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L'invention faisant l'objet du présent brevet se rapporte au domaine des instruments de musique, et concerne plus particulièrement les instruments à cordes dont l'instrumentiste joue, soit par action directe des doigts sur les cordes, soit par l'intermédiaire d'un médiator. Ces instruments sont notamment les guitares et les guitares dites basses.
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De tels instruments peuvent être mis à contribution pour une émission sonore purement acoustique. Mais ils sont fréquemment utilisés sous le nom de guitare électrique, avec amplification de leur niveau sonore par des moyens électroacoustiques.
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Le dispositif mis alors en oeuvre comporte dans son principe, un élément transducteur recueillant les vibrations crées par les cordes et les transformant en signaux électriques aptes à être amplifiés et émis par un haut-parleur.
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Cependant, le son produit par les guitares dites basses n'a jamais été satisfaisant. Ce son manque de définition dans la phase d'attaque et le spectre sonore est limité, notamment dans l'extrême grave. C'est pourquoi, ce registre est souvent confié aux synthétiseurs électroacoustiques qui autorisent la création de sons plus élaborés. Cependant ces synthétiseurs sont contrôlés à partir d'un clavier à touches dont l'expression est moins fine que celle que l'on peut obtenir avec un instrument à cordes. En effet, là où un clavier de synthétiseur se contente d'enfoncer une touche pour produire une note, l'instrument à cordes complète et enrichi l'expression en permettant la modulation de la hauteur de la note par le glissando, le vibrato, ou tout autres actions des doigts sur les cordes.
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C'est pourquoi des recherches ont été faites pour contrôler ces synthétiseurs directement à partir d'une guitare. Jusqu'à présent les guitaristes et les bassistes désirant jouer du synthétiseur électroacoustique avec leur guitare ont à leur disposition la solution du convertisseur du signal acoustique de la corde en code numérique à la norme M.I.DI. (Musical Instrument Digital Interface) afin de piloter les oscillateurs et les enveloppes d'un synthétiseur à cette même norme. Pour ce faire, un circuit électronique analyse la forme d'onde générée par le pincement de la corde pendant un cycle d'onde, avant de déterminer la hauteur de la note délivrée par la dite corde. Ce temps de lecture est correct pour les fréquences élevées, mais devient inacceptable pour les fréquences basses. En effet, la corde la plus basse d'une guitare basse (qui est un Mi) vibrant à 40 Hertz/seconde, le temps d'analyse d'un cycle d'onde dure 25 millisecondes. La note du synthétiseur ne sera donc générée qu'après un retard de 25 ms, ce qui est tout à fait audible. Il faut ajouter à ce retard, le délai de codage, de transmission en série des données M.I.D.I., ainsi que le temps de réponse du synthétiseur M.I.D.I
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Une autre solution consiste, selon l'art antérieur, à localiser la position du doigt sur le manche de la guitare. Sur un instrument à cordes, la hauteur d'une note produite par une corde, dépend de sa longueur déterminée par son appui sur le chevalet et par son appui sur une des frettes encastrées dans le manche.
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En reliant les frettes les unes aux autres par une résistance, il est créé une chaîne de résistances d'égales valeurs. Cette chaîne de résistance est alimentée en courant constant par une source de courant. Ainsi, lorsque le doigt du guitariste appuie une corde sur une frette afin d'obtenir la note désirée (dans le domaine acoustique), la corde capte la tension présente sur cette frette. Cette tension étant proportionnelle à la hauteur de la note, la position du doigt sur le manche est ainsi connue.
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D'autre part, un synthétiseur produit une note quand il reçoit une information de porte à deux états: "ouvert ou "fermé". L'information de porte"ouvert" déclenche le départ de ladite note, l'information de porte "fermé", commande son arrêt. Selon l'art connu, cette information de porte est générée en détectant les crêtes du niveau sonorede la corde lors de son pincement. Ainsi lorsque ledit niveau sonore atteint un certain seuil, l'information de porte "ouvert" est générée. Cette solution comporte cependant deux inconvénients majeurs: le temps de montée dudit niveau sonore n'étant pas instantané, il faut tenir compte d'un certain temps avant que ledit niveau sonore n'atteigne le seuil de déclenchement. D'autre part, lorsque la corde est jouée pianissimo, le faible niveau sonore obtenu est insuffisant pour atteindre le seuil le départ de la note.
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Selon l'invention, l'information de porte est produite par un couple de capteur-émetteur optique, positionnés au dessus et parallèlement à la corde, dans la région où le doigt ou le médiatior pince la corde, afin de détecter le jeu au médiator ou pizzicato, et sur toute l'étendu du manche, grâce à un émetteur de lumière laser, afin de détecter le doigt lorsqu'il frappe la corde sur le manche de la guitare.
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En jouant pizzicato, le couple de capteur-émetteur optique détecte, dans un premier temps, le moment précédent le pincement d'une corde, puis dans un deuxième temps, le pincement de ladite corde. Ainsi, lorsque le guitariste prépare le pincement d'une corde, il pose le doigt dessus. Ce faisant, ledit doigt masque la lumière de l'émetteur. Le capteur optique, étant masqué, produit l'information de porte "fermé". Puis, lorsque le doigt ou le médiator pince la corde, le capteur optique, éclairé par l'émetteur, produit l'information de porte "ouvert". Ledit capteur optique étant constitué d'un phototransistor, la vitesse de commutation est très rapide, de l'ordre de quelques microsondes.
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L'invention permet ainsi de détecter l'action du doigt sur une corde, tout en préservant le caractère spontané essentiel pour l'expression musicale.
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Ce dispositif est particulièrement intéressant pour détecter le jeu aux doigt, dit jeu pizzicato, pratiqué par les bassistes. En positionnant le capteur optique légèrement avant le pincement de la corde, une note peut être générée avec une légère avance, anticipant ainsi le retard induit par la transmission des données numériques qui commandent les synthétiseurs répondants à la norme M.I.D.I.
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Cependant, lorsque le guitariste ou le bassiste joue pizzicato avec le doigt, le capteur optique ne doit générer l'information de porte "ouvert" que lorsque ledit doigt pince la corde de haut en bas vers le musicien. Dans ce but, un deuxième couple de capteur-émetteur optique, disposé parallèlement au premier mais en retrait de quelques millimètres, est chargé de neutraliser l'information de porte "ouvert" lorsque ledit doigt passe devant ces deux capteurs, de bas en haut. Un troisième couple capteur-émetteur optique, disposé parallèlement aux précédents, mais plus bas de quelques millimètres, est chargé de détecter le doigt entre les cordes. Enfin, une touche, dont le fonctionnement est identique à celui d'une touche de clavier de synthétiseur, détecte le doigt en fin de course. A chaque corde est associé un tel ensemble de capteurs.
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L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les figures annexées où :
- La figure 1 représente, suivant une vue en perspective, une guitare équipée des couples émeteur-récepteur optiques positionnés entre le chevalet et la base du manche de la guitare, ainsi que les émetteurs de lumière laser placés sur la tête du manche
- La figure 2 représente, suivant une vue partielle en perspective, les couples émetteur-récepteur optiques montés entre les cordes d'une guitare.
- La figure 3 représente, suivant une vue en perspective, la réalisation d'un ensemble de trois couples émeteur-récepteur optiques, ainsi qu'une touche articulée dont la fonction est identique à celle d'une touche d'un clavier de synthétiseur. A chaque corde est associé un tel ensemble de capteurs.
- La figure 4 représente le parcours du médiator devant le capteur optique.
- La figure 5 représente le parcours du doigt devant trois capteurs optiques et l'action dudit doigt sur la touche.
- La figure 6 représente le parcours du doigt devant quatre capteurs optiques et l'action dudit doigt sur la touche.
- La figure 7 représente la réalisation du support d'un émetteur laser, et son réglage.
- La figure 8 représente la mise en oeuvre des capteurs optiques et des touches avec deux chaînes de résistances, afin de créer une tension capable de commander les ocsillateurs d'un synthétiseur électroacoustique.
- La figure 9 représente les différents modes de réglage des supports des couples émetteur-cateurs optiques.
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La figure 1 représente, suivant une vue en perspective, une guitare équipée des couples émeteur-récepteur optiques (6) positionnés entre le chevalet(8) et la base du manche (1) de la guitare, au dessus de chaque corde (5) et parallèlement à celles-ci, ainsi que les émetteurs de lumière laser (22), positionnés sur la tête du manche de ladite guitare, pointant son faisceau de lumière vers les capteurs (20) .
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La figure 2 représente, suivant une vue partielle en perspective, les ensembles de trois couples émetteur-récepteur optiques (6) montés entre les cordes (5) d'une guitare, entre la base du manche (1), et le chevalet (8). Ces capteurs sont disposés de telle façon que lorsqu'un doigt pince une corde, ledit doigt masque successivement les capteurs optiques et finit sa course une exerçant une pression sur une touche articulée (7) dont la fonctionnement est identique à celui d'une touche d'un clavier de synthétiseur.
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La figure 3 représente, suivant une vue en perspective, la réalisation d'un ensemble de trois couples émeteur-récepteur optiques (6), équipée de la touche (7). A chaque corde est associé un tel ensemble de capteurs.
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Chaque capteur optique (36) est constitué d'un phototransistor (37) d'un diamètre de 3 mm. Ce phototransistor est inclut et collé dans un tube de 4 mm (38) d'une longueur d'environ 3 cm dont l'ouverture est réduite à 2mm ou 1mm afin d'en réduire le champ visuel et la sensibilité. Une version avec deux phototransistors est réalisée avec deux fibres optiques (43) insérées dans un tube de 4 mm de diamètre (42). Cet ensemble phototransistor-tube est glissé dans un tube-support d'un diamètre de 5mm (40b) et de même longueur solidaire du support (33). Lui faisant face en l'éclairant, est placé une diode électroluminescente (39) émettant soit dans l'infrarouge, soit dans le spectre visible. Cette diode, d'un diamètre de 3mm, est elle même incluse dans un tube de 4 mm (41) dont l'ouverture n'est pas réduite, puis est glissé dans le tube-support (40a), d'un diamètre de 5mm lequel est solidaire du support (33). Une touche articulée (7) identique à une touche de clavier de synthétiseur fonctionnant selon l'art connu, est placée sur le support (33) des capteurs optiques. A chaque corde est associé un tel ensemble de capteurs
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La figure 4 représente le parcours du médiator devant le capteur optique. Lorsque le guitariste prépare le pincement d'une corde (5), en la bloquant avec le médiator (M), il masque la lumière de l'émetteur. Le capteur optique (1) à l'état "bloquant", crée l'information de porte "fermé". Si une note a été jouée précédemment, elle est stoppée. Lorsque le médiator pince la corde, le capteur optique est éclairé par l'émetteur, et devenant passant, crée sl'information de porte "ouvert".
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La figure 5 représente le parcours du doigt devant trois capteurs optiques, et l'action dudit doigt sur la touche: le jeu pizzicato se jouant avec l'index et le majeur, en alternance, le premier capteur optique (c1) ne génére l'information de porte "ouvert" que lorsque le doigt pince la corde de haut en bas vers le musicien. L'information de porte "ouvert" est donc neutralisé lorsque ledit doigt passe devant ce capteur dans le sens opposé, de bas en haut. Dans ce but, un deuxième couple capteur-émetteur optique (c2) est disposé parallèlement au premier mais en retrait de quelques millimètres. Un troisième couple capteur-émetteur optique (c3) est également disposé parallèlement aux précédents, mais plus bas de quelques millimètres, afin de détecter le doigt entre les cordes. Enfin, une touche (7) dont le fonctionnement est identique à celui d'une touche de clavier de synthétiseur est chargée de détecter le doigt en fin de course. Les signaux des capteurs sont traités au travers de circuits logiques de telle façon que:
- figure 5 b : L' information de porte "fermé" est créée quand les capteurs optiques c1 et c2 sont masqués par un doigt. Une note a été jouée précédemment est stoppée.
- figure 5 c : L'information de porte "ouvert"est créée quand le capteur optique c1 est éclairé et le capteur optique c2 masqué. Si le capteur c2 est éclairé, le capteur c1 est neutralisé afin d'empêcher ce capteur c1 de crée l'information de porte "ouvert" quand le doigt passe devant c1 de bas en haut. Autrement dit, le capteur c1 est neutralisé quand le capteur c2 est éclairé avant le capteur c1. Le capteur c3 neutralise, quand il est masqué, les capteurs c1 et c2 de la corde adjacente inférieure afin d'éviter ces mêmes capteurs de créer l'information de porte "fermé".
- figure 5 d : La touche 7, par le contact c4, crée l'information de porte "ouvert" si les capteurs c1 et c2 sont masqués . En effet le jeu pizzicato se jouant avec l'index et le majeur, en alternance, il peut arriver, dans certaines conditions, que l'action du doigt qui pince la corde soit masquée, vis à vis des capteurs c1 et c2 par l'autre doigt qui prépare cette même action. Dans ce cas, la touche 7 crée l'information de porte "ouvert" quand les capteurs c1 et c2 sont masqués.
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La figure 6 représente le parcours du doigt devant quatre capteurs optiques et l'action dudit doigt sur la touche. Ces capteurs permettent de connaitre la vitesse du doigt avant l'attaque de la note. La valeur acquise est attribuée, lors de l'attaque de la note, à la commande du niveau d'un amplificateur, ou à la vélocité. La vélocité est un paramètre de la norme M.I.D.I.. (Musical Interface for Digital Instrument) qui commande le niveau sonore du synthétiseur: la valeur 127 produit le niveau sonore le plus élevé, la valeur 1 produit le niveau le plus bas. La valeur 0 stop la note. Ce dispositif permet de suivre les nuances de dynamiques du jeu du musicien.
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Les signaux des capteurs sont traité au travers de circuits logiques de telle façon que:
- figure 6 b : En jouant pizzicato, le doigt pince la corde (5)vers le musicien. Ce faisant, les capteurs optiques c1a et c1b sont exposés à la lumière l'un après l'autre. Lorsque le capteur optique c1a est éclairé, il déclenche le départ d'un décompteur numérique. Le décompte étant sur 7 bits, il débute à 127 et décompte jusqu'à 1 en une fraction de seconde. Le décompte est stoppé et mémorisé quand le capteur optique c1b est exposé à la lumière, lequel capteur crée l'information de porte "ouvert". Le résultat du décompte est attribué au message M.I.D.I. vélocité. En effet, il y a un rapport direct entre la vitesse et la puissance du pincement de la corde. Plus le temps écoulé entre l'éclairement des capteurs c1a et c1b est court, plus le chiffre du décompte est élevé et plus le niveau sonore du synthétiseur est élevé. Le capteur optique c1b n'est opérant que si le décompteur est enclenché. Cette caractéristique empêche c1b de créer l'information de porte "ouvert" quand le doigt passe devant ce même capteur c1b avant le capteur c1a, de bas en haut.
- figure 6 a : L'information de porte "fermé"est généré quand les capteurs c1b et c2 sont masqués. Le décompteur est également mis à zéro. En langage M.I.D.I., si la vélocité égale 0 , la note est stoppée. Le capteur c3 neutralise, quand il est masqué, les capteurs c1a, c1b et c2 de la corde adjacente inférieure, masqués par le doigt en fin de course. L'information de porte "fermé" non désirée est ainsi évitée.
- figure 6 d: Les contacts c4a et c4b de la touche 7 opèrent comme les capteurs c1a et c1b. Le contact c4a déclenche le décompteur, lequel décompteur est stoppée quand le contact c4b est établi, lequel déclenche l'information de porte "ouvert". Les contacts c4a et c4b opèrent uniquement si les capteurs c1b et c2 sont masqués par un doigt. En effet, tel que dit précédemment, le jeux pizzicato se jouant avec l'index et le majeur en alternance, il se peut que l'action du doigt qui pince la corde soit masqué, vis à vis des capteurs optiques c1b et c2 par l'autre doigt qui prépare cette même action. Dans ce cas, les contacts c4a et c4b sont opérants .
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La figure 7 représente la réalisation du support d'un émetteur laser.
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Le but de ces capteur de lumière laser est de détecter l'action du doigt lorsqu'il frappe la corde sur le manche de la guitare.
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figure 7a : Au dessus de chaque corde et parallèlement à celle-ci, entre le chevalet (8) et la tête du manche (1) de la guitare est diffusé un faisceau de lumière laser. Chaque émetteur de lumière laser (22) est positionné sur la tête du manche, dans l'axe de la corde qui lui correspond.
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Le capteur qui fait face à chaque émetteur laser, est constitué d'une fibre optique (20), guidant la lumière laser vers un phototransistor (21). Chaque fibre optique est insérée dans un tube de 2mm de diamètre intérieur, accolé parallèlement aux autres capteurs, au dessus de chaque corde. Ainsi, chaque support (33) des ensembles optiques décrits précédemment, permet de pointer parfaitement chaque firbre optique vers 1' émetteur laser.
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figure 7b : Le rayon laser dévie, de part sa conception, selon un angle d'environ 2 ou 3 degrés par rapport à un axe x, parallèle au boîtier cylindrique (22) contenant la diode laser. En faisant rouler ce boîtier sur lui-même, le rayon laser decrit un cercle c dans l'espace.
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figure 7c : en positionnant le rayon laser, par rotation sur lui-même, sur le point X surplombant le capteur optique il suffit de descendre la rayon laser pour faire coïncider ce rayon laser avec le capteur optique (20).
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figure 7d représente la réalisation du support du boitier laser: ledit boîtier cylindrique (22) contenant la diode laser, est inséré dans un tube métallique (23) dont le diamètre intérieur est inférieur de 0.5mm au diamètre extérieur dudit boitier. Ce tube est fendu dans le sens longitudinal et possède un certaine élasticité permettant d'y insérer et d'y maintenir ledit boîtier fermement, tout en lui laissant la possibilité de tourner sur lui même .
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Ce tube (23) est solidaire d'un support (24) qui pivote, selon un axa y, dans un berceau (26) vissé sur la tête du manche de la guitare par deux vis (28). Le pivot est assuré par une vis (25) qui traverse ledit berceau et se visse dans le support (24). L'action sur le support (24) de deux vis (27) vissée dans le fond dudit berceau et situées de par et d'autre de l'axe y, permet au rayon laser de monter ou de descendre. En contre réaction, les deux vis (27) et la vis (25) bloquent le support (24) du boîtier laser un fois le réglage trouvé. Ainsi l'action sur les axes x et y permet au rayon laser de coïncider parfaitement avec son capteur optique.
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Ainsi, lorsque le guitariste frappe une corde sur le manche de la guitare, il coupe le rayon laser. Son récepteur optique (20) étant masqué, crée l'information de porte "ouvert". Inversement, ledit récepteur crée l'information de porte "fermé" quand il est éclairé.
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Grâce à ces capteurs laser, il est aussi possible de connaitre la vitesse du doigt entre le moment où ledit doigt coupe le rayon laser, et le moment où ce même doigt touche une frette. Comme il est expliqué ci-après, les frettes sont parcourues par un courant constant. Ainsi quand la corde capte la tension produite par la frette, l'information de porte est produite avec une information de viresse.
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La figure 8 représente le dispositif de mise en oeuvre des capteurs optiques et des touches dans le but est de créer une tension de commande, laquelle commande les oscillateurs commandés par une tension d'un synthétiseur électroacoustique. Parallèlement, lesdits capteurs créent l'information de porte "ouvert" ou "fermé", laquelle information commande le début ou la fin de la note crée par ce même synthétiseur électroacoustique.
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Pour créer la tension de commande, il est constitué deux chaînes de résistances d'égales valeur:
- 1) L'information de porte produite par chaque ensembles de capteurs (6), commande une des voies d'un organe connecteur (14) dont chacune des voies est reliée aux bornes des résistances d'un pont de résistance d'égales valeurs (15), alimentée en courant constant par une source de courant (16). Lorsqu'un doigt ou un médiator sollicite un des ensemble de capteurs, ces mêmes capteurs commandent l'ouverture ou la fermeture de la voie correspondante de l'organe connecteur. La tension collectée à la borne de chaque résistance est proportionnelle à la hauteur de la corde correspondante, et définit une tension vB. Une guitare étant accordée en quarte, le passage vers une corde accordée cinq demi-tons plus haut élève la fréquence de l'oscillateur commandé en tension dudit synthétiseur de cinq demi-tons.
- 2) La deuxième chaîne de résistance d'égales valeurs est réalisée en reliant chaque frette (2) du manche de la guitare par une résistance (3), laquelle chaîne de résistance est alimentée en courant constant par une source de courant (4). Chaque progression d'un demi-ton sur le manche de la guitare module l'oscillateur d'un demi-ton. Seule la frette la plus haute est prise en compte. Ainsi, lorsque le doigt appuie une corde (5) sur une frette (2), pour obtenir une note dans le domaine acoustique, la corde capte la tension présente sur ladite frette. Cette tension, prélevée sur la corde, définit une tension vA . L'addition des deux tensions vA et vB commande la hauteur des oscillateurs, commandés par une tension, dudit synthétiseur. Parallèlement, cette tension est convertie au travers d'un convertisseur volt -> message M.I.D.I., afin de commander un synthétiseur répondant à la norme M.I.D.I. Dans le même temps, l'information de porte "ouvert" ou "fermé" produite par les capteurs commande les enveloppes de ce même synthétiseur, lesquelles enveloppes commandent le départ ou la fin de la note par l'intermédiaire de divers modules de synthèse tels qu'un amplificateur ou un filtre.
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La figure 9 représente les différents modes de réglage des supports des couples émetteur-capteurs optiques. Les réglages du support des capteurs s'effectue selon deux axes : Soient un axe x perpendiculaire au corps de la guitare et un axe y parallèle au corps de cette même guitare,et perpendiculaire à l'axe x. Le support (33) du capteur optique (36), mobile suivant l'axe y, est fixé sur un rail (35) par un boulon (32). Ce rail est réglable en hauteur suivant l'axe x par l'action des deux vis six pans tête ronde (30) prenant appuie sous le rail et vissées sur la platine (34). Le réglage de ces vis s'opère par le dessus. Ce rail est légèrement fraisé en regard des têtes rondes des vis six pans afin de maintenir son alignement selon l'axe y. Une vis (31) bloque le réglage des vis (30) en prenant appuie sur le rail (35) et en se vissant sur la platine (34).
