). So Fd = 0 in the absence of movement.
Si l'on veut permettre au carillonneur de prendre place sur le parvis au milieu du public, il faudra donc dissocier mécaniquement les touches des éléments de frappe, sans pour autant perdre la sensibilité du jeu imposé par le carillonneur. En effet, c'est cette sensibilité qui permet à l'auditeur d'entendre un son plus fort ou plus faible, une frappe plus sèche ou plus douce. Il est donc important, si les touches sont mécaniquement dissociées des battants, que le clavier "résiste" au carillonneur de la même façon qu'un clavier conventionnel et que sa frappe soit correctement analysée pour en permettre une reproduction sur les battants aussi rigoureuse que possible et accessoirement une transcription dans le langage normalisé MIDI (Musical Instrument Digital Interface).If we want to allow the carillonneur to take place on the forecourt in the middle of the public, it will therefore be necessary to mechanically dissociate the keys of the striking elements, without losing sensitivity of the game imposed by the carillonneur. Indeed, it is this sensitivity that allows the listener to hear a louder or weaker sound, a keystroke drier or softer. It is therefore important, if the keys are mechanically separated from the leaves, that the keyboard "resists" to carillonneur in the same way as a conventional keyboard and that its is correctly analyzed to allow reproduction on the wings as rigorous as possible and incidentally a transcription in standardized MIDI language (Musical Instrument Digital Interface).
Si le clavier est mécaniquement dissocié des battants, comme c'est le cas dans la présente invention, il faudra non seulement reproduire au niveau du clavier la même sensation mécanique mais également déterminer la position du battant en synchronisme spatial avec la position de la touche. Il faudra donc mesurer la position de chacune des touches et la transmettre à chacun des battants. If the keyboard is mechanically separated from the leaves, as is the case in the present invention, it will not only be necessary reproduce at the keyboard the same mechanical sensation but also determine the position of the leaf in spatial synchronism with the position of the key. It will therefore be necessary to measure the position of each key and transmit it to each leaf.
Au niveau du clavier, il faudra donc reproduire un "retour
d'effort" qui exerce sur la touche une force de réaction sensiblement
identique à celle qu'aurait imposée le battant s'il y était relié de façon
traditionnelle. Pour réaliser cela, l'invention prévoit de munir chaque
touche de moyens de régulation de force, comme illustré aux figures 2 à
4, qui sont agencés pour imposer à la touche à laquelle ils sont associés
une force statique sensiblement identique à celle qu'aurait imposée
l'élément de frappe à la touche. Ainsi chaque touche 1 est reliée, par
exemple à l'aide d'un câble, d'un triangle ou d'une autre liaison 4
mécanique à une masse 10. Cette masse 10 est elle même reliée à un
ressort 11 qui exerce une force de rappel. La course de la masse est
limitée à l'aide d'une butée 9. Comme illustré à la figure 2, la masse peut
être suspendue perpendiculairement par rapport au sol. Mais elle peut
également être inclinée sous un angle α (voir figure 3) ou parallèle au sol
(figure 4).At the level of the keyboard, it will therefore be necessary to reproduce a "return
of effort "which exerts on the key a reaction force appreciably
identical to that which the leaf would have imposed if it were connected in such a way
Traditional. To achieve this, the invention provides for each
key of force regulation means, as illustrated in FIGS. 2 to
4, which are arranged to impose on the key with which they are associated
a static force substantially identical to that which would have been imposed
the key striking element. Thus each key 1 is linked, by
example using cable, triangle or
Pour obtenir une force dynamique équivalente à celle du
clavier traditionnel, il faut choisir une masse 10 sensiblement identique à
celle du battant, sauf s'il existe un effet réducteur différent dans la
transmission du mouvement. De plus, il faut que la force statique totale,
c'est-à-dire F' = Fx' +F'r soit sensiblement équivalente à celle obtenue
par un carillon traditionnel. Ainsi F' = F.To obtain a dynamic force equivalent to that of
traditional keyboard, you must choose a
Dans la configuration suivant la figure 2, toute la force F' due au poids s'ajoute à la force de rappel Fr'. Dans le cas de simulation de grandes inerties, ce qui est le cas pour des grosses cloches, les masses nécessaires risquent à elles seules, de dépasser la force statique nécessaire. Pour résoudre ce problème, une force de rappel négative est imposée.In the configuration according to FIG. 2, all the force F ' due to the weight is added to the restoring force Fr '. In the case of simulation large inertias, which is the case for large bells, necessary masses alone risk exceeding the force static required. To resolve this problem, a restoring force negative is imposed.
Lorsque le carillonneur va maintenant pousser sur la touche
du "faux-battant", comme illustré aux figures 2 à 4, la présence de la
masse 10 et du ressort 11 va créer une force statique qui est
sensiblement identique à celle du vrai battant. La force dynamique qu'il
imposera à la masse 10 en lui donnant une accélération sera donc
ressentie comme si il jouait sur un vrai carillon ce qui lui permettra
d'imposer son jeu.When the carillonneur will now press the button
of the "false leaf", as illustrated in FIGS. 2 to 4, the presence of the
Le "faux-battant" assure donc, au niveau du clavier, un
mouvement de la touche qui est équivalent au mouvement obtenu avec
une touche de carillon traditionnel. Pour commander le battant de la
cloche, il faut donc mesurer le taux de déplacement de la touche. A cette
fin, chaque touche 1 est munie d'un capteur 12 comme illustré à la figure
5. Le capteur est par exemple formé par un potentiomètre, par un
capteur optique à réflexion, par un capteur à effet Hall. Le capteur est
relié à un premier générateur de signal 13, agencé pour recevoir le taux
de déplacement et le convertir en un premier signal qui comprend ce
taux ainsi qu'une identification de la touche qui y est associée. Cette
dernière information pouvant être soit un numéro attribué à la touche ou
une adresse. Cet identification sert à décoder, au niveau du battant, de
quelle touche l'information de position provient. Le premier générateur
est relié via un bus 14 à un émetteur 15, agencé pour émettre le premier
signal.The "false leaf" therefore ensures, at the keyboard, a
movement of the key which is equivalent to the movement obtained with
a touch of traditional chime. To order the leaf of the
bell, it is therefore necessary to measure the rate of movement of the button. At this
end, each key 1 is provided with a
De préférence, la course parcourue par la touche est normalisée, par exemple en 100 unités. Comme le battant doit parcourir une course en synchronisme avec la touche et que le débattement n'est pas nécessairement le même, il est intéressant d'exprimer la course en fraction d'une unité normalisée. Le point zéro étant par exemple la position de repos alors que la valeur maximale, en l'occurrence 100, est attribuée à la fin de la course. La fraction de cette unité normalisée pourra non seulement facilement être transposée sur la course du battant, mais facilitera également la production du premier signal qui comportera un taux proportionnel à la valeur de la course normalisée. Ainsi, par exemple si le battant a parcouru la moitié de sa course maximale, le premier signal aura la valeur 50.Preferably, the stroke traveled by the key is standardized, for example in 100 units. As the clapper must travel a race in synchronism with the key and that the travel is not not necessarily the same, it's interesting to express the race in fraction of a standard unit. The zero point being for example the rest position when the maximum value, in this case 100, is assigned at the end of the race. The fraction of this standardized unit can not only easily be transposed to the stroke of the beating but will also facilitate the production of the first signal which will include a rate proportional to the value of the normalized stroke. So, for example if the leaf has traveled half of its course maximum, the first signal will have the value 50.
Le capteur sera positionné et relié à sa touche en fonction du type de capteur utilisé. Ainsi, par exemple pour le potentiomètre, l'axe du potentiomètre sera couplé à l'axe de rotation de la touche. De préférence, le captage des signaux produits par le capteur se fera par échantillonnage afin de suivre rapidement tout changement de position. La bande passante du capteur et du premier générateur devra être suffisante pour permettre une restitution du mouvement de façon fiable. Une bande passante de par exemple 100 Hz convient.The sensor will be positioned and linked to its button in function the type of sensor used. So, for example for the potentiometer, the axis of the potentiometer will be coupled to the axis of rotation of the key. Of preferably, the signals produced by the sensor will be captured by sampling in order to quickly follow any change in position. The bandwidth of the sensor and the first generator must be sufficient to allow a reliable restitution of the movement. A bandwidth of for example 100 Hz is suitable.
Le premier générateur 13 peut soit être formé d'un seul
générateur et donc être relié à tous les capteurs 12, soit être formé d'une
série de premiers générateurs, chaque élément de cette série traitant
alors un nombre de capteurs. L'émetteur quant à lui, peut être formé d'un
émetteur radio, ou produire une transmission par fil, par téléphone ou par
voie optique. La bande passante de l'émetteur devra toutefois être à
même de transmettre un grand nombre d'informations provenant des
touches et cela avec un retard minime, par exemple de l'ordre de 100
ms, ce qui correspond au temps nécessaire au son pour parcourir 30
mètres, ce qui est une distance normale pour un éloignement des
cloches.The
Au lieu d'utiliser un simple émetteur, il est également possible d'utiliser un émetteur récepteur. Dans ce dernier cas, le dispositif de commande du battant peut transmettre des informations, par exemple un diagnostic de panne, vers le récepteur.Instead of using a simple transmitter, it is also possible to use a transceiver. In the latter case, the leaf control device can transmit information, for example example of a fault diagnosis, to the receiver.
Le premier signal, produit par le premier générateur 13 et
transmis par l'émetteur 15, sera reçu par le récepteur 16 repris à la figure
6. Ce récepteur 16 est relié via un bus 17 à un second générateur 18.
Dans la figure 6, le second générateur est constitué d'une série de
modules 18-1, 18-2, ..., 18-N de telle façon que chacune des N cloches
6-1, 6-2, .... 6-N ait son propre module. Bien entendu, le second
générateur pourrait également être constitué d'un seul module qui
contrôle chacune des cloches ou d'un nombre inférieur à celui des
cloches, de telle façon que chaque module contrôle quelques unes des
cloches.The first signal, produced by the
Chacun des modules du second générateur 18 est relié à
un moteur d'asservissement 19-1, 19-2, ..., 19-N. Chaque moteur
d'asservissement étant agencé pour imposer un mouvement de frappe
au battant de la cloche 6 auquel il est associé. Le second générateur est
agencé pour recevoir le premier signal en provenance du récepteur et
pour produire sur base de ce premier signal un signal d'asservissement
qu'il transmettra au moteur d'asservissement auquel il est associé.Each of the modules of the
Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 6 chaque
module du second générateur reçoit les différents premiers signaux
reçus et vérifie, sur base de l'identification reprise dans ce premier
signal, si ce premier signal lui est destiné. Supposons que la touche 1-2
commande la cloche 6-2 et que l'identification soit formée par le numéro
de la touche. Ainsi, lorsque le module 18-2 va recevoir le premier signal
contenant l'identification 2, il va le reconnaítre comme étant un premier
signal destiné à la cloche 6-2 et va donc le traiter, alors que les autres
modules vont ignorer ce premier signal.In the embodiment illustrated in Figure 6 each
second generator module receives the various first signals
received and verified, based on the identification included in this first
signal, if this first signal is intended for it. Suppose that the 1-2 key
order bell 6-2 and the identification is formed by the number
of the button. So when module 18-2 will receive the first signal
containing the
Comme illustré à la figure 7, le moteur d'asservissement 19
entraíne le battant 20 dans un mouvement de rotation afin que ce dernier
puisse frapper la cloche 6. Le moteur 19 doit actionner le battant en
synchronisme avec le mouvement imposé par le carillonneur au "faux-battant".
Ce synchronisme ne doit pas nécessairement être dans le
temps, c'est-à-dire que le moment où le carillonneur frappe sur la touche
ne doit pas nécessairement correspondre à celui où le moteur met le
battant en route, mais le synchronisme doit être dans le mouvement où
le battant de la cloche doit suivre le mouvement de la touche.As illustrated in FIG. 7, the
La figure 8 illustre de façon schématisée la fonction du
second générateur 18. Le premier signal S1 est fourni à une première
entrée de ce second générateur. La position du battant Pm est de
préférence fournie à une deuxième entrée du second générateur. Il peut
également être envisagé de ne pas mesurer la position du battant et de
le ramener chaque fois vers son point de repos. Toutefois, cette
réalisation ne permettra pas d'obtenir la même précision que celle où Pm
est déterminée.Figure 8 illustrates schematically the function of the
Le second générateur 18 comporte un régulateur 21 de
position et de vitesse du battant ainsi qu'un calculateur 22 de vitesse du
battant. Ces composants peuvent être composés soit par des
composants discrets soit être intégrés dans un microprocesseur. Le
calculateur 22 calcule la vitesse du battant sur base du signal de position
Pm. En effet, la variation de la position du battant dans le temps indique
sa vitesse Vm. La vitesse Vm, la position Pm et le premier signal S1 sont
fournis au régulateur 21, qui reçoit également une mesure de courant Im
fournie au moteur d'asservissement 19. Sur base de ces données, le
régulateur va déterminer un signal d'asservissement Sa qui sera fourni
au moteur 19.The
Afin de faciliter la détermination du signal de position Pm, la
course de l'élément de frappe est de préférence normalisée, tout comme
c'est le cas de la course de la touche. A cette fin, un autre capteur 23
(voir figure 7) est associé au moteur d'asservissement 19 et au battant 7.
L'autre capteur est agencé pour mesurer le taux de déplacement du
battant et exprimer le signal de position Pm proportionnellement à la
valeur du déplacement normalisé. Pour exprimer le taux de déplacement
du battant, la valeur zéro est par exemple attribuée à la position de repos
du battant (c'est-à-dire éloignée de la cloche) et la valeur maximale à la
position où le battant est en contact avec la cloche. L'autre capteur est
par exemple formé par un potentiomètre, un capteur optique ou un
capteur à effet Hall. De préférence, le capteur associé à la touche et
celui associé au battant sont d'une même configuration, ce qui limite le
risque d'erreur et facilite le calcul. La bande passante des autres
capteurs est de préférence inférieure à 100 Hz.In order to facilitate the determination of the position signal Pm, the
stroke of the impactor is preferably normalized, as is
this is the case with the stroke of the button. To this end, another sensor 23
(see Figure 7) is associated with the
La formation du signal d'asservissement Sa, telle que
formée par le second générateur est schématiquement illustrée à la
figure 9. Le premier signal S1 et le signal de position Pm sont fournis à
un premier comparateur 24 qui détermine la différence Ep entre le taux
indiqué par S1 et le taux indiqué par Pm, c'est-à-dire la différence entre
la position reçue de la touche (S1) et la position mesurée du battant
(Pm).The formation of the control signal Sa, such as
formed by the second generator is schematically illustrated in the
Figure 9. The first signal S1 and the position signal Pm are supplied to
a
La valeur de différence εp est convertie en un signal de
vitesse Vc par un premier convertisseur 25. Le signal de vitesse Vc est
proportionnel à εp. Le signal Vm, produit par le calculateur 22 de vitesse
et qui indique la vitesse actuelle de l'élément de frappe, est fourni à un
deuxième comparateur 26 qui reçoit également le signal de vitesse Vc.
Le deuxième comparateur 26 détermine la différence εv = Vc-Vm.The difference value εp is converted into a signal
speed Vc by a
Le deuxième comparateur 26 est relié à un deuxième
convertisseur 27 qui convertit la valeur de différence εv en un signal de
courant Ic proportionnel à εv. Le deuxième convertisseur 27 est relié à un
troisième comparateur 28 qui reçoit également la valeur Im du courant
d'alimentation, alimentant le moteur d'asservissement 19. Le deuxième
comparateur détermine la différence entre Ic et Im afin de vérifier si le
courant d'alimentation Im correspond au courant de consigne Ic. The
Le signal εi = Ic-Im est fourni à un commutateur 29 qui
fournit un courant au "gate" d'un transistor (MOSFET ou IGBT) 30
lorsque εi < 0 et qui ne fournit aucun courant électrique au transistor si εi
> 0. Le transistor 30 est relié entre une masse et une bobine de
solénoïde 31 du moteur d'asservissement 19.The signal εi = Ic-Im is supplied to a
Ainsi lorsque εi < 0, c'est-à-dire lorsque le courant Im qui circule dans le moteur d'asservissement est inférieur au signal Ic, le transistor est rendu conducteur et davantage de courant pourra circuler dans le moteur pour actionner le battant. Puisqu'une valeur εi < 0 signifie que Ic > Im, cela signifie que la touche a été enfoncée par le carillonneur et donc que le battant doit être accéléré. Ainsi un courant sera fourni au battant qui est proportionnel au mouvement de la touche. Lorsque le carillonneur relâche la touche, εi > 0 et donc l'alimentation s'arrêtera de telle façon à ne plus accélérer le battant. Le battant suit ainsi le mouvement de la touche de façon synchronisée.So when εi <0, that is to say when the current Im which circulates in the servo motor is less than the signal Ic, the transistor is conductive and more current can flow in the motor to activate the leaf. Since a value εi <0 means that Ic> Im, it means that the key was pressed by the carillonneur and therefore that the wing must be accelerated. Thus a current will be supplied to the which is proportional to the movement of the key. When the carillonneur releases the key, εi> 0 and therefore the power supply will stop in such a way as to no longer accelerate the leaf. The leaf thus follows the key movement synchronized.
La diode zener 32 branchée en parallèle à la bobine 31
assure une démagnétisation du courant dans le moteur
d'asservissement.The
Claims (7)
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