FR3035736A1 - Systeme electronique combinable a un instrument de musique a vent pour produire des sons electroniques et instrument comprenant un tel systeme - Google Patents
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Abstract
Système électronique combinable avec un instrument de musique à vent à trous latéraux comprenant un corps tubulaire définissant à l'intérieur une colonne d'air, ledit système comprenant au moins un dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques dans le corps de l'instrument, au moins un dispositif de réception des ondes mécaniques élastiques après leur propagation, conçu pour fournir un signal de réception à partir des ondes mécaniques élastiques reçues et un dispositif de détection et de localisation de la perturbation induite par une action de bouchage d'au moins un trou latéral de l'instrument, configuré pour détecter et identifier une configuration de bouchage des trous latéraux de l'instrument à partir de l'analyse dudit signal de réception, ledit dispositif de détection et de localisation étant disposé de façon amovible à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument.
Description
1 Système électronique combinable à un instrument de musique à vent pour produire des sons électroniques et instrument comprenant un tel système L'invention concerne le domaine technique des instruments de musique à vent hybrides, c'est-à-dire des instruments à vents qui peuvent alternativement fonctionner selon un premier mode acoustique et selon un second mode numérique. L'invention s'applique à tous types d'instruments de musique à vent à trous latéraux parmi lesquels une clarinette, un saxophone, une flute, un hautbois, un cor anglais ou un basson, cette liste n'étant pas exhaustive. Le mode de fonctionnement acoustique est le mode de fonctionnement natif d'un instrument de musique à vent. Dans ce mode, le son est produit par des vibrations de la colonne d'air de l'instrument qui sont 15 déclenchées par le souffle du joueur. Un mode de fonctionnement numérique consiste à équiper un instrument de musique à vent de composants électroniques qui permettent la production de sons numériques obtenus par une technique de synthèse sonore appliquée à un ou plusieurs signaux électriques produits par les 20 composants. Le mode de fonctionnement numérique d'un instrument de musique à vent permet notamment de rendre l'instrument silencieux en restituant le son numérisé au joueur par le biais d'un casque. En effet, la pratique musicale 25 acoustique peut être source de nuisance sonore et peut contraindre un musicien à jouer uniquement pendant certaines plages horaires voir à le décourager de la pratique de cet instrument. Un autre avantage d'un fonctionnement numérique est l'élargissement de la palette de timbres grâce à une technique de synthèse sonore.
30 Un problème à résoudre dans ce contexte est de concevoir un système électronique combinable avec l'instrument à vent acoustique qui 3035736 2 puisse être facilement réversible pour que l'utilisateur puisse passer d'un mode de fonctionnement numérique à un mode de fonctionnement acoustique. Un autre problème à résoudre est de concevoir un système qui 5 permette de réaliser une synthèse sonore à partir des interactions du musicien avec l'instrument. Une première approche pour rendre un instrument silencieux consiste à atténuer le son produit par l'instrument. On connait pour cela des méthodes 10 basées sur l'usage de matériaux absorbants du type mousse ou des méthodes basées sur une atténuation par enveloppement. Ces méthodes sont peu intrusives et peu onéreuses mais ne sont pas suffisamment efficaces sur l'ensemble du spectre acoustique considéré. De façon générale, le son produit par les instruments à vent à trous latéraux est plus difficile à atténuer que le son produit par d'autres instruments, par exemple les instruments de la famille des cuivres. Une autre approche pour limiter les nuisances sonores consiste à utiliser un dispositif se substituant au fonctionnement acoustique de l'instrument, autrement dit un instrument totalement numérique. Ce type d'instrument permet simultanément la mesure des paramètres du souffle (intensité et pincement des lèvres) ainsi que de la position des doigts sur l'instrument. Les touches peuvent être statiques ou mécaniques. Couplé à un synthétiseur, ce type d'instrument permet de disposer d'une large palette de timbres et s'avère facile à utiliser. Sa conception technique minimaliste en fait un produit relativement abordable en termes de coûts. En revanche, la prise en main d'un tel dispositif est différente d'une clarinette ou d'un saxophone en raison de la configuration et du comportement mécanique des touches et du bec. Cet instrument requiert donc un apprentissage complémentaire et non mutualisé ce qui est insatisfaisant lorsque le musicien souhaite monter en compétence avec son instrument acoustique.
3035736 3 Les publications de brevets européens EP1585107 et EP2017823 et la publication de brevet américain US 7501570 décrivent des instruments à vent hybrides qui permettent alternativement un fonctionnement acoustique ou numérique. Les techniques de numérisation envisagées dans ces brevets 5 sont basées sur des capteurs à effet Hall ou des détecteurs infrarouges qui doivent être positionnés sur chaque clé de l'instrument de manière permanente et indissociable. Ces techniques nécessitent donc un nombre de capteurs importants qui ne sont pas réversibles et qui peuvent perturber le fonctionnement de l'instrument en mode acoustique.
10 La présente invention propose un système électronique combinable à un instrument de musique à vent à trous latéraux qui est basé sur la détection de l'état de bouchage des trous de l'instrument par l'intermédiaire d'émetteurs et récepteurs de signaux acoustiques ultrasonores ou plus 15 généralement d'ondes mécaniques élastiques. Le système selon l'invention présente l'avantage d'être amovible pour permettre un fonctionnement en mode acoustique et peut s'adapter à tous types d'instruments à vent à trous latéraux. Par ailleurs, l'invention nécessite des moyens moins intrusifs et moins 20 encombrants que ceux proposés par les techniques de l'art antérieur. En particulier, l'invention peut fonctionner avec un seul émetteur et un seul récepteur positionnés en n'importe quels points de l'instrument et ne nécessite donc pas autant de capteurs que d'orifices latéraux sur l'instrument. Le fait de ne pas avoir de contraintes sur le positionnement 25 précis des capteurs sur l'instrument permet d'envisager un système le moins gênant possible pour l'utilisateur. L'invention a pour objet un système électronique combinable avec un instrument de musique à vent à trous latéraux comprenant un corps tubulaire 30 définissant à l'intérieur une colonne d'air, ledit système comprenant au moins un dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques dans le corps de 3035736 4 l'instrument, au moins un dispositif de réception des ondes mécaniques élastiques après leur propagation, conçu pour fournir un signal de réception à partir des ondes mécaniques élastiques reçues et un dispositif de détection et de localisation de la perturbation induite par une action de bouchage d'au 5 moins un trou latéral de l'instrument, configuré pour détecter et identifier une configuration de bouchage des trous latéraux de l'instrument à partir de l'analyse dudit signal de réception, ledit dispositif de détection et de localisation étant disposé de façon amovible à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument.
10 Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif de détection et de localisation est configuré pour déterminer, à partir de la tablature chromatique de l'instrument, une note de musique associée à l'état de bouchage des trous latéraux de l'instrument qui a été détecté. Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif de détection et 15 de localisation est configuré pour : - Exécuter une première phase d'apprentissage consistant à faire varier les configurations de l'état de bouchage des trous latéraux de l'instrument parmi l'ensemble des configurations possibles et enregistrer, pour chaque configuration, au moins une 20 caractéristique de référence du signal de réception, - Exécuter une seconde phase de surveillance pendant qu'un utilisateur joue dudit instrument de musique consistant à enregistrer, pour chaque note jouée par l'utilisateur, au moins une caractéristique courante du signal de réception équivalente à ladite 25 caractéristique de référence, et comparer la caractéristique courante à l'ensemble des caractéristiques de références enregistrées pour en déduire la configuration de bouchage des trous de l'instrument actionnée par le joueur. Selon une variante particulière, le système électronique selon 30 l'invention comprend, pour chaque dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques et chaque dispositif de réception d'ondes mécaniques élastiques, 3035736 5 un moyen de fixation amovible du dispositif au corps de l'instrument de musique à vent. Selon un aspect particulier de l'invention, le moyen de fixation amovible est pris parmi les moyens suivants : de l'adhésif, une pince, un clip, 5 un aimant, une bague. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques et ledit au moins un dispositif de réception des ondes mécaniques élastiques sont disposés dans une partie amovible de l'instrument de musique à vent.
10 Selon une variante particulière, le système électronique selon l'invention comprend, un moyen de fixation amovible dudit dispositif de détection et de localisation à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument de musique à vent. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit dispositif de détection 15 et de localisation est disposé dans une partie amovible de l'instrument de musique à vent dont l'intérieur est en partie creux afin de définir une colonne d'air, ledit dispositif de détection et de localisation étant disposé à l'intérieur de la colonne d'air. Selon un aspect particulier de l'invention, la partie amovible de 20 l'instrument est prise parmi les parties amovibles suivantes de l'instrument : le bocal, le pavillon, le baril, le barillet, le bec. Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques est un actionneur piézo-électrique et le dispositif de réception des ondes mécaniques élastiques après leur 25 propagation est un récepteur piézo-électrique. Selon une variante particulière, le système électronique selon l'invention comprend en outre un dispositif de synthèse sonore connecté au dispositif de détection et de localisation pour restituer à un utilisateur les notes associées aux configurations détectées de bouchage des trous de 30 l'instrument de musique en fonction de la tablature chromatique de l'instrument de musique.
3 0 3 5 7 3 6 6 L'invention a également pour objet un instrument de musique à vent à trous latéraux destiné à produire sélectivement des sons acoustiques et des sons électriques, comprenant un instrument de musique à vent à trous latéraux combiné à un système électronique selon l'invention.
5 Selon un aspect particulier de l'invention, ledit instrument est un saxophone ou une clarinette ou une flute ou un hautbois ou un basson. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux 10 dessins annexés qui représentent : - La figure 1, une surface tactile intégrant deux émetteurs d'ondes acoustiques et un récepteur d'ondes acoustiques selon un principe de l'art antérieur, - La figure 2, un schéma représentatif des émetteurs et récepteur du 15 système de la figure 1 couplés à un dispositif électronique, - La figure 3, une vue de face de la plaque de verre de la figure 1, sur laquelle des contacts de référence sont indiqués, - La figure 4, un schéma blocs d'un procédé d'apprentissage selon l'art antérieur, 20 - la figure 5, un schéma blocs d'un procédé de surveillance selon l'art antérieur, - la figure 6, une vue de profil d'une clarinette moderne, - les figures 7,8,9,10,11,12 et 13, différentes configurations de bouchage des trous latéraux d'une clarinette, 25 - la figure 14, un exemple de tablature chromatique d'une clarinette, - les figures 15 et 16, un exemple de pavillon amovible d'une clarinette, - la figure 17, une vue de profil d'un saxophone, - la figure 18, un schéma d'un exemple de positionnement possible du système selon l'invention sur un saxophone, 30 - la figure 19, un schéma d'un exemple de configuration possible du système selon l'invention pour une clarinette.
3 0 3 5 7 3 6 7 L'invention est basée sur une nouvelle application inventive d'un procédé permettant de détecter et localiser une perturbation d'un milieu par le biais d'un système composé d'au moins un émetteur d'ondes acoustiques 5 et d'au moins un récepteur d'ondes acoustiques couplés à un dispositif électronique qui reçoit et analyse le signal produit par le récepteur d'ondes acoustiques pour en déduire la localisation de la perturbation. Dans la suite de la description, on parlera d'ondes mécaniques élastiques pour désigner plus largement les ondes compatibles du système 10 selon l'invention dont les ondes acoustiques font partie. Un exemple de procédé de localisation d'une perturbation d'un milieu à partir d'émetteurs et récepteurs d'ondes mécaniques élastiques est décrit dans le brevet français du Demandeur publié sous le numéro FR 2967788 et dans la demande de brevet américain équivalente publiée sous le numéro 15 US2013233080. Ces documents décrivent un système et une méthode permettant de rendre tactile une surface, par exemple une surface en verre ou un autre matériau, en positionnant sur cette surface au moins un émetteur d'ondes acoustiques et au moins un récepteur d'ondes acoustiques. Les ondes se propagent dans le milieu constitué par la surface, sont reçus par le 20 récepteur qui génère un signal caractéristique des ondes reçues. En analysant le signal reçu, il est possible de détecter une perturbation du milieu engendrée par une déformation de la surface du fait d'un contact d'un doigt avec cette surface. Cette méthode permet ainsi de localiser un contact sur la surface rendue tactile.
25 La présente invention utilise ce principe et l'adapte afin de l'appliquer à l'identification de l'état de bouchage des trous d'un instrument de musique à vent à trous latéraux. On rappelle tout d'abord brièvement les éléments principaux du 30 procédé de localisation d'une perturbation d'un milieu décrit en détail dans 3035736 8 les documents FR 2967788 et US2013233080. L'homme du métier peut se référer à ces documents pour comprendre et mettre en oeuvre l'invention. La figure 1 représente un système de surface tactile comportant une plaque de verre 102, deux dispositifs d'émission 304, 306 d'ondes 5 acoustiques sismiques dans la plaque 102 et un dispositif de réception 308 des ondes acoustiques sismiques. Les trois dispositifs sont fixés, par exemple par collage ou autre moyen de fixation, dans la partie intérieure 204 de la plaque de verre 102. De préférence, les ondes acoustiques émises et reçues sont des 10 ondes de flexion présentant une longueur d'onde grande devant l'épaisseur de la plaque de verre 102. Ce sont des ondes de volume. L'énergie du champ acoustique de ces ondes est distribuée sur toute l'épaisseur de la plaque de verre 102. Si la plaque de verre 102 est homogène et isotrope, le système est 15 conçu de préférence pour détecter des contacts sur les deux surfaces de contact de la plaque 102 indépendamment de la surface de contact où sont fixés les dispositifs d'émission 304, 306 et de réception 308. En référence à la figure 2, le premier dispositif d'émission 304 20 comporte un disque piézoélectrique 402 (c'est-à-dire en matériau piézoélectrique) présentant une face inférieure recouverte d'une électrode inférieure 404 par laquelle le premier dispositif d'émission 304 est plaqué contre la plaque de verre 102. Le disque piézoélectrique 402 présente en outre une face supérieure recouverte de quatre électrodes supérieures 406A, 25 406B et 408A, 408B, recouvrant chacune un quart respectif de la face supérieure. Dans l'exemple décrit, le disque piézoélectrique 402 est polarisé uniformément sur toute sa surface. Le second dispositif d'émission 306 est identique au premier dispositif d'émission et comporte de la même manière un disque piézoélectrique 410 muni de quatre électrodes supérieures 412A, 30 412B et 414A, 414B sur sa face supérieure et d'une électrode inférieure 416 sur sa face inférieure. Le dispositif de réception 308 comporte un disque 3035736 9 piézoélectrique 418 présentant une face inférieure recouverte d'une électrode inférieure 420 plaquée contre la plaque de verre 102. Il comporte en outre une face supérieure recouverte d'une électrode supérieure 422. Le système de surface tactile 100 comporte en outre un dispositif informatique 5 424 connecté aux électrodes des dispositifs d'émission 304, 306 et de réception 308. Plus précisément, les électrodes inférieures 404, 416, 420 des deux dispositifs d'émission 304, 306 et du dispositif de réception 308 sont connectées à une masse électrique du dispositif informatique 424. En outre, le dispositif informatique 424 est conçu pour fournir les signaux de 10 commandes suivants au premier dispositif d'émission : ei (t) entre les deux électrodes opposées 406A, 406B, et e2(t) entre les deux autres électrodes opposées 408A, 408B. Dans l'exemple décrit, les deux électrodes opposées sont polarisées entre respectivement deux potentiels opposés l'un de l'autre : -ei (t)/2 et +ei(t)/2, et les deux autres électrodes opposées entre 15 respectivement deux potentiels opposés l'un de l'autre : - e2(t)/2 et + e2(t)/2, L'électrode supérieure 422 du dispositif de réception 308 est connectée au dispositif informatique 424 pour lui fournir un signal de réception r(t), à partir des ondes acoustiques reçues par le dispositif de réception 308.
20 Le dispositif informatique 424 est également conçu pour fournir des signaux de commandes au second dispositif d'émission 306, de la même manière que pour le premier dispositif d'émission 304, de sorte qu'ils ne seront pas détaillés dans la suite. Le dispositif informatique 424 est conçu pour détecter et localiser un 25 contact sur l'une des surfaces de contact 104A, 1048 à partir du signal de réception r(t) correspondant aux ondes acoustiques sismiques reçues, c'est-à-dire aux ondes acoustiques sismiques émises par les premier et second dispositifs d'émission 304, 306 et qui se sont propagées dans la plaque de verre 102.
30 A cet effet, le dispositif informatique 424 est conçu pour mettre en oeuvre les actions qui seront détaillées par la suite.
303 5 7 3 6 10 Par exemple, le dispositif informatique 424 comprend une unité de traitement (non représentée) pour l'exécution d'instructions d'un programme d'ordinateur (non représenté) pour mettre en oeuvre ces actions. En variante, le dispositif informatique 424 pourrait être remplacé par 5 un dispositif électronique composé uniquement de circuits électroniques (sans programme d'ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions. On décrit à présent la méthode utilisée pour détecter et localiser un contact sur la surface 102 toujours en référence aux documents FR 2967788 10 et US2013233080 que le lecteur peut consulter pour plus de détails. Cette méthode se décompose en un procédé d'apprentissage et un procédé de surveillance. En référence à la figure 3, ces procédés utilisent des contacts de 15 référence C(i,j) dont les positions sur la surface de contact 104B de la plaque de verre 102 sont connues du dispositif informatique 424. Ces contacts de référence C(i, j) sont par exemple répartis sur une grille selon les axes Al et A2, où les indices (i,j) indiquent leur position dans la grille. Ces procédés utilisent en outre une fonction de voisinage V(C(i, j)) 20 permettant de déterminer les contacts de référence voisins d'un contact de référence C(i,j) donné. Par exemple, dans le cas où les contacts de référence sont répartis sur une grille rectangulaire, les contacts de référence voisins sont les huit contacts entourant le contact de référence considéré sur la grille (« première couronne »), comme cela est illustré sur la figure 3.
25 Par ailleurs, dans ces procédés, seul le premier dispositif d'émission 304 sera considéré, étant donné que l'introduction de l'autre dispositif d'émission 306 ne change pas l'expression générale du champ acoustique total dans la plaque. De façon générale, le nombre d'émetteurs et récepteurs utilisés peut être variable et le procédé peut fonctionner même avec un seul 30 émetteur et un seul récepteur.
303 5 7 3 6 11 En référence à la figure 4, le procédé d'apprentissage 1600 comporte tout d'abord une étape 1602 au cours de laquelle le système de surface tactile est placé dans un environnement silencieux tandis que la plaque de verre 102 est laissée sans contact.
5 Dans ces conditions, au cours d'une étape 1604, le dispositif informatique 424 fournit les signaux de commande ei (t) et e2(t) tels que représentés sur la figure 3, au premier dispositif d'émission 304, et ce dernier émet des ondes acoustiques dans la plaque de verre 102. En même temps, au cours d'une étape 1606, le dispositif de réception 10 308 reçoit les ondes acoustiques après leur propagation dans la plaque de verre 102, et fournit au dispositif informatique 424 un signal de réception à vide, noté r(t), correspondant aux ondes acoustiques reçues. Au cours d'une étape 1608, le dispositif informatique 424 calcule l'amplitude de la transformée de Fourier du signal de réception à vide r(t), 15 appelée amplitude spectrale à vide R(f) = I f t(r(t)) I. Au cours d'une étape 1610, un contact de référence C(i,j) est appliqué sur la surface de contact de la plaque de verre 102, toujours dans un environnement silencieux. Au cours d'une étape 1612, avec le contact de référence C(i,j) 20 appliqué, le dispositif informatique 424 fournit les signaux de commande (t) et e2(t) au premier dispositif d'émission 304. Au cours d'une étape 1614, le premier dispositif d'émission 304 émet des ondes acoustiques correspondant aux signaux de commande ei (t) et e2(t) dans la plaque de verre 102, tandis que le dispositif de réception 308, 25 au cours d'une étape 1616, reçoit les ondes acoustiques après leur propagation dans la plaque de verre 102, et fournit au dispositif informatique 424 le signal de réception correspondant, appelé signal de réception de référence ri,1 (t). Au cours d'une étape 1618, le dispositif informatique calcule 30 l'amplitude de la transformée de Fourier du signal de réception de référence ri (t), appelée amplitude spectrale de référence Rij(f) = If ft(rii(t))1.
3035736 12 Au cours d'une étape 1620, le dispositif informatique 424 calcule une distance, appelée distance d'amplitude spectrale de référence DNR(i,j), entre l'amplitude à vide et l'amplitude de référence. Par exemple, la distance d'amplitude spectrale de référence DNR(i,j) est une distance normalisée 5 relative, par exemple égale à la norme 1 du pourcentage de variation des amplitudes spectrales à vide R(f) = Ifft(r(t))1 et de référence Rij(f) = If ft(ri,i(t))1 : DNR(i, j) Rii(f) - R(f) R(f) = Rii(f) R(f) 1 Le procédé 1600 retourne alors à l'étape 1610, pour un autre contact de référence C(i,j), jusqu'à ce que tous les contacts de référence soient 10 balayés. Il pourra être observé que le procédé d'apprentissage 1600 n'a besoin d'être réalisé que sur une des deux surfaces de contact de la plaque de verre, puisque deux contacts en vis-à-vis de part et d'autre de la plaque de verre 102 ont le même effet sur les ondes acoustiques se propageant dans la 15 plaque de verre 102. En référence à la figure 5, un procédé de surveillance 1700 utilisant le système de surface tactile comporte tout d'abord des étapes 1702 à 1712 d'initialisation.
20 Au cours d'une étape 1702, le système de surface tactile est placé, sans qu'un contact ne lui soit appliqué, dans son environnement d'utilisation, ce dernier pouvant comporter un bruit résiduel faisant vibrer la plaque de verre 102 et produisant ainsi un signal parasite dans le signal de réception fourni par le dispositif de réception 306. Le bruit résiduel peut également 25 provenir de l'électronique de traitement, notamment du bruit de quantification. Au cours d'une étape 1704, le dispositif informatique 424 fournit les signaux de commande ei(t) et e2(t) au premier dispositif d'émission 304, et 3035736 13 le dispositif d'émission 304 émet les ondes acoustiques correspondantes dans la plaque de verre 102. En même temps, au cours d'une étape 1706, le dispositif de réception 308 reçoit les ondes acoustiques après leur propagation dans la plaque de 5 verre 102, et fournit au dispositif informatique 424 un signal de réception, appelé signal de réception avec bruit résiduel rBR(t), correspondant aux ondes acoustiques reçues. Au cours d'une étape 1708, le dispositif informatique 424 calcule l'amplitude de la transformée de Fourier du signal de réception avec bruit 10 résiduel rBR(t), appelée amplitude spectrale avec bruit résiduel RBR(f) = IfftBR (r(t)) I. Au cours d'une étape 1710, le dispositif informatique 424 calcule un bruit résiduel de départ BRD à partir de l'amplitude spectrale avec bruit résiduel RBR(f) et de l'amplitude spectrale à vide R(f). Par exemple le bruit 15 résiduel de départ BRD est la norme 1 du pourcentage de variation des amplitudes spectrales avec bruit résiduel RBR(f) et à vide R(f) : RBRU") BRD = 1 R(f) f Au cours d'une étape 1712, le dispositif informatique 424 initialise, à la valeur du bruit résiduel de départ, une donnée BR représentant le bruit 20 résiduel en cours. En outre, le dispositif informatique 424 initialise un compteur d'itération n à la valeur 1. Le procédé de surveillance 1700 comporte alors la boucle d'étapes 1714 à 1750 de surveillance, l'itération en cours de la boucle d'étapes étant l'itération n.
25 Au cours d'une étape 1714, le dispositif informatique 424 fournit les signaux de commande ei (t) et e2(t) au premier dispositif d'émission 304, et le dispositif d'émission 304 émet les ondes acoustiques correspondantes dans la plaque de verre 102.
3035736 14 En même temps, au cours d'une étape 1716, le dispositif de réception 308 reçoit les ondes acoustiques successives après leur propagation dans la plaque de verre 102, et fournit au dispositif informatique 424 un signal de réception, appelé signal de réception en cours r,(t), correspondant aux ondes 5 acoustiques reçues. Au cours d'une étape 1718, le dispositif informatique 424 calcule l'amplitude de la transformée de Fourier du signal de réception en cours r,(t), appelée amplitude spectrale en cours R,(f) = If f t(rn(t)) I. Au cours d'une étape 1720, le dispositif informatique 424 calcule une 10 distance d'amplitude spectrale en cours DNR' à partir des amplitudes spectrales avec bruit résiduel RBR (f) et en cours R,(f). Par exemple, la distance d'amplitude spectrale en cours DNR' est une distance normalisée relative, par exemple la norme 1 du pourcentage de variation des amplitudes spectrales avec bruit résiduel RBR (f) et en cours R,(f) : DNR, = R,(f) f RBR(f) 1 15 Au cours d'une étape 1722, le dispositif informatique 424 calcule une perturbation courante PC,, à partir de la distance d'amplitude spectrale en cours DNR' et du bruit résiduel BR . Par exemple, la perturbation courante PC, est le pourcentage de variation entre la distance d'amplitude spectrale 20 en cours DNR, et le bruit résiduel BR PC, = 1DNRBR , 11x100 Au cours d'une étape 1724, le dispositif informatique 424 détermine si la perturbation courante PC, a légèrement dérivé par rapport à l'itération précédente, ce qui indique une variation du bruit résiduel, mais pas un contact car ce dernier entraînerait une grande variation de la perturbation 25 courante PC,. Cette petite dérive est par exemple déterminée si : i'l/ 11x100 < 15%. PCn-i 3035736 15 Si une petite dérive de perturbation courante PC' est déterminée, les étapes 1726 à 1730 sont mises en oeuvre. Au cours de l'étape 1726, le dispositif informatique 424 met à jour l'amplitude spectrale avec bruit résiduel RBR(f) à la valeur de l'amplitude 5 spectrale en cours R,(f). Au cours de l'étape 1728, le dispositif informatique 424 calcule le nouveau bruit résiduel BR à partir de l'amplitude spectrale avec bruit résiduel RBR(f) mise à jour, soit : BR = RBR(J ") 1 f R(f) -I- 10 Au cours de l'étape 1730, le dispositif informatique 424 incrémente n d'une unité et le procédé retourne aux étapes 1714 et 1716. Si aucune petite dérive de perturbation courante PC, n'est déterminée, au cours d'une étape 1732, le dispositif informatique 424 détermine si la perturbation courante PC, est élevée, par exemple 15 supérieure à un seuil prédéterminé, ce qui indiquerait la survenue d'un contact. Par exemple, un contact C est détecté si PC, est supérieur ou égal à 100%. Si un contact C est détecté, au cours d'une étape 1734, le dispositif informatique 424 calcule les écarts entre la distance d'amplitude spectrale de 20 référence DNR(i,j) et la distance d'amplitude spectrale en cours DNR,,. Dans l'exemple décrit, ces écarts sont des écarts normalisés relatifs, par exemple exprimés en pourcentages du bruit résiduel. Toujours dans l'exemple décrit, ces écarts sont placés dans une matrice ENRD,(i,j) où chaque élément (i,j) de la matrice correspond à l'écart par rapport au contact 25 de référence C(i, j) : IDNR,- DNR(i,j) ENRD,(i,j) = 1x100 BR 3035736 16 Au cours d'une étape 1736, le dispositif informatique 424 détermine le contact de référence C(i, j) le plus proche du contact détecté C . Il s'agit du contact de référence associé à l'élément de la matrice ENRDn(i, j) le plus petit (c'est-à-dire l'élément indiquant l'écart le plus faible par rapport à la 5 distance d'amplitude spectrale en cours DNRn). Cet élément le plus petit est noté ESn = ENRD(in, jn) avec (in, jn) sa position dans la matrice ENRDn(i, i) et également dans la grille des contacts de référence. Le dispositif informatique 424 fournit comme position du contact détecté C la position du contact de référence C(in, jn) le plus proche, et le 10 procédé 1700 passe alors à l'étape 1750. La technique décrite ci-dessus est modifiée pour être appliquée à la détermination de l'état de bouchage des trous latéraux d'un instrument de musique à vent. On décrit à présent les adaptations nécessaires à cette 15 technique qui permettent de mettre en oeuvre la présente invention. Le principe général de l'invention consiste à positionner les émetteurs et récepteurs d'ondes mécaniques élastiques non plus sur une surface plane mais sur un instrument de musique à vent. Un instrument de musique à vent est un objet solide résonnant pour les ondes mécaniques élastiques. Les 20 ondes mécaniques élastiques se propagent dans le corps de l'instrument et, lorsqu'une action du musicien est effectuée pour boucher certains trous latéraux, cette action engendre une perturbation du milieu dans lequel se propagent les ondes. Chaque état de bouchage des trous latéraux associé à une note différente va engendrer une signature différente sur le signal produit 25 par le récepteur à partir des ondes qu'il reçoit. L'invention exploite cet effet physique pour détecter et identifier les différentes configurations de bouchage des trous de l'instrument. Les émetteurs et récepteurs d'ondes mécaniques élastiques peuvent prendre la forme de transducteurs piézoacoustiques, de pastilles 30 piézoélectriques ou de transducteurs en céramique ferroélectrique.
3035736 17 En référence à la figure 4 et à la description associée, le procédé d'apprentissage décrit ci-dessus est modifié de la façon suivante. Le système de surface tactile est remplacé par l'instrument de musique à vent sur lequel sont fixés au moins un émetteur 304,306 et au moins un récepteur 308 reliés 5 à un dispositif informatique 424. Les étapes 1602,1604,1606 et 1608 du procédé d'apprentissage sont appliquées à l'instrument de musique muni de l'émetteur et du récepteur. Les étapes 1610 à 1620 du procédé d'apprentissage sont ensuite exécutées en remplaçant le contact de référence C(i,j) par un état de 10 bouchage E(i) des trous latéraux de l'instrument et en faisant varier cet état sur l'ensemble des états possibles qui dépend de l'instrument visé et de sa tablature chromatique. Les différents états de bouchage possibles seront explicités plus loin dans la description et sur la figure 14. Plus précisément, au cours de l'étape 1610, on applique un état de bouchage E(i) aux trous 15 latéraux de l'instrument, c'est-à-dire on joue une note parmi toutes les notes possibles. Les étapes 1612,1614,1618 et 1620 sont ensuite exécutées de la même façon que décrit ci-dessus en référence à la figure 4. Le procédé de surveillance décrit à la figure 5 et paragraphes 20 associés est également adapté de la façon suivante. Les étapes 1702 à 1730 sont exécutées de la façon décrite ci-dessus en remplaçant la surface tactile par l'instrument de musique muni de l'émetteur et du récepteur. L'étape 1732 est adaptée en ce qu'on cherche ici non plus à détecter 25 un contact C sur une surface mais à détecter si l'état de l'instrument par rapport à son état hors fonctionnement a été modifié, autrement dit si au moins un trou latéral est bouché suite à une action du musicien. L'étape 1734 est adaptée en ce qu'on calcule les écarts entre les distances d'amplitude spectrale DNR(i), correspondants aux différentes 30 configurations de bouchage des trous de l'instrument, calculées par le procédé d'apprentissage et la distance d'amplitude spectrale en cours.
3035736 18 Dans l'étape 1736, on détermine enfin l'état de bouchage des trous le plus proche de l'état détecté à l'étape 1732. Lorsqu'un état de bouchage des trous est identifié, on le fait correspondre à une note grâce à la tablature chromatique de l'instrument.
5 Cette note est ensuite restituée numériquement grâce à une méthode de synthèse sonore. Sans sortir du cadre de l'invention, la méthode permettant de déterminer l'état de bouchage des trous de l'instrument à partir du signal 10 produit par au moins un récepteur d'ondes mécaniques élastiques peut être remplacée par d'autres méthodes basées sur le même principe telles que celles décrites dans les publications de brevets ou de demandes de brevets suivantes : EP2150882, FR2948471, FR2948787. L'Homme du métier pourra se référer à ces différents documents pour 15 implémenter les variantes décrites de la méthode de traitement du signal produit par un ou plusieurs récepteurs d'ondes mécaniques élastiques. En synthèse, le document EP2150882 décrit une autre méthode de détection et de localisation d'un contact sur une surface tactile qui est également basée sur une première phase d'apprentissage au cours de 20 laquelle on enregistre les signatures associées à différents contacts de référence sur la surface et une seconde phase de surveillance dans laquelle on localise un contact par comparaison de la signature calculée avec les signatures enregistrées pendant la phase d'apprentissage. Ce principe est applicable de la même façon à l'identification d'un état de bouchage des 25 trous d'un instrument à vent. De même, les documents FR2948471 et FR2948787 impliquent également un traitement en deux phases successives. Chacune des trois méthodes décrites dans l'art antérieur est basée sur le même principe mais en proposant de calculer des métriques différentes pour analyser le signal 30 produit par le ou les récepteurs et effectuer la comparaison entre les 3035736 19 signatures enregistrées pendant la phase d'apprentissage et la signature calculée pendant la phase de surveillance. De façon générale, l'invention met en oeuvre un procédé de détection et d'identification de l'état de bouchage des trous latéraux d'un instrument de 5 musique à vent qui comprend : - une première phase d'apprentissage dans laquelle on active un état de bouchage des trous de l'instrument parmi l'ensemble des états possibles, on fait propager dans l'instrument des ondes mécaniques élastiques à partir d'au moins un point d'émission situé sur 10 l'instrument, on capte les ondes mécaniques élastiques en au moins un point de réception appartenant à l'instrument et on sauvegarde certaines caractéristiques du signal capté dans une bibliothèque, cette première phase étant itérée sur l'ensemble des états de bouchage des trous de l'instrument correspondant à sa tablature chromatique, 15 - une seconde phase de détection dans laquelle, le joueur active un état de bouchage des trous de l'instrument pour produire une note correspondante, on capte à nouveau les ondes mécaniques élastiques transmises entre au moins un point d'émission et au moins un point de réception et on compare certaines caractéristiques du 20 signal capté aux caractéristiques correspondantes dans la bibliothèque pour en déduire quel est l'état de bouchage des trous qui est activé puis en déduire la note correspondante. Selon la méthode choisie, les caractéristiques du signal exploitées peuvent être une amplitude spectrale de référence ou un vecteur fréquentiel 25 obtenu par calcul d'une transformée de Fourier discrète sur le signal échantillonné reçu ou encore une métrique dépendante de l'amplitude et de la phase du signal, par exemple un vecteur d'absorption ou encore une fréquence d'un mode propre de vibration de la surface du corps de l'instrument 30 303 5 7 3 6 20 On décrit à présent l'application de l'invention pour deux exemples d'instrument à vent : une clarinette et un saxophone. Ces exemples ne sont nullement limitatifs et l'Homme du métier saura sans difficultés étendre les principes décrits pour les appliquer à d'autres instruments de musique à vent 5 à trous latéraux. On décrit en particulier les différents agencements possibles du système électronique selon l'invention qui est composé d'au moins un dispositif d'émission d'ondes mécaniques élastiques, d'au moins un dispositif de réception d'ondes mécaniques élastiques et d'un dispositif informatique configuré pour exécuter l'un des différents procédés décrits ci-dessus à partir 10 des signaux fournis par le ou les dispositifs de réception. La figure 6 représente, en vue de profil, une clarinette moderne 600 composée d'un corps tubulaire 601 dans lequel sont prévus des trous latéraux, d'un bec 610, d'un baril 611 et d'un pavillon 614. Sur le corps sont 15 positionnés un ensemble de clés 612,613 actionnables par la main gauche d'une part et par la main droite d'autre part. Le terme clé est utilisé ici pour désigner un élément mécanique qui permet le bouchage d'un trou via l'action du musicien sur un anneau relié à un tampon. Un ensemble de clés reliées entre elles constitue un clétage. Sur la figure 6 sont représentés le clétage 20 612 pour la main gauche et le clétage 613 pour la main droite. Les trous latéraux peuvent être bouchés directement par un doigt ou par un tampon faisant partie d'une clé. Le tampon est relié à un anneau disposé au dessus d'un autre trou. Ainsi, l'action du doigt sur l'anneau entraine le bouchage d'un autre trou via le tampon associé à l'anneau.
25 La figure 7 représente une partie d'une clarinette dans laquelle un trou est bouché par un tampon 700 actionné via une clé 701. La figure 8 représente le positionnement d'une clé ouverte et la figure 9 représente le positionnement de la même clé fermée. Un tampon 800 vient se positionner sur un trou 801 pour le boucher.
30 Les figures 10 et 11 illustrent un exemple de bouchage d'un trou 1000 par un doigt.
3035736 21 Enfin, les figures 12 et 13 illustrent un exemple de bouchage d'un trou 1200 par l'action d'un doigt sur un anneau 1201 qui vient entrainer la fermeture d'autres trous. La figure 14 montre un exemple de tablature chromatique d'une 5 clarinette. Chaque combinaison de bouchage d'un ou plusieurs trous correspond à une note. Le système selon l'invention doit être conçu de manière à être amovible pour que l'instrument puisse alternativement fonctionner en mode 10 acoustique et en mode numérique. Pour cela, le ou les émetteurs et le ou les récepteurs du système selon l'invention peuvent être positionnés sur n'importe quelle partie de l'instrument, par exemple le corps 601, le bec 610, le baril 611 ou le pavillon 614, et sont fixés par un moyen de fixation amovible qui peut être de 15 l'adhésif, une pince, un clip, un aimant, une bague, un emboitement en force dans la colonne d'air de l'instrument ou tout autre dispositif permettant de positionner et de retirer les émetteurs et les récepteurs aisément. Selon une variante de réalisation de l'invention, les émetteurs et récepteurs peuvent être positionnés dans une partie amovible de 20 l'instrument. Cette variante présente l'avantage de permettre le retrait de la partie amovible sur laquelle sont fixés les émetteurs et récepteurs pour la remplacer par une partie correspondante non modifiée qui permet de faire fonctionner l'instrument en mode acoustique. Par exemple, dans le cas de la clarinette, la partie amovible peut être 25 constituée du bec, du baril ou du pavillon. Les figures 15 et 16 illustrent un exemple de pavillon amovible 500 sur lequel est fixé un récepteur 501 d'ondes mécaniques élastiques. De façon similaire, un émetteur d'ondes mécaniques élastiques (non représenté) peut être fixé également sur le pavillon amovible. La figure 15 montre le pavillon en position démontée. La 30 figure 16 montre le pavillon en position partiellement emboitée dans le corps de l'instrument.
3035736 22 La figure 17 représente en vue de profil un saxophone qui est un autre exemple d'instrument à vent compatible du système selon l'invention. Le saxophone 1800 est composé des éléments suivants : une anche 5 1801, un bec 1802, une ligature 1803, une clé d'octave 1804, un bocal 1805, une vis de serrage 1806 du bocal, un clétage 1807 pour la main gauche, un clétage 1808 pour la main droite, un pavillon 1809, une attache de pavillon 1810, un garde des clés 1811 et une culasse 1812. Le saxophone comporte un corps tubulaire 1820 connecté à une extrémité au bocal 1805 et à l'autre 10 extrémité au pavillon 1809. Comme pour le cas de la clarinette, les émetteurs et récepteurs du système selon l'invention peuvent être positionnés sur n'importe quelle partie du saxophone via des moyens de fixation amovibles déjà décrits ci-dessus. La figure 18 illustre un exemple de positionnement de plusieurs 15 émetteurs Ei,E2,EN et de plusieurs récepteurs Ri,RN. Dans cet exemple, les émetteurs et récepteurs sont préférentiellement positionnés sur le bocal 1805 ou à l'intérieur du pavillon 1809 mais ils pourraient également être fixés directement au corps de l'instrument. Le choix du nombre et de l'emplacement des émetteurs et récepteurs sur l'instrument est fait de sorte à 20 être le moins intrusif possible et le moins gênant pour l'utilisateur. Le bocal et le pavillon du saxophone sont ainsi préférés car ces parties n'entrent pas en interaction avec les doigts du musicien. Selon une variante de réalisation de l'invention, les émetteurs et récepteurs du système selon l'invention peuvent également être fixés dans 25 une partie amovible du saxophone. Cette partie amovible peut être le bocal 1805 qui est en général nativement amovible sur un saxophone ou le bec 1802. Le système selon l'invention comporte également, comme décrit à 30 l'appui de la figure 2, un dispositif informatique connecté aux électrodes des émetteurs et récepteurs d'ondes mécaniques élastiques et configuré pour 3035736 23 exécuter le procédé d'apprentissage décrit à la figure 4 et le procédé de surveillance décrit à la figure 5 avec les adaptations évoquées ci-dessus pour adapter ces procédés à la détection de l'état de bouchage des trous de l'instrument.
5 Le dispositif informatique doit être amovible pour permettre un fonctionnement de l'instrument en mode acoustique. A cet effet, le dispositif informatique peut être fixé à l'instrument par le biais d'un moyen de fixation amovible, par exemple de l'adhésif, une pince, un clip, un aimant, une bague, un emboitement en force dans la colonne d'air de l'instrument ou tout autre 10 moyen de couplage mécanique amovible. Pour ne pas dénaturer l'aspect visuel extérieur de l'instrument, le dispositif informatique peut être fixé à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument, par exemple à l'intérieur du corps de l'instrument ou à l'intérieur d'une autre pièce de l'instrument parmi le pavillon, le bec, le bocal ou le barillet.
15 Dans le cas où l'instrument de musique est un saxophone, le dispositif informatique peut être fixé par l'intermédiaire d'un boitier pouvant s'encastrer à l'intérieur du pavillon 1809. Dans une variante de réalisation, le dispositif informatique peut 20 également être fixé sur une pièce amovible de l'instrument, comme déjà évoqué pour le positionnement des émetteurs, récepteurs. Dans tous les cas, on choisira de positionner le dispositif informatique à l'intérieur de la pièce de sorte qu'il soit situé dans la colonne d'air de l'instrument. La pièce amovible peut être une des pièces suivantes : le bocal, le pavillon, le baril, le 25 barillet ou le bec de l'instrument. La figure 19 illustre, pour le cas de la clarinette, une mise en oeuvre possible du système électronique selon l'invention. Sur la partie gauche de la figure 19 est représentée une clarinette 1900 dans une configuration pour un jeu acoustique, c'est-à-dire une 30 clarinette originale.
3035736 24 Sur la partie droite de la figure 19, on a identifié deux parties amovibles de l'instrument : le bec 1901 et le pavillon 1902. Ces deux parties peuvent être enlevées pour configurer l'instrument en mode numérique. Pour cela on remplace le bec d'origine 1901 par un bec modifié 1911 selon 5 l'invention. Le bec modifié 1911 peut contenir, comme expliqué ci-dessus une partie des émetteurs et récepteurs d'ondes mécaniques ultrasonores. De même, le pavillon d'origine 1902 peut être remplacé par un pavillon modifié 1912 selon l'invention. Le pavillon modifié 1912 peut également intégrer un ou plusieurs émetteurs d'ondes mécaniques élastiques et/ou un ou plusieurs 10 récepteurs associés. Le pavillon modifié 1912 comporte, fixé à l'intérieur de la colonne d'air, un dispositif informatique ou électronique relié aux émetteurs et récepteurs pour mettre en oeuvre le procédé de détection et d'identification de l'état de bouchage des trous de l'instrument. Le bec modifié 1911 peut être relié au dispositif informatique intégré 15 dans le pavillon modifié 1912 et comprendre un dispositif de détection du souffle du joueur. De cette façon, il est possible de synchroniser la restitution numérique des notes avec le souffle du joueur. Le dispositif informatique selon l'invention fournit à un calculateur les notes associées aux états de bouchage des trous qui ont été détectés. Le 20 calculateur exécute une méthode de synthèse sonore pour restituer numériquement les notes à un utilisateur au moyen d'un casque 1915. Le calculateur peut être embarqué dans un ordinateur 1913 ou un téléphone intelligent 1914 ou tout autre dispositif électronique équivalent. 25
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Système électronique combinable avec un instrument de musique à vent à trous latéraux (600,1800) comprenant un corps tubulaire définissant à l'intérieur une colonne d'air, ledit système comprenant au moins un dispositif d'émission (E1,EN) d'ondes mécaniques élastiques dans le corps de l'instrument, au moins un dispositif de réception (R1,RN) des ondes mécaniques élastiques après leur propagation, conçu pour fournir un signal de réception à partir des ondes mécaniques élastiques reçues et un dispositif de détection et de localisation (424) de la perturbation induite par une action de bouchage d'au moins un trou latéral de l'instrument, configuré pour détecter et identifier une configuration de bouchage des trous latéraux de l'instrument à partir de l'analyse dudit signal de réception, ledit dispositif de détection et de localisation étant disposé de façon amovible à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument.
- 2. Système électronique selon la revendication 1 dans lequel le dispositif de détection et de localisation (424) est configuré pour déterminer, à partir de la tablature chromatique de l'instrument, une note de musique associée à l'état de bouchage des trous latéraux de l'instrument qui a été détecté.
- 3. Système électronique selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de détection et de localisation (424) est configuré pour : - Exécuter une première phase d'apprentissage consistant à faire varier les configurations de l'état de bouchage des trous latéraux de l'instrument parmi l'ensemble des configurations possibles et enregistrer, pour chaque configuration, au moins une caractéristique de référence du signal de réception, 3035736 26 - Exécuter une seconde phase de surveillance pendant qu'un utilisateur joue dudit instrument de musique consistant à enregistrer, pour chaque note jouée par l'utilisateur, au moins une caractéristique courante du signal de réception équivalente à ladite 5 caractéristique de référence, et comparer la caractéristique courante à l'ensemble des caractéristiques de références enregistrées pour en déduire la configuration de bouchage des trous de l'instrument actionnée par le joueur. 10
- 4. Système électronique selon l'une des revendications précédentes comprenant, pour chaque dispositif (E1,EN) d'émission d'ondes mécaniques élastiques et chaque dispositif (R1,RN) de réception d'ondes mécaniques élastiques, un moyen de fixation amovible du dispositif au corps de l'instrument de musique à vent. 15
- 5. Système électronique selon la revendication 4 dans lequel le moyen de fixation amovible est pris parmi les moyens suivants : de l'adhésif, une pince, un clip, un aimant, une bague. 20
- 6. Système électronique selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ledit au moins un dispositif (E1,EN) d'émission d'ondes mécaniques élastiques et ledit au moins un dispositif (R1,RN) de réception des ondes mécaniques élastiques sont disposés dans une partie amovible 25 (500,1805,1911,1912) de l'instrument de musique à vent.
- 7. Système électronique selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen de fixation amovible dudit dispositif de détection et de localisation (424) à l'intérieur de la colonne d'air de l'instrument de 30 musique à vent.
- 8. Système électronique selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel ledit dispositif de détection et de localisation (424) est disposé dans une partie amovible de l'instrument de musique à vent dont l'intérieur est en 3035736 27 partie creux afin de définir une colonne d'air, ledit dispositif de détection et de localisation étant disposé à l'intérieur de la colonne d'air.
- 9. Système électronique selon l'une des revendications 6 ou 8 dans lequel 5 la partie amovible de l'instrument est prise parmi les parties amovibles suivantes de l'instrument : le bocal, le pavillon, le baril, le barillet, le bec.
- 10.Système électronique selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif (E1,EN) d'émission d'ondes mécaniques élastiques est 10 un actionneur piézo-électrique et le dispositif (R1,RN) de réception des ondes mécaniques élastiques après leur propagation est un récepteur piézo-électrique.
- 11.Système électronique selon l'une des revendications précédentes 15 comprenant en outre un dispositif de synthèse sonore (1913,1914) connecté au dispositif de détection et de localisation (424) pour restituer à un utilisateur les notes associées aux configurations détectées de bouchage des trous de l'instrument de musique en fonction de la tablature chromatique de l'instrument de musique. 20
- 12. Instrument de musique à vent à trous latéraux (600,1800) destiné à produire sélectivement des sons acoustiques et des sons électriques, comprenant un instrument de musique à vent à trous latéraux combiné à un système électronique selon l'une des revendications 1 à 11. 25
- 13. Instrument de musique à vent à trous latéraux selon la revendication 12 dans lequel ledit instrument est un saxophone ou une clarinette ou une flute ou un hautbois ou un basson. 30
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