FR3108437A3 - Instrument de musique électronique pour l'exécution d'accords pré-composés et de notes de basses - Google Patents

Instrument de musique électronique pour l'exécution d'accords pré-composés et de notes de basses Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet un instrument de musique électronique à clavier permettant d'exécuter d'une part des accords composés d'avance et des notes de basses d'autre part, c'est- à-dire des notes seules jouées dans un registre grave. Il s'agit d'un instrument de musique électronique MIDI. L'instrument se compose pour sa partie principale d'un clavier à touches rectangulaires. Une action avec un seul doigt sur une seule touche permet de jouer ou un accord pré-composé ou une note de basse. Ce procédé permet l'exécution facile de progressions d'accords avec ligne de basse. L'instrument permet au musicien de jouer un accompagnement musical complet sans apprentissage préalable des instruments à clavier et sans connaissance de la théorie musicale. Le clavier est organisé par section. Chaque section est divisée en 2 zones : la zone d'accords et la zone de basses. Chaque section est référencée par une note de la gamme chromatique. Cette note identifie la tonique des accords et la référence des notes de basses.

Description

Instrument de musique électronique pour l'exécution d'accords pré-composés et de notes de basses
La présente invention a pour objet un instrument de musique électronique à clavier permettant d'exécuter d'une part des accords composés d'avance - nous utiliserons le terme d'accords pré-composés - et des notes de basses d'autre part, c'est-à-dire des notes seules jouées dans un registre grave.
L'instrument se compose pour sa partie principale d'un clavier à actuateurs rectangulaires que nous désignerons par le terme « touche ». A chaque touche est affecté un accord pré-composé ou une note de basse. Une action avec un seul doigt sur une seule touche permet de jouer un accord pré-composé ou une note de basse. Ce procédé permet l'exécution facile de progressions d'accords avec ligne de basse.
Il s'agit d'un instrument de musique électronique MIDI. Les touches fournissent les informations de jeu du musicien. Ces informations sont traitées par un microcontrôleur qui génère en sortie des messages MIDI.
Etat de la technique
Les types d'accords seront abrégés avec les conventions suivantes :
  • majeur : maj
  • mineur : min
  • septième : 7
  • diminué : dim
  • suspendu : sus
On utilisera la notation musicale et le chiffrage des accords américains. Voici quelques exemples :
  • do majeur : C (maj n'est ajouté qu'en cas d'ambiguïté)
  • do mineur : Cm
  • do majeur avec 7ème mineure : C7
  • do majeur avec 7ème majeure : C M7
  • do mineur avec 7ème mineure : Cm7
  • do mineur avec 7ème mineure et quinte diminuée : Cm7 b5
  • do majeur avec 7ème mineure et quinte augmentée : C7 #5
  • do majeur avec 7ème mineure et neuvième majeure : C9
  • do majeur avec neuvième majeure : C add9
  • do avec quarte suspendue : Csus
Il existe de nombreux dispositifs musicaux acoustiques ou électroniques qui permettent l'exécution simplifiée d'accords pré-composés avec ligne de basse. Voici quelques exemples.
Le clavier main gauche des accordéons chromatiques :
Il s'agit d'un dispositif mécanique. Le clavier permet au musicien d'exécuter des accords majeurs, mineurs et septième pour les 12 demi-tons de la gamme. Le clavier main gauche permet aussi de jouer dans le registre grave la tonique, la tierce majeure et la tierce mineure de chaque accord. Ce dispositif a pour principale limitation un choix limité d'accords. A l'exception des accordéons MIDI, la transposition des accords et des basses aux octaves supérieurs ou inférieurs est impossible.
Les « Chord Organs » comme ceux proposés par la marque Magnus dans les années 1960 à 1970 :
Ils se composent d'un clavier à touches piano, auquel est ajouté une section de boutons à enfoncer qui produisent des accords pré-composés. Le dispositif ne propose que quelques accords majeurs ou mineurs dans les tonalités les plus usuelles. Ce dispositif a pour principale limitation un choix d'accords très restreint. Il impose de jouer dans les tonalités les plus usuelles.
L'accompagnement automatique des claviers électroniques du type Portasound Yamaha :
Le clavier est partagé avec une octave à gauche réservée à l'accompagnement. L'enfoncement d'une première touche permet de choisir la fondamentale et de jouer l'accord majeur correspondant. L'enfoncement d'une seconde touche permet de changer le type de l'accord : mineur, septième ou diminué. L'accord est joué plaqué ou arpégé sur des rythmiques programmées, avec une ligne de basse générée automatiquement. Ce dispositif a pour principale limitation un choix d'accords restreint. La rythmique et la ligne de basse imposées sont contraignantes.
les solutions logicielles :
Les logiciels de production musicale proposent des fonctionnalités d'accompagnement automatique. Des accords sont générés en temps réel sur une mélodie, en fonction des règles harmoniques et de paramètres utilisateurs. Si par exemple l'utilisateur joue une mélodie dans la tonalité de C majeur, chaque note de la mélodie sera accompagnée par l'accord diatonique correspondant : C M7, Dm7, Em7, F M7, G7, Am7, Bm7b5 (cas des accords 4 sons). Ces dispositifs logiciels sont limités par le choix de la tonalité qui impose des accords diatoniques. L'exécution en temps réel de progressions utilisant des accords non diatoniques est impossible, ou doit être programmée à l'avance.
L'invention vise à lever certaines des limitations précédemment citées et propose des innovations par rapport aux dispositifs antérieurs :
  • un choix exhaustif d'accords pré-composés
  • l'ajout de notes de basses indépendantes
  • une organisation par quintes
  • une interface graphique
L'instrument se présente sous la forme d'un dispositif comprenant :
  • un clavier de 168 touches
  • une pédale d'accords alternatifs
  • un panneau de commandes
  • des contrôles MIDI
  • un panneau de commandes
  • un circuit électronique et un programme
Le clavier
La section clavier compte 168 touches rectangulaires de 26mm par 18mm. Les touches sont sensibles à la pression et génèrent un message MIDI de vélocité en fonction de la force de frappe.
Les touches sont organisées en 12 sections de 14 touches . A chacune des 12 notes de la gamme chromatique est associée une section. Cette note définit d'une part la tonique à partir de laquelle sont construits les accords pré-composés, et d'autre part la référence des notes de basses. Chaque section est divisée en 2 zones : la zone d'accords (3) et la zone de basses (2).
La zone d'accords regroupe 10 touches correspondant à 10 accords pré-composés. Les accords sont organisés par type sur 2 rangées de 5 touches. La première rangée permet de jouer des accords de type simple : maj, min, 7, dim, sus4. La 2ème rangée permet de jouer ces mêmes accords, avec une extension ou une altération : maj M7, min 7, 7#5, min7 b5, sus2. Le type d'accord est inscrit de façon explicite sur les touches.
La zone de basses regroupe 4 touches jouant des notes de basse. Les notes de basses sont définies par rapport à la tonique de la section. Ce sont la tonique, la tierce majeure, la tierce mineure, et la seconde mineure.
Les zones d'accords et de basses sont complémentaires et permettent au musicien d'alterner dans son jeu les basses et les accords ou de produire une ligne de basse.
Les sections sont disposées verticalement en suivant le cycles des quintes du haut vers le bas de #F à bD. Cette disposition minimise la distance entre les touches pour l'exécution des progressions harmoniques courantes.
la pédale d'accords alternatifs et les presets
Pour proposer un choix réellement exhaustif d'accords, l'instrument présente deux innovations : la pédale d'accords alternatifs (8), et les presets.
Pour chaque section, une pédale permet d'accéder à un second choix de 10 accords. Ce second choix propose de nouvelles extensions et altérations, en conservant toutefois l'organisation logique des accords par type. Voici un exemple pour la section C (do) :
Accords de la 1ère rangée sans action sur la pédale : C ; Cm ; C7 ; C dim ; C sus4.
Accords de la 1ère rangée avec action sur la pédale : C add9 ; Cm add9 ; C9 ; C 7 b9 ; C7 sus4.
Au total, avec la pédale, le musicien accède à un choix de 20 types d'accords par section. La description de la structure de ces 20 types d'accords forme un preset. Un preset par défaut ainsi que 5 autres presets sont stockés dans la mémoire du microcontrôleur. Le choix des presets se fait par la commande banque (5).
Chaque preset stocke des structures de type d'accord cohérentes par rapport à un style musical. Par exemple le preset « Jazz » propose, en plus des triades majeures, mineures et des accords diminués, des structures d'accords avec des extensions et altérations caractéristiques : maj M7, min7, 7 #5, 7 b9. Les presets « Song Writer », « Acid Jazz » et d'autres encore mettent en avant d'autres extensions et altérations. Les presets sont éditables via une interface graphique.
La pédale d'accords alternatifs est connectée au tableau de commandes via un jack mono 6.35.
les contrôles MIDI
A gauche de chaque section sont implémentés 2 commandes MIDI : un potentiomètre rotatif et un bouton poussoir (1). A chacune de ces commandes est affecté un Control Change MIDI.
Les 12 Control Changes des potentiomètres sont affectés par défaut aux canaux MIDI 20 à 31, sur une plage de 0 -127.
Les 12 Control Changes des boutons poussoirs sont affectés par défaut aux canaux MIDI 46 à 57. Les boutons poussoir sont paramétrés pour une action de type bascule (toggle) et envoient une valeur ou 0, ou 127.
L'assignation des Control Changes est éditable via l'interface graphique.
Le tableau de commandes
La représente le tableau de commandes.
Le tableau de commandes comprend les commandes suivantes :
  • transposition des basses aux octaves supérieurs et inférieurs. La transposition se fait par 2 boutons poussoirs « octave + » et « octave - » [Fig 3] (1).
  • transposition des accords aux octaves supérieurs et inférieurs. La transposition se fait par 2 boutons poussoirs « octave + » et « octave - » [Fig 3] (2).
  • choix des renversements d'accords. le choix se fait par 2 boutons poussoirs « inversion + » et « inversion - » [Fig 3] (3).
  • compression de la dynamique pour les basses [Fig 3] (11). Un premier potentiomètre ajuste la vélocité minimum. Un second potentiomètre ajuste la vélocité maximum. Les vélocités captées par les touches sont distribuées sur une plage bornée par ces deux valeurs.
  • compression de la dynamique pour les accords [Fig 3] (12). Un premier potentiomètre ajuste la vélocité minimum. Un second potentiomètre ajuste la vélocité maximum. Les vélocités captées par les touches sont distribuées sur une plage bornée par ces deux valeurs.
  • un bouton poussoir « Panique » [Fig 3] (6) envoie un message MIDI All Notes Off sur tous les canaux MIDI.
  • une commande « arpège » [Fig 3] (4) permet d'arpéger les accords de bas en haut 1 fois, avec une vitesse réglable. Potentiomètre à fond à gauche : la fonction arpège est désactivée. Potentiomètre à fond à droite : l'arpège est joué avec un délai de 1 seconde entre chaque note de l'accord. Position intermédiaire : l'arpège est joué avec un délai proportionnel au déplacement du potentiomètre, entre 1 milliseconde et 1 seconde.
  • trois commandes MIDI assignables [Fig 3] (7). Réglage par défaut : play, stop, record.
  • commande banque de presets [Fig 3] (5). Le choix du preset se fait via un commutateur rotatif à 6 positions.
  • une pédale accords alternatifs [Fig 3] (8). La pédale accords alternatifs permets d'accéder à un choix supplémentaire de 10 types d'accords.
  • une pédale sustain [Fig 3] (9). La pédale sustain génère un message MIDI sustain on / sustain off.
Circuit électronique
technologie des touches sensibles à la pression
La figure représente une touche.
Chaque touche est constituée d'une zone rectangulaire de 26 mm x 18 mm sensible à la pression. La solution technique retenue pour l'analyse de la pression est une adaptation de la technologie utilisée couramment pour les capteurs de pression, connue sous l'appellation Shunt Mode Force Sensor Resistor.
Lorsqu'une force est appliquée au capteur, un matériau semi-conducteur sensible à la pression shunte plus ou moins des électrodes à pistes intercalées. Le matériau choisi pour la fabrication des touches est le Velostat de la société 3M.
Assemblage d'une section
Le clavier est constitué par la juxtaposition de 12 sections construites de la même façon. Une section est un assemblage de 4 couches.
La première couche est formée par le circuit imprimé (1). C'est un circuit double couche sur support standard 1,6 mm d'épaisseur. 14 zones rectangulaires de 26 mm x 18 mm avec des électrodes à pistes intercalées constituent des zones de shunt.
La deuxième couche est formée d'un film vinyle ajouré de 0,2 mm d'épaisseur (2). Ce film est ajouré au niveau des zones de shunt. Son rôle est d'aménager un espace entre le Velostat et les zones de shunt lorsque qu'aucune pression n'est appliquée aux touches.
La troisième couche est constituée d'un film de Velostat de 0,1 mm d'épaisseur (3). Le Velostat est un polymère imprégné de carbone dont la résistivité électrique baisse avec la pression appliquée sur le matériau.
La quatrième et dernière couche est formée d'un film celluloïd imprimé, avec la désignation des accords et des basses (4).
Ainsi réalisées, les touches des sections détectent des pressions de quelques grammes à 1kg environ.
schémas électroniques de principe
La représente le schéma électronique d'un touche du clavier. La zone de shunt recouverte de Velostat (1) forme une résistance variable. Avec R, chaque touche forme un pont diviseur de tension. La tension Vout est fonction de la pression appliquée à la touche.
La représente le schéma électronique d'une section. Les carrés numérotés de 0 à 13 représentent les 14 zones de shunt d'une section. Les tensions Vout0 à Vout13 sont appliquées aux canaux d'entrée 0 à 13 d'un multiplexeur 16 canaux.
Les canaux 14 et 15 sont connectés au potentiomètre et au bouton poussoir pour les commandes MIDI (1).
La représente le schéma électronique au niveau du microcontrôleur Teensy.
Les sorties Mux1 à Mux12 des 12 multiplexeurs sont connectées à 12 entrées analogiques du microcontrôleur.
Les 4 bus d'adresse S0, S1, S2, S3 des multiplexeurs sont connectés à 4 sorties logiques du microcontrôleur Teensy.
Les potentiomètres du tableau de commande sont connectés à des entrées analogiques du microcontrôleur Teensy.
Les boutons poussoirs du tableau de commande sont connectés à des entrées logiques du microcontrôleur Teensy.
Les deux pédales du tableau de commande sont connectés à des entrées logiques du microcontrôleur Teensy.
programme
L'index n référence les multiplexeurs, de n=0 à n=12. Il y a un multiplexeur par section, c'est à dire pour chaque demi-ton.
  • n = 0 référence le multiplexeur de la section #F
  • n = 1 référence le multiplexeur de la section B
  • n = 2 référence le multiplexeur de la section E
  • n = 3 référence le multiplexeur de la section A
  • n = 4 référence le multiplexeur de la section D
  • n = 5 référence le multiplexeur de la section G
  • n = 6 référence le multiplexeur de la section C
  • n = 7 référence le multiplexeur de la section F
  • n = 8 référence le multiplexeur de la section bB
  • n = 9 référence le multiplexeur de la section bE
  • n = 10 référence le multiplexeur de la section bA
  • n = 11 référence le multiplexeur de la section bD
L'index i référence les 16 canaux de chaque multiplexeur, de i=0 à i=15. Ils sont affectés comme suit, pour chaque section :
  • i=0 référence le canal affecté à la touche d'accord Maj
  • i=1 référence le canal affecté à la touche d'accord Min
  • i=2 référence le canal affecté à la touche d'accord 7
  • i=3 référence le canal affecté à la touche d'accord dim
  • i=4 référence le canal affecté à la touche d'accord sus4
  • i=5 référence le canal affecté à la touche d'accord maj M7
  • i=6 référence le canal affecté à la touche d'accord min7
  • i=7 référence le canal affecté à la touche d'accord 7#5
  • i=8 référence le canal affecté à la touche d'accord m7b5
  • i=9 référence le canal affecté à la touche d'accord sus2
  • i=10 référence le canal affecté à la touche de basse Tonique
  • i=11 référence le canal affecté à la touche de basse M3
  • i=12 référence le canal affecté à la touche de basse m3
  • i=13 référence le canal affecté à la touche de basse #1
  • i=14 référence le canal affecté à la commande midi bouton poussoir
  • i=14 référence le canal affecté à la commande midi potentiomètre
Pour les organigrammes on utilise la terminologie et les abréviations anglo-saxonnes :
  • multiplexeur : MUX
  • canal : CHANNEL
  • valeurs de sorties des multiplexeurs : MUX VALUES
  • seuil : THRESHOLD
La décrit la routine du programme pour la lecture des 16 canaux des 12 multiplexeurs. La décrit la routine du programme pour le déclenchement des accords. La décrit la routine du programme pour le déclenchement des basses. L'instrument génère des messages MIDI compatibles avec tous les périphériques MIDI. Basses et accords utilisent deux canaux MIDI distincts. On peut ainsi assigner des sons et des effets distincts pour les basses et les accords. La connexion MIDI se fait par le port USB (10).
interface graphique et paramètres utilisateurs
Une interface graphique sous la forme d'un programme exécutable Mac et PC permet d'accéder aux paramètres utilisateurs principaux :
  • assignation des canaux MIDI
  • assignations des Control Change
  • édition des presets
  • réglage du seuil de sensibilité des touches (threshold)
  • L'instrument peut fonctionner sans l'interface graphique avec les réglages par défaut.
Présentation des dessins
représente le clavier dans son ensemble (1) et le tableau de commande (2).
représente une section, avec la zone d'accords (3), la zone de basses (2) et les commandes MIDI (1).
représente le tableau de commande.
représente le schéma de principe d'une touche sensible à la pression.
représente les 4 couches qui constituent l'assemblage d'une section.
représente le schéma électronique de principe d'une section.
représente le schéma électronique de principe des connections des sections et des commandes au le microcontrôleur.
représente l'organigramme du programme pour la lecture des 12 multiplexeurs.
représente l'organigramme du programme pour le déclenchement des accords.
représente l'organigramme du programme pour le déclenchement des notes de basses

Claims (6)

  1. Instrument de musique électronique permettant d'exécuter des accords pré-composés d'une part et des notes de basses d'autre part, caractérisé en ce qu'il comporte d’une part un clavier de 168 touches sensibles à la pression [Fig 1] offrant un choix exhaustif d'accords, et d’autre part un panneau de commande [Fig 3] offrant des fonctionnalités telles que la transposition, la gestion de la dynamique, le choix des inversions d'accords.
  2. Instrument de musique électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les touches du clavier sont organisées en 12 sections [Fig 2], chaque section étant référencée par une note de la gamme chromatique. Cette note définit d'une part la tonique à partir de laquelle sont construits les accords pré-composés, et d'autre part la référence des notes de basses.
  3. Instrument de musique électronique selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque section est divisée en une zone d'accords [Fig 2] (3) et une zone de basses [Fig 2] (2). La zone d'accords compte 10 touches disposées sur 2 rangées jouant 10 accords pré-composés. Les accords de la 1ère rangée sont les accords de type: maj, min, 7, dim, sus4. Les accords de la 2ème rangée sont les accords de type : maj M7, min 7, 7#5, min7 b5, sus2. La zone de basses compte 4 touches jouant des notes de basses. Les notes de basses sont la tonique, la tierce majeure, la tierce mineure et la seconde mineure.
  4. Instrument de musique électronique selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'action sur la pédale d'accords alternatifs [Fig 3] (8) offre un choix supplémentaire de 10 nouveaux types d'accords pré-composés. Ces accords apportent des extensions ou des altérations nouvelles. L'action sur la pédale d'accords alternatifs porte à 20 le choix d'accords par section.
  5. Instrument de musique électronique selon la revendication 4 caractérisé en ce que la description de la structure des 20 types d'accords d'une section forme un preset. Un preset par défaut et 5 presets éditables sont enregistrés dans la mémoires du microcontrôleur et sont appelés par la commande banque du tableau de commande [Fig 3] (5) .
  6. Instrument de musique électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tableau de commande apporte les fonctionnalités suivantes : transposition des basses aux octaves supérieurs et inférieurs [Fig 3] (1); transposition des accords aux octaves supérieurs et inférieurs [Fig 3] (2); choix des renversements d'accords [Fig 3] (3); compression de la dynamique des basses [Fig 3] (11); compression de la dynamique des accords [Fig 3] (12); commande « arpège » qui permet d'arpéger les accords de bas en haut 1 fois, avec une vitesse réglable [Fig 3] (4); commande banque qui permet de choisir le preset [Fig 3] (5); une commande « panique » qui envoie un message MIDI all notes off [Fig 3] (6); 3 commandes MIDI « play », « stop », « record » [Fig 3] (7); une pédale de commande de sustain [Fig 3] (9).
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