FR3125162A1 - Dispositif de simulation haptique d’un instrument de musique - Google Patents

Abstract

L’invention porte sur un dispositif haptique de commande (1) d’une touche d’un clavier équipant un instrument de musique électronique, ledit dispositif étant associé à une touche (K) montée en pivotement par rapport à un bâti, la touche s’étendant dans une direction longitudinale et présentant un débattement angulaire entre une position angulaire haute, et une position angulaire basse, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend : - des moyens de détection (30) de l’état dynamique de la touche, - des moyens de calcul pour calculer, en fonction des informations de dynamique, un effort résistant instantané à exercer sur ladite touche en réponse à un enfoncement de ladite touche, - un actuateur électrique rotatif (10), - des moyens de liaison mécanique (20) disposés entre l’actuateur et la touche pour appliquer sur ladite touche ledit effort résistant, comprenant au moins un élément flexible en pression et rigide en traction. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif de simulation haptique d’un instrument de musique

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne les dispositifs de simulation ou d’émulation haptique des instruments de musique numérique à clavier.

L’invention concerne plus particulièrement un dispositif reproduisant la sensation haptique des claviers d’un piano acoustique par un piano électronique et son procédé associé.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Les concepteurs et fabricants de pianos électroniques s'efforcent depuis de longues années d'améliorer la sensation du toucher pour la rapprocher de celle du piano acoustique en fournissant un effet haptique qui se rapproche de l’original. Au niveau des touches du clavier du piano électronique, il s’agit donc de reproduire un "retour d'effort" qu’exercent les pièces (chevalet, bâton, levier, marteau, étouffoir) du mécanisme des touches du piano acoustique.

Les pianos acoustiques traditionnels sont conçus avec une certaine résistance au toucher et une certaine vitesse de retour des touches, afin de fonctionner correctement et offrir au pianiste une bonne sensation de jeu. Pour régler le clavier d’un piano, on s’intéresse au poids descendant des touches et au poids ascendant de retour des touches et on fixe parfois des plombs pour ajuster au mieux ces valeurs. L’équilibrage du toucher dépend aussi de l’inertie de la mécanique. Celle-ci est fonction de la masse des pièces, principalement du marteau et des plombs de touches, et des leviers de la mécanique. Plus spécifiquement, on peut dire que l’inertie est dépendante du rapport mécanique entre la course du marteau et la course de la touche. Enfin, de nombreux autres effets, non-linéaires et parfois non-réguliers (au sens mathématique), interviennent également dans la qualité du toucher : raideur des feutres de liaison entre pièces, frottements internes aux feutres, frottements secs aux contacts et dans les axes de rotation. Au final, la relation entre le « retour d’effort » de la touche et son déplacement résulte d’une dynamique à plusieurs degrés de liberté, non-linéaire, non-régulière et fonction de l’historique du mouvement. Elle ne peut être décrite correctement par une relation de type impédance.

Dès 1928, sur les instruments de type ondes Martenot, on peut déjà trouver une touche, appelée « touche d'intensité » ou touche d'expression, qui permet de contrôler le volume du son généré par l'instrument. La clé est montée sous forme de levier de sorte que l'appui sur la touche provoque l'écrasement d'un sac de poudre conductrice qui transmet le signal électrique porteur du son. L'écrasement du sac entraîne une modification de la résistivité de la poudre et, par conséquent, de l'amplitude du son. L'utilisation d'un tel sac permet une relation entre la force appliquée sur la touche et l'amplitude du son qui est très proche de la perception psycho-physiologique du musicien.

Le document US9275618 reprend ce principe en l’améliorant. La queue de la touche est solidaire d’une lame métallique flexible à son extrémité, ladite lame étant prise en sandwich de manière à réaliser le pivotement de la touche. Un capteur d’effort et/ou de position est localisé sur la touche. Une butée déformable (matériau élastomère) localisée sous la queue de la touche exerce une force qui résiste au mouvement vers le bas de l’utilisateur. Un alésage asymétrique dans cette butée assure un caractère non linéaire monotone à la force résistive appliquée par la butée. Le capteur récupère l’information de la force résistive résultant de l'action de la lame souple et de la butée déformable, sous la forme d’un signal qui est ensuite fourni à une unité de traitement pour générer un son avec un niveau sonore correspondant au stimuli.

La demande de brevet FR2902538 présente un dispositif de simulation haptique utilisant un fluide magné-rhéologique dont la viscosité est modulée par champ magnétique pour générer une force qui s’oppose au mouvement de la touche afin d’améliorer le ressenti du musicien. L’instrument de musique à clavier divulgué dans ce document utilise trois capteurs (accélération, vitesse et position) placés pour fournir en temps réel une commande en courant à moyens de génération du champ magnétique en fonction du temps qui va opposer une force de réaction fonction du déplacement de la touche afin de fournir une sensation de toucher satisfaisante. Les moyens de génération sont constitués d’une bobine parcourue par un courant variable dans le temps, ce qui permet d’actionner une force d’intensité plus ou moins forte sur une lame solidaire de la touche en fonction de la valeur du courant.

Le document WO2020/016536 décrit un contrôleur haptique capable de reproduire certains sons autres qu'un piano traditionnel, l'une de ces fonctionnalités étant communément désignée par le terme « aftertouch » et dont l’élément essentiel est un dispositif d’amortissement constitué d’un corps en matériau déformable présentant deux évidements, ledit corps présentant une protubérance placée dans une rainure agencée sur une face de dessous d’une touche. Les deux évidements permettent d’absorber la compression exercée par la touche via la protubérance suivant deux profils d’amortissement différents, l’un souple, l’autre rigide. Des capteurs adaptés pour mesurer le déplacement en rotation et en translation des touches délivrent un signal en fonction de ce déplacement.

Le document US7582821 divulgue un dispositif cherchant à reproduire la sensation de relâchement d’une touche d’un piano acoustique et est composé essentiellement d’un levier de pivotement, de trois interrupteurs à clés et d’un membre de charge rétractable. Lorsque le musicien enfonce une touche, celle-ci pivote autour de son axe et vient appuyer sur le levier de pivotement, qui est sensiblement aussi longue que la touche et disposé sous la touche. Le levier de pivotement vient toucher à son tour trois interrupteurs élastiques de longueurs différentes permettant de renseigner sur la profondeur de l’appui grâce à la séquence de déclenchement successif des interrupteurs. Le membre de charge rétractable va ralentir la montée du levier en fonction des informations recueillies par les interrupteurs et les capteurs de position.

Dans le document US2018286605, le dispositif de génération de force réactive est composé d’un élément déformable en forme de dôme incliné présentant au sommet une surface plane dont l’inclinaison permet de recevoir de façon stable la clé qui exerce la pression.

Enfin dans le document « Réalisation d’un dispositif à retour d’effort pour simuler le toucher de diverses mécaniques de frappe des pianos », Guillaume Paillot, Quentin Desclée (2018), il est proposé un dispositif à retour d’effort composé d’un actionneur placé au niveau du pilote de la touche (zone de contact entre la touche et la mécanique de frappe) et composé de deux aimants permanents fixes et d’une bobine solidaire de la touche. Ce mode de réalisation pose un problème de stabilité à cause de sa masse et de l’inertie que confère cet agencement, plus fortes que celle d’une touche traditionnelle.

Cependant, ces dispositifs sont encombrants pour l’espace disponible et/ou coûteux et/ou ne permettent pas de reproduire suffisamment la dynamique d’une touche donnée (par exemple de piano acoustique) de manière active, sans utiliser le mécanisme à l’origine de cette dynamique, ce qui est encore plus onéreux, ou un mécanisme dérivé, qui est peu satisfaisant sur le plan du contrôle par l’utilisateur de l’instrument de musique.

OBJET DE L’INVENTION

À cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif haptique de commande d’une touche d’un clavier équipant un instrument de musique électronique destiné à reproduire la sensation d’utilisation d’un instrument de musique acoustique homologue, ledit dispositif étant agencé pour être associé à une touche de l’instrument de musique électronique montée en pivotement par rapport à un bâti autour d’un axe de pivotement, la touche s’étendant dans une direction longitudinale et présentant un débattement angulaire entre une position angulaire haute, dite d’origine, et une position angulaire basse, dite de butée.
Le dispositif comprend :
- des moyens de détection pour détecter des informations de l’état dynamique de la touche,
- des moyens de calcul pour calculer, en fonction des informations de dynamique ainsi détectées, un effort résistant instantané à exercer sur ladite touche en réponse à un enfoncement de ladite touche,
- un actuateur électrique rotatif agencé pour produire l’effort résistant,
- des moyens de liaison mécanique disposés entre l’actuateur électrique rotatif et la touche pour appliquer sur ladite touche ledit effort résistant, lesdits moyens de liaison mécanique comprenant au moins un élément flexible en pression et rigide en traction.

Le dispositif selon l’invention permet de reproduire la sensation d’utilisation d’un instrument de musique acoustique, par exemple un piano, tout en proposant un agencement compact, peu coûteux, présentant peu ou pas d’inertie dans son actionnement et peu ou pas d’instabilité dans sa commande. Il permet de choisir ou paramétrer une résistance à l’enfoncement de touche prédéterminée. En outre, il permet d’exercer une force d’opposition dynamique à l’enfoncement de la touche, suivant une relation dynamique prédéterminée, y compris mettant en jeu plusieurs degrés de liberté internes. Enfin, il tend à replacer la touche dans sa position d’origine, lorsque l’utilisateur cesse son appui sur la touche.

Pour ce qui précède et/ou pour la suite de la description, on entend :

• par touche, un organe de commande manuelle agencé pour commander l’émission d’un son lors d’un appui par un utilisateur musicien,
• par actuateur électrique rotatif, un dispositif ou actionneur électromagnétique en rotation,
• par extrémité distale de la touche, la zone d’appui ou la zone d’extrémité destinée à recevoir le ou les doigts de l’utilisateur,
• par extrémité proximale, l’extrémité de la touche opposée à l’extrémité distale,
• par retour de touche, une pièce faisant saillie depuis de la face inférieure ou face de dessous de la touche de manière qu’une face dudit retour de touche soit en vis-à-vis avec la face inférieure ou face de dessous de la touche, par exemple le retour de touche présente la forme d’un « L » dont une face de la base du retour de touche en forme de « L » soit en vis-à-vis avec la face inférieure ou face de dessous de la touche,
• par moyens de liaison mécanique, des moyens reliant l’actuateur à la touche, lesdits moyens pouvant comprendre un ou plusieurs éléments mécaniques reliés entre eux,
• par un élément flexible dans une seule direction des moyens de liaison mécanique, des moyens pouvant fléchir sans présenter d’élasticité longitudinale, et/ou une flexibilité limitée (de manière générale un fil a une flexibilité très grande) et surtout unidimensionnelle ou unidirectionnelle : flexibilité nulle dans deux directions de sollicitation,
• par un élément flexible en pression et rigide en traction, un élément flexible agencé pour travailler en traction à la fois pour convertir le couple mécanique résistant en effort résistant appliqué en un point de ladite touche en cours d’enfoncement, et pour ramener ladite touche à sa position angulaire de repos,
• par terminaison, une extrémité des moyens de liaison mécanique, comme une terminaison d’actuateur ou une terminaison de touche, et/ou une extrémité d’un élément flexible, par exemple une terminaison de câble ou une terminaison de ruban,
• par position angulaire haute, ou position d’origine, la position dans laquelle se trouve la touche, en butée haute, avant qu’un utilisateur ne commence à l’actionner pour obtenir un son lors d’un jeu instrumental habituel,
• par ruban, un élément présentant une largeur au moins trois fois supérieure à son épaisseur, par exemple une fine tôle en forme de bande, faite en métal ou en matériau polymère fibré ou composite, pouvant fléchir sans présenter d’élasticité longitudinale ni transversale autre que celle permettant une flexion ou une courbure, et présentant une résistance faible mais non négligeable à la flexion ou à l’enroulement,
• par câble, un câble ou l’association en parallèle de plusieurs câbles (par exemple entre 2 et 5 câbles) pouvant fléchir dans deux directions mais qui ne présentent pas d’élasticité longitudinale.

De préférence, l’axe de pivotement de la touche est disposé à une extrémité proximale de ladite touche.

De préférence, les moyens de liaison mécanique sont disposés entre l’actuateur et la touche. Les moyens de liaison mécanique comprennent une terminaison d’actuateur et une terminaison de touche. Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent une seule terminaison de touche et une seule terminaison d’actuateur.

De préférence, la terminaison de touche est fixée sur la touche en un point de touche, dit point de fixation, localisé entre d’une part, un point de réception situé à une distance au moins égale à 25% de la longueur longitudinale de ladite touche depuis l’axe de pivotement et d’autre part l’extrémité distale de la touche. Dit autrement, le point de touche peut se situer sur une zone continue s’étendant sur une distance égale à 75% de la longueur longitudinale de ladite touche depuis l’extrémité distale de ladite touche.

La fonction de l’actuateur et des moyens de liaison mécanique entre ledit actuateur et la touche consiste à exercer physiquement une force sur la touche, la force étant prescrite ou dont la relation au mouvement de la touche est prédéterminée. Suivant le point de fixation sur la touche, le couple de la force à exercer par l’actuateur sur la touche se chiffre, au maximum, au produit d’une vingtaine de newtons par le bras de levier de l’extrémité distale, en nuance fortissimo.

Selon un premier mode de réalisation, l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à l’axe de pivotement de la touche.

Selon un deuxième mode de réalisation, l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à la direction longitudinale de la touche.

Selon un troisième mode de réalisation, l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche.

On entend par la position selon laquelle l’axe de rotation de l’actuateur est parallèle, ou perpendiculaire, à la direction longitudinale de la touche, une position établie lorsque la touche est au repos ou dans la position d’origine, la touche pouvant pivoter de quelques degrés lors d’un appui par un utilisateur. Dit autrement, l’axe de rotation de l’actuateur et la direction longitudinale de la touche sont sensiblement parallèles ou sensiblement perpendiculaires, plus ou moins quelques degrés, et se situent dans un même plan vertical.

De préférence, l’actuateur électrique rotatif est un moteur électrique à courant continu.

Avantageusement, l’actuateur électrique rotatif est disposé au-dessus ou au-dessous de la touche. La disposition de l’actuateur et des moyens de liaison mécanique est agencée pour exercer une traction sur la touche de l’instrument, de manière à réaliser une résistance à l’enfoncement lorsque l’utilisateur appuie sur ladite touche et à ramener la touche dans sa position d’origine lorsque l’utilisateur n’appuie pas sur ladite touche.

Avantageusement, les moyens de liaison mécanique se situent au-dessus ou dessous de la touche. De préférence, les moyens de liaison mécanique comprennent une terminaison de touche des moyens de liaison mécanique qui est fixée sur une face supérieure ou inférieure de la touche.

On entend par face supérieure, une face orientée vers le haut lorsque l’instrument de musique électronique est disposé horizontalement, et/ou une face orientée vers l’extérieur dudit instrument. On entend par face inférieure, une face orientée vers le bas lorsque l’instrument de musique électronique est disposé horizontalement, et/ou une face orientée vers l’intérieur dudit instrument.

Les moyens de liaison mécanique comprennent des moyens de raccordement avec la touche. Les moyens de raccordement sont fixés sur la touche et sont agencés pour relier la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique à la touche.

Les moyens de liaison mécanique comprennent au moins une pièce de raccordement correspondant à la terminaison de touche. De préférence, la pièce de raccordement est placée le plus loin possible de l’axe de pivotement de la touche. Cet éloignement permet d’exercer un couple de résistance plus important sur la touche et/ou de choisir un actuateur dans une gamme de dispositifs de courant nominal inférieur, ou de puissance inférieure, diminuant le prix et/ou l’inertie du moteur, et/ou le prix de sa commande électrique.

Par exemple, le rapport entre la distance bras de levier séparant l’axe de pivotement du point de touche où la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique est fixée sur la touche, d’une part, et la distance bras de levier séparant l’axe de rotation de l’actuateur électrique rotatif d’un point d’actuateur, où la terminaison d’actuateur des moyens de liaison mécanique est fixée sur l’arbre de l’actuateur, d’autre part, est d’au moins 10, de préférence au moins 20, avantageusement au moins 30, avantageusement au moins 40, avantageusement au moins 50.

Selon une variante de réalisation, l’actuateur électrique rotatif se situe au-dessous de la touche, par exemple au-dessus du retour de touche, ledit retour de touche étant fixé à ou agencé sur la face inférieure de la touche, par exemple dans un piano plat.

De préférence, la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique est fixée sur une face supérieure d’un retour de touche de la touche. Les moyens de liaison mécanique comprennent une pièce de raccordement disposée sur une face supérieure du retour de touche.

Avantageusement, l’actuateur électrique rotatif présente un diamètre ou une largeur inférieur(e) à la largeur moyenne d’une touche. De préférence, l’actuateur électrique rotatif présente un diamètre ou une largeur inférieur(e) à deux fois la largeur moyenne d’une touche.

Il peut en outre présenter une forme allongée longitudinalement, augmentant d’autant la longueur des conducteurs électriques et donc le couple disponible pour un courant donné dans l’actuateur.

Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent des moyens d’assemblage comprenant une pièce d’enroulement agencée pour s’emmancher sur l’arbre de l’actuateur électrique rotatif, et une pièce de serrage en forme d’étrier présentant deux branches agencée pour entourer au moins partiellement la pièce d’enroulement.

De préférence, l’au moins un élément flexible est flexible selon une seule direction. Par exemple, l’au moins un élément flexible selon une seule direction comprend un ou plusieurs rubans ou un ou plusieurs câbles.

En premier lieu, la légère flexion de l’élément flexible selon une seule direction sert à assurer au moins en partie la compatibilité cinématique entre le mouvement de rotation de la touche et le mouvement de translation imposé par la traction de l’actuateur. La flexibilité dudit élément permet à celui-ci de s’enrouler autour de l’axe de l’actuateur. Dans le cas où les moyens de liaison mécanique comprenent deux éléments flexibles selon une seule direction, en particulier deux rubans, la compatibilité cinématique entre le mouvement de rotation de la touche et l’actuateur est réalisée par un ruban, dit ruban de touche, et l’enroulement autour de l’axe de l’actuateur est réalisé par un ruban, dit ruban d’actuateur, qui est distinct du ruban de touche, les deux rubans étant reliés entre eux.

En deuxième lieu, une flexibilité réduite (non infinie, comme l’est pratiquement celle d’un fil) sert à empêcher que l’actuateur continue de tourner lorsque la touche est bloquée ou ralentie dans son mouvement, par exemple par la butée basse. Les rebonds sont limités en nombre et en durée par l’allure très particulière de la compressibilité longitudinale d’un élément flexible selon une direction : nulle jusqu’à la limite de flambement, puis finie au-delà de la limite de flambement.

De préférence, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins un ruban, ou au moins un câble, flexible en pression et rigide en traction ayant une terminaison distale reliée à un moyeu de l’actuateur électrique rotatif et une terminaison proximale reliée à la touche, ledit ruban étant agencé pour travailler en traction à la fois :
- (i) pour convertir le couple mécanique résistant en effort résistant appliqué en un point de ladite touche en cours d’enfoncement et
- (ii) pour ramener ladite touche à sa position angulaire de repos.

L’au moins un ruban permet de réaliser la traction nécessaire pour agir sur la touche tout en permettant une légère flexion qui sert à assurer la compatibilité entre le mouvement de rotation de la touche et le mouvement de translation du ruban lorsqu’il est tiré par l’actionneur. De plus, la flexibilité finie du ruban utilisé évite ou dissipe les vibrations de rebond lorsque la touche arrive en fin de course.

De préférence, l’au moins un élément flexible en pression et rigide en traction comprend un câble flexible en pression et rigide en traction ou un ruban flexible en pression et rigide en traction.

Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux rubans flexibles en pression et rigides en traction.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux câbles flexibles en pression et rigides en traction.

Selon encore un autre mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins un ruban flexible en pression et rigide en traction et au moins un câble flexible en pression et rigide en traction.

Selon en outre un autre mode de réalisation, moyens de liaison mécanique comprennent au moins trois rubans flexibles en pression et rigides en traction.

Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent un seul ruban, ledit ruban présentant une terminaison d’actuateur agencée pour être reliée à l’arbre de l’actuateur et une terminaison de touche, opposée à la terminaison d’actuateur, agencée pour être reliée à une touche.

Selon un mode de réalisation, les moyens de raccordement réalisent une liaison pivot entre la touche et la terminaison de touche.

Par exemple, la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique présente une ouverture cylindrique et les moyens de raccordement comprennent un arbre de pivotement de manière que l’ouverture cylindrique peut s’enmancher sur et pivoter autour de l’arbre de pivotement. De préférence, les moyens de raccordement comprennent un arbre de pivotement amovible, dit aussi arbre de raccordement, et un corps présentant un perçage agencé pour recevoir l’arbre de pivotement amovible, ledit corps étant agencé pour être fixé sur une touche et comprenant une fente selon un plan transversal à l’axe du perçage de manière à aligner l’ouverture cylindrique de la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique au perçage et à insérer l’arbre amovible dans le perçage et l’ouverture.

Selon une variante de réalisation, ledit perçage présente, selon sa section transversale, la forme d’un trou oblong de manière que l’arbre de raccordement puisse se translater latéralement. De préférence, la longueur la plus longue du trou oblong est supérieure d’au moins 20% par rapport à la largeur (ou longueur la plus petite) du trou oblong.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux éléments flexibles en pression et rigide en traction comprenant au moins deux rubans flexibles en pression et rigides en traction, et une pièce de jonction disposée entre les deux rubans, ladite pièce de jonction présentant deux plans de réception de ruban opposés et perpendiculaires l’un par rapport à l’autre pour recevoir les terminaisons des deux rubans.

Par exemple, les moyens de liaison mécanique comprennent deux rubans, un ruban d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur et un ruban de touche agencé pour être relié à la touche, et une pièce de jonction disposée entre les deux rubans et prévue pour recevoir les terminaisons des rubans disposés de manière orthogonale.

Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de liaison mécanique comprennent trois éléments flexibles, deux éléments flexibles d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur et un élément flexible de touche agencé pour être relié à la touche, et une pièce de jonction disposée entre l’élément de touche et les deux éléments flexibles d’actuateur, ladite pièce de jonction étant agencée pour recevoir les terminaisons des trois rubans. De préférence, les deux éléments flexibles d’actuateur sont reliés à la circonférence de l’arbre de l’actuateur en deux points diamétralement opposés.

De préférence, la pièce de jonction présente deux plans de réception de ruban opposés et perpendiculaires l’un par rapport à l’autre pour recevoir les deux rubans.

Selon un mode de réalisation, la pièce de jonction présente deux fentes opposées et perpendiculaires l’une par rapport à l’autre pour recevoir les deux rubans, de manière à être disposée entre les deux rubans. Chaque fente présente une épaisseur supérieure ou égale à l’épaisseur d’un ruban.

Selon un autre mode de réalisation, la pièce de jonction comprend deux parties de jonction disposées perpendiculairement l’une à l’autre, chaque partie de jonction présentant une face de réception pour attacher un ruban. Par exemple, la pièce de jonction comprend deux plaques s’étendant dans la même direction verticale. Les plaques sont disposées perpendiculairement l’une à l’autre, chaque plaque étant percée pour recevoir un moyen de fixation d’un ruban.

Avantageusement, on utilisera donc des rubans dont l’épaisseur centrale est augmentée par rapport à l’épaisseur près des pièces de jonction, ou bien des rubans courts, afin d’augmenter à la fois la limite de flambement et de diminuer la compressibilité au-delà de la limite de flambement. De préférence, l’épaisseur centrale est augmentée par rapport à l’épaisseur de la portion du ruban qui ne s’enroule pas sur l’arbre de l’actuateur.

Selon des variantes de réalisation, combinables avec un ou plusieurs rubans ou un câble, les moyens de liaison mécanique comprennent une pièce de renvoi.

De préférence, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux éléments flexibles, un élément flexible d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur et un élément flexible de touche agencé pour être relié à la touche, et une pièce de renvoi présentant un axe de pivotement, ladite pièce de renvoi étant disposée entre deux éléments flexibles, ladite pièce de renvoi étant agencée pour réaliser une trajectoire non rectiligne des moyens de liaison mécanique.

Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de liaison mécanique comprennent trois rubans, un ruban d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur, un premier ruban de touche, une pièce de jonction disposée entre le ruban d’actuateur et le premier ruban de touche, un deuxième ruban de touche agencé pour être relié à la touche, et une pièce de renvoi disposée entre le premier ruban de touche et le deuxième ruban de touche et prévue pour recevoir les terminaisons des rubans s’étendant de manière orthogonale.

Par exemple, la pièce de renvoi est une poulie ou une pièce d’actionnement à levier en forme de « L ».

Selon une première variante de réalisation, la pièce de renvoi est une poulie fixe ou tournante, de manière qu’un ruban ou un câble soit en contact avec ladite poulie. En fonctionnement selon une disposition particulière de la poulie, la poulie effectue un quart de tour, ou le ruban ou le câble parcourt un quart de la circonférence de la poulie fixe. De préférence, les moyens de liaison mécanique comprennent en outre une contre-poulie ou guide d’axe parallèle à l’axe de la poulie. La contre-poulie ou le guide est disposé(e) près de la poulie de manière que le ruban ou le câble soit en contact simultanément avec la poulie d’une part, et la contre-poulie ou le guide d’autre part.

Selon une deuxième variante de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent une pièce d’actionnement à levier. Par exemple la pièce d’actionnement à levier présente la forme d’un « L » ou d’une équerre. La pièce d’actionnement à levier comprend un axe de rotation au point de croisement des deux branches du « L » ou des deux branches de l’équerre. Selon un mode de réalisation, la pièce d’actionnement en « L » est disposée sous la touche et est reliée près du retour de touche.

De manière optionnelle, la pièce d’actionnement à levier peut réaliser une pièce de jonction. Une ou les deux extrémités de ladite pièce peuvent comprendre une fente telle que définie au-dessus pour la pièce de jonction.

De manière non exhaustive, il est présenté les différents modes de réalisation comprenant une combinaison de caractéristiques proposées ci-dessus :

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à l’axe de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant un câble ou un ruban reliant l’actuateur à la touche ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à l’axe de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant un câble ou un ruban reliant l’actuateur à la touche, et une pièce de renvoi entre l’actuateur et la touche afin de modifier la trajectoire dudit câble ou dudit ruban, la pièce de renvoi présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à l’axe de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant deux éléments flexibles, pouvant être deux câbles ou deux rubans ou un câble et un ruban, reliant l’actuateur à la touche, et une pièce de renvoi présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche, les deux éléments flexibles étant séparés par la pièce de renvoi ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à la direction longitudinale de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant un câble reliant l’actuateur à la touche ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à la direction longitudinale de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant un ruban reliant l’actuateur à la touche, et des moyens de raccordement comprenant un perçage de section à forme de trou oblong de manière à réaliser un jeu de fonctionnement dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la touche ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à la direction longitudinale de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant deux rubans reliant l’actuateur à la touche, et une pièce de jonction étant disposée entre les deux rubans ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant deux éléments flexibles, les deux éléments flexibles pouvant être un ou deux câbles ou deux rubans ou un ruban et un câble, reliant l’actuateur à la touche, et une pièce de renvoi présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche, les deux éléments flexibles étant séparés par la pièce de renvoi, la pièce de renvoi pouvant être en outre une pièce de jonction en présence d’un ou deux rubans ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant deux éléments flexibles, les deux éléments flexibles pouvant être deux rubans ou un ruban et un câble, reliant l’actuateur à la touche, et une pièce d’actionnement à levier en forme de « L » présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche, les deux éléments flexibles étant séparés par la pièce d’actionnement à levier, la pièce d’actionnement à levier comprenant, à l’extrémité destinée à relier le ruban d’actionneur, un perçage de section à forme de trou oblong de manière à réaliser un jeu de fonctionnement dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la touche ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant deux rubans reliant l’actuateur à la touche, une pièce de jonction étant disposée entre les deux rubans, et une pièce de renvoi en particulier une poulie, en plus de la pièce de la jonction, présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche, la pièce de renvoi étant disposée de manière à être en contact du ruban de touche afin de modifier sa trajectoire ;

- l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant trois rubans, ou deux rubans et un câble, reliant l’actuateur à la touche, une pièce de jonction étant disposée entre les deux premiers rubans, et une pièce de renvoi en particulier une pièce d’actionnement à levier, en plus de la pièce de la jonction, présentant un axe de pivotement parallèle à l’axe de la touche, la pièce d’actionnement à levier étant disposée entre le deuxième ruban et le troisième ruban ou câble.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux rubans, un ruban d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur et un ruban de touche agencé pour être relié à la touche, une pièce de jonction disposée entre les deux rubans, et prévue pour recevoir les terminaisons des rubans disposés de manière orthogonale l’un par rapport à l’autre, et une poulie sur laquelle le ruban de touche coopère.

Selon d’autres variantes de réalisation, l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à l’axe de rotation de la touche, et déporté par rapport à un plan passant par l’épaisseur de la touche. Dans ces cas, les pièces de renvoi présentent un axe de pivotement parallèle à la direction longitudinale de la touche. Selon cette configuration, il est présenté les différents modes de réalisation comprenant une combinaison de caractéristiques proposées ci-dessous :

- les moyens de liaison mécanique comprenant deux éléments flexibles, les deux éléments flexibles pouvant être deux câbles ou deux rubans ou un ruban et un câble, reliant l’actuateur à la touche, et une pièce de renvoi séparant les deux éléments flexibles, la pièce de renvoi pouvant être une poulie ou une pièce d’actionnement à levier en forme de « L », dans le cas d’un ruban d’actionneur et d’une pièce d’actionnement à levier en forme de « L » celle-ci pouvant comprendre à l’extrémité destinée à relier le ruban d’actionneur, un perçage de section à forme de trou oblong de manière à réaliser un jeu de fonctionnement dans une direction parallèle à l’axe de pivotement de la touche, et/ou dans le cas d’un ruban de touche, les moyens de liaison mécanique comprenant des moyens de raccordement comprenant un perçage de section à forme de trou oblong de manière à réaliser un jeu de fonctionnement dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la touche ;

- les moyens de liaison mécanique comprenant deux rubans reliant l’actuateur à la touche, une pièce de jonction séparant les rubans et une poulie présentant un axe de pivotement parallèle à la direction longitudinale de la touche et étant disposée de manière à être en contact du ruban de touche afin de modifier sa trajectoire ;

- les moyens de liaison mécanique comprenant trois éléments flexibles, pouvant être trois rubans ou deux rubans et un câble, reliant l’actuateur à la touche, une pièce de jonction séparant les premier et deuxième rubans et/ou une pièce de jonction séparant les deuxième et troisième rubans, une poulie présentant un axe de pivotement parallèle à la direction longitudinale de la touche et étant disposée de manière à être en contact d’un ruban afin de modifier sa trajectoire, et une pièce d’actionnement à levier en forme de « L » séparant des deux éléments flexibles, les moyens de liaison mécanique comprenant des moyens de raccordement comprenant un perçage de section à forme de trou oblong de manière à réaliser un jeu de fonctionnement dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la touche ;

- les moyens de liaison mécanique comprenant quatre rubans reliant l’actuateur à la touche, une pièce de jonction séparant les premier et deuxième rubans et/ou une pièce de jonction séparant les troisième et quatrième rubans, et une pièce d’actionnement à levier en forme de « L » séparant des deuxième et troisième rubans.

Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison mécanique comprennent au moins deux rubans, au moins un ruban d’actuateur agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur et au moins un ruban de touche agencé pour être relié à la touche, et une pièce d’actionnement à levier disposée entre les deux rubans et prévue pour recevoir les terminaisons des rubans disposés de manière orthogonale.

Par exemple chaque ruban présente les dimensions suivantes :
– ruban d’actuateur :
- longueur comprise entre 25 et 50 millimètres, de préférence comprise entre 15 et 40 millimètres, de préférence supérieure à 15 millimètres,
- largeur comprise entre 5 et 10 millimètres, et
- épaisseur de 0,05 millimètre,
– ruban de touche :
- longueur comprise entre 15 et 30 millimètres, de préférence comprise entre 5 et 30 millimètres, de préférence supérieure à 5 millimètres, de préférence supérieure à 10 millimètres,
- largeur comprise entre 5 et 10 millimètres, et
- épaisseur de 0,05 millimètre.

De préférence les moyens de liaison mécanique sont des moyens de liaison métalliques. Les rubans d’actuateur et de touche peuvent être des rubans d’actuateur et de touche métalliques.

Le matériau des rubans comprend ou est constitué de métal (acier, de préférence de l’acier inoxydable, ou aluminium), ou d’un matériau polymère fibré ou composite, et/ou du textile en fibre synthétique, par exemple le kevlar (marque déposée).

Les rubans permettent de réaliser la traction nécessaire pour agir sur la touche tout en permettant une légère flexion assurant la compatibilité entre la rotation de la touche et le mouvement de translation du ruban de touche lorsqu’il est tiré par l’actionneur. Une deuxième fonction, assurée par la flexibilité limitée des rubans, consiste, lorsque la touche est ralentie, à limiter la course de l’actionneur entraîné par son inertie propre. Ils permettent d’éviter ou de dissiper les vibrations de rebond. En outre, la liaison par ruban flexible ne présente pas l’inconvénient du jeu mécanique et présente l’avantage de posséder une configuration d’équilibre stable lors du relâchement de l’effort de traction.

Selon un autre mode de réalisation, le dispositif haptique comprend une butée d’actuateur disposée en périphérie de l’arbre de rotation de l’actuateur ou autour dudit arbre de rotation, de manière à contrôler le débattement angulaire de l’arbre de rotation de l’actuateur, en particulier si les moyens de liaison mettent en œuvre des câbles. Par exemple, la butée peut être disposée sur l’arbre de rotation de l’actuateur ou à proximité dudit arbre, par exemple disposée de manière tangentielle. Selon un mode de réalisation, la butée présente la forme d’un cylindre. La butée d’actuateur est placée à proximité immédiate des moyens de liaison ou de l’actuateur. De préférence la butée d’actuateur est atteinte au moment où la touche atteint la position de butée.

La présence de l’au moins un élément flexible en pression et rigide en traction et/ou la présence de la butée d’actuateur constituent des moyens mécaniques de contrôle du déplacement des moyens de liaison mécanique. Lesdits moyens de contrôle permettent de contrôler le débattement angulaire de l’arbre de rotation de l’actuateur en fonction du débattement angulaire de la touche. Ils permettent en outre d’éviter des déplacements de moyens de liaison non désirés ou des déplacements excessifs.

Avantageusement, les moyens mécaniques de contrôle du déplacement des moyens de liaison mécanique sont de nature mécanique et sont situés à proximité immédiate des moyens de liaison et de l’actuateur, lesdits moyens ayant pour fonction de conserver aux moyens de liaison et à l’actionneur la configuration géométrique qu’ils ont dans l’absolu et par rapport à la touche au moment où la traction cesse.

De préférence, les moyens mécaniques de contrôle du déplacement des moyens de liaison mécanique sont l’au moins un élément flexible. L’utilisation de rubans permet en grande partie d’assurer cette fonction de restauration géométrique grâce à sa configuration d’équilibre naturelle, stable.

Une liaison par fil, en particulier n’ayant pas de configuration naturelle d’équilibre stable, présente les inconvénients d’une difficulté de fixation et d’une complication de la limitation de la course du moteur qui doit être assurée par d’autres moyens : butée d’actuateur ou moyens électriques de contrôle de position.

De manière complémentaire, l’actuateur peut être commandé selon un fonctionnement quatre quadrants, pour participer au contrôle des moyens de liaison mécanique et empêcher le moteur de tourner sur son élan.

De préférence, le dispositif haptique comprend en outre des moyens de maintien en position haute de la touche. On entend par maintien en position haute, le maintien en position d’origine. Les moyens de maintien en position haute permettent également de rappeler la touche en position d’origine lorsque l’utilisateur n’exerce pas d’appui sur la touche. En particulier les moyens de maintien en position haute peuvent être indépendants de l’actuateur électrique rotatif. Par exemple, les moyens de maintien en position haute peuvent comprendre au moins un ressort, au moins deux aimants permanents, ou un actuateur de maintien parcouru par un courant en permanence lorsque la touche, ainsi équipée, n’est pas utilisée.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de calcul peuvent commander l’actuateur électrique rotatif pour réaliser la fonction de maintien en position haute via les moyens de liaison mécanique. De préférence, les moyens de calcul comprennent des moyens de commande quatre quadrants pour actionner l’actuateur électrique.

Les moyens de détection sont agencés et configurés pour détecter ou mesurer la position et/ou l’accélération de la touche associée ou l’effort appliqué par l’utilisateur sur ladite touche associée. Ils permettent de renseigner l’algorithme de calcul mis en œuvre par les moyens de calcul.

De préférence, les moyens de détection de la touche comprennent des capteurs de cinématique de la touche. Les capteurs sont par exemple du type capteur de position, capteur de mouvement, capteur d’accélération, capteur de vitesse angulaire.

Les moyens de détection de la touche comprennent des capteurs d’effort, par exemple du type jauge de contrainte.

Selon un mode de réalisation, les moyens de détection de la touche comprennent deux capteurs.

Selon une variante de réalisation, les moyens de détection sont placés sous la touche, de préférence sur la face inférieure de la touche.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de détection comprennent un moyen de mesure du courant de l’actuateur.

Les moyens de calcul comprennent de préférence un microprocesseur intégré sur carte autonome, une interface de contrôle et un logiciel comprenant un modèle mathématique de la dynamique du mécanisme de l’instrument réel que l’on cherche à reproduire.

De préférence, les moyens de calcul comprennent un module d’actuateur intégrant un modèle mécanique de commande d’au moins une touche d’au moins un instrument de musique acoustique. Ledit module intègre le modèle mathématique de la dynamique du mécanisme de l’instrument réel que l’on cherche à reproduire. Ledit module intègre aussi le modèle mathématique de la dynamique du mécanisme du clavier numérique servant à reproduire l’instrument réel, en l’absence de commande électrique. De préférence, les moyens de calcul comprennent un module d’actuateur intégrant un modèle mécanique de commande d’au moins une touche du clavier décrit ici, lorsque l’actuateur associé ne reçoit aucun courant électrique. Ledit module intègre le modèle mathématique de la dynamique du mécanisme du clavier servant à reproduire l’instrument réel, rendu passif par l’absence de commande électrique. Ledit module intègre également un modèle mathématique de la dynamique de la touche, des moyens de liaison et de l’actionneur, en l’absence de commande électrique.

Concernant le modèle mathématique de la dynamique du mécanisme de l’instrument réel que l’on cherche à reproduire, on se réfèrera par exemple à la publication « Non-smooth model of the grand piano action » de Anders Thorin (https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00939493).

Selon un deuxième aspect, l’invention propose un clavier d’instrument de musique électronique à retour haptique comprenant au moins une touche et au moins un dispositif haptique, chaque touche étant associée à un dispositif selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.

Selon un troisième aspect, l’invention propose un instrument de musique électronique, par exemple un piano électronique, comprenant au moins un dispositif haptique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ou comprenant un clavier selon le deuxième aspect.

De préférence, l’instrument de musique électronique comprend plusieurs dispositifs haptiques. Les dispositifs haptiques sont disposés les uns à côté des autres. Selon un mode de réalisation, les dispositifs haptiques sont disposés de manière que les actuateurs électriques rotatifs sont disposés parallèlement les uns à côté des autres.

Selon un quatrième aspect, l’invention propose un procédé de commande d’un instrument de musique électronique comprenant au moins un dispositif haptique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.

Le procédé vise à commander, en fonction d’un mouvement donné d’un utilisateur sur une touche et mesuré par les moyens de détection d’appui, l’au moins un actuateur électrique rotatif associé à ladite touche de manière à exercer un effort de retenue prédéterminé à l’encontre de l’effort d’appui de l’utilisateur. Cet effort de retenue correspond sensiblement à un effort qu’opposerait la touche d’un instrument traditionnel ou acoustique homologue pour obtenir le même mouvement, et ainsi d’émuler des dynamiques de mécanismes d’instruments traditionnels.

Le procédé de commande comprend au moins les étapes suivantes :
- une étape de détection de l’appui d’un utilisateur sur la touche par les moyens de détection,
- une étape de commande en temps réel de l’actuateur pour exercer une force de traction sur la touche de façon à résister à l’effort d’appui, ou pour exercer une force de traction de façon à ramener la touche dans sa position d’origine.

Les moyens de détection mesurent de manière périodique la position et/ou l’accélération de la touche puis transmettent ces informations aux moyens de calcul. Les moyens de calcul calculent les efforts générés dans un mécanisme d’instrument réel à partir d’un modèle mathématique de la dynamique dudit mécanisme.

Les moyens de calcul doivent posséder une capacité de calcul suffisante pour simuler le modèle de la touche en temps réel. Le temps de cycle (Mesures/Calcul/Actionnement) est contraint et défini par le mouvement de la touche de piano. La fréquence d’échantillonnage est par exemple de 2 kHz. Pour des valeurs inférieures, la simulation de la touche de piano traditionnel présente des instabilités. Les moyens de calcul sont par exemple un ordinateur.

De préférence, afin de transmettre les informations entre les différents composants, les moyens de calcul comprennent en outre :

• une électronique de puissance,
• une électronique de signal,
• des cartes de calcul basé sur un modèle de simulation temps réel,
• un concentrateur MIDI (abréviation de Musical Instrument Digital Interface) dit interface numérique d'instrument de musique,
• un routeur.

Les moyens de calcul ont pour fonction de traiter les signaux mesurés, effectuer en temps réel le calcul des dynamiques du clavier traditionnel et de la touche numérique (simulation) et d’élaborer la commande à appliquer à l’actuateur.

Les moyens de calcul calculent le courant ou la tension à appliquer à l’actuateur, à partir d’un modèle dynamique de l’instrument de musique à simuler et des mesures en temps réel provenant des moyens de détection.

Le procédé de commande selon l’invention permet ainsi d’émuler ou simuler des dynamiques de mécanismes :
- réglables et modifiables à peu de frais ;
- différentes, sur le même clavier mais se référant à des instruments différents, par exemple clavecin, pianoforte, clavicorde ou orgues ;
- qui n’existent pas dans des instruments acoustiques mais que l’on pourrait souhaiter, par exemple concernant les pianos modernes à touches légères, cela permettrait par exemple un meilleur contrôle par de très jeunes apprentis pianistes ;
- qui n’existent pas en raison de problèmes physiques, du type touches sans frottements secs, point d’échappement du marteau extrêmement rapproché du point d’impact sur la corde, et qui sont souhaitables pour différentes raisons, par exemple plus grande facilité de contrôle du jeu en nuance piano, plus grande vitesse de répétition possible, mais dont l’adoption éventuelle pose éventuellement quelques problèmes épistémologiques.

Les cartes de calcul effectuent en temps réel les calculs pour émuler la dynamique des touches d’un clavier traditionnel, via le traitement des signaux issus des capteurs, et la mesure des circuits d’électronique de puissance associés aux actuateurs et via éventuellement l’application d’algorithmes de contrôle du signal d’effort, visant à corriger certaines imperfections du système par exemple les délais.

Selon une configuration préférée dans laquelle un actuateur est associé à une seule touche, le procédé de commande prévoit une commande en boucle fermée de l’au moins un actuateur électrique rotatif de manière que ledit au moins un actuateur exerce une force variable dans le temps, suivant la commande donnée par le calculateur en temps réel et relayée par une électronique de puissance.

Chaque carte de calcul fournit les codes MIDI correspondant aux notes jouées sur les touches qu’elle contrôle, à l’aide d’un circuit électronique. Les codes sont transformés en signaux obéissant à la norme MIDI. Les signaux des différentes cartes de calcul sont transmis à un concentrateur MIDI (interne ou externe), lequel envoie à l’ordinateur (cas des prototypes autonomes) ou au piano numérique les codes MIDI nécessaires à la synthèse sonore. Pour les prototypes autonomes, l’ordinateur effectue la synthèse sonore au moyen d’un logiciel de synthèse sonore, par exemple le logiciel Pianoteq (marque déposée).

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées et dans lesquelles :
La est une vue schématique de profil d’un dispositif haptique de commande selon un premier mode de réalisation associé à une touche d’un piano droit électronique, le dispositif comprenant un moteur électrique et des moyens de liaison mécanique du type rubans métalliques entre le moteur et une face supérieure de la touche, l’axe de rotation du moteur étant parallèle à la direction longitudinale de la touche ;
La est une vue schématique de profil conforme à la représentant de manière exagérée le déplacement de la touche et des moyens de liaison mécanique, la illustrant la position d’origine ;
La est une vue schématique de profil conforme à la représentant de manière exagérée le déplacement de la touche et des moyens de liaison mécanique, la illustrant une position de butée lors de l’appui d’un utilisateur ;
La est une vue en perspective de trois dispositifs haptiques de commande selon le premier mode de réalisation, chaque dispositif comprenant des moyens de liaison mécanique selon un mode de réalisation ;
la est une vue de détail de la dans la zone présentant les arbres de rotation des actuateurs, chaque dispositif comprenant une butée d’actuateur disposée à proximité de l’arbre de rotation respectif ;
La est une vue schématique de profil d’un dispositif haptique de commande selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel le moteur se situe au-dessous de la face inférieure de la touche et les moyens de liaison mécanique se situent au-dessus de la face supérieure du retour de touche d’un piano plat, l’axe de rotation de l’actuateur étant parallèle à la direction longitudinale de la touche ;
La est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un dispositif haptique conforme à la ;
La est une vue schématique en perspective d’un dispositif haptique de commande selon un troisième mode de réalisation, dans lequel le moteur et les moyens de liaison mécanique se situent au-dessus de la face supérieure d’une touche, l’axe de rotation de l’actuateur étant perpendiculaire à la direction longitudinale et à l’axe de pivotement de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant en outre une poulie coopérant avec le ruban de touche;
La est une vue conforme à la , et comprenant en outre une contre-poulie dont la surface périphérique est en contact avec le ruban de touche, ladite contre-poulie étant disposé de manière sensiblement tangentielle à la poulie ;
La est une vue schématique en perspective d’un dispositif haptique de commande selon un quatrième mode de réalisation, dans lequel le moteur et les moyens de liaison mécanique se situent au-dessus de la face supérieure d’une touche, l’axe de rotation de l’actuateur étant perpendiculaire à la direction longitudinale et à l’axe de pivotement de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant en outre une équerre en rotation et un ruban supplémentaire situé entre le ruban d’actuateur et l’équerre ;
La est une vue schématique de profil d’un dispositif haptique de commande selon un cinquième mode de réalisation, dans lequel le moteur se situe au-dessous de la face inférieure de la touche et les moyens de liaison mécanique sont reliés à la face supérieure du retour de touche d’un piano plat, l’axe de rotation de l’actuateur étant perpendiculaire à la direction longitudinale et à l’axe de pivotement de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant en outre une poulie, le guide de ruban de touche pouvant être placé à proximité immédiate de la poulie n’est pas représenté ;
La est une vue schématique de profil d’un dispositif haptique de commande selon un sixième mode de réalisation, dans lequel le moteur se situe au-dessous de la face inférieure de la touche et les moyens de liaison mécanique sont reliés à la face supérieure du retour de touche d’un piano plat, l’axe de rotation de l’actuateur étant perpendiculaire à la direction longitudinale et à l’axe de pivotement de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant en outre une équerre en rotation et un ruban supplémentaire situé entre l’équerre et le ruban d’actuateur, celui-ci étant guidé par une série de double-guides à axes verticaux ;
La est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un dispositif haptique conforme à la , comprenant en outre des guides de ruban d’actuateur ;
La est une vue en perspective partielle d’un dispositif haptique de commande selon une variante de réalisation comprenant une butée d’actuateur disposée à proximité de l’arbre de rotation de l’actuateur, la montrant l’état dans lequel les moyens d’assemblage du ruban d’actuateur sont en contact avec ladite butée ;
La est une vue en perspective de moyens d’assemblage selon un mode de réalisation ;
La est une vue en perspective d’un exemple de réalisation de la pièce de jonction entre deux rubans ;
La est une vue en perspective d’un autre exemple de réalisation de la pièce de jonction entre deux rubans ;
La est une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’une pièce de raccordement ;
La est une vue en perspective d’un autre exemple de réalisation d’une pièce de raccordement ;
La représente un schéma électrique d’un dispositif haptique de commande ;
La représente un diagramme de calcul des efforts de retenue en fonction des dynamiques des instruments traditionnels ou acoustiques ;
La est une vue schématique en perspective d’un dispositif haptique de commande selon un septième mode de réalisation associé à une touche d’un piano droit électronique, le dispositif comprenant un moteur électrique et des moyens de liaison mécanique comprenant un seul ruban métallique entre le moteur et une face supérieure de la touche, l’axe de rotation du moteur étant parallèle à l’axe de pivotement de la touche ;
La est une vue schématique en perspective de quatre dispositifs haptiques de commande, deux dispositifs haptiques de commande étant conformes au précédent mode de réalisation et deux dispositifs haptiques de commande selon un huitième mode de réalisation, dans lequel chaque dispositif comprend un moteur situé au-dessous de la face inférieure de la touche associée et des moyens de liaison mécanique reliant un retour de touche de la touche associée, les moyens de liaison mécanique comprenant un seul ruban métallique entre le moteur et une face du retour de touche de la touche, l’axe de rotation du moteur étant parallèle à l’axe de pivotement de la touche, l’un des deux dispositifs comprenant en outre une poulie de renvoi ;
La est une vue schématique en perspective d’un dispositif haptique de commande selon un neuvième mode de réalisation associé à une touche d’un piano droit électronique, le dispositif comprenant un moteur électrique et des moyens de liaison mécanique comprenant un seul ruban métallique entre le moteur et une face supérieure de la touche, l’axe de rotation du moteur étant parallèle à la direction longitudinale de la touche, les moyens de liaison mécanique comprenant des moyens de raccordement agencés pour réaliser un jeu de fonctionnement selon la direction longitudinale ;
La est une vue en perspective des moyens de raccordement conforme à la présentant un perçage selon un axe perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche ;
La est une vue en perspective de trois dispositifs haptiques de commande selon un dixième mode de réalisation, chaque dispositif comprenant des moyens de liaison mécanique selon un mode de réalisation particulier comprenant deux éléments flexibles d’actuateur par dispositif.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

Claims (24)

1. Dispositif haptique de commande (1) d’une touche d’un clavier équipant un instrument de musique électronique destiné à reproduire la sensation d’utilisation d’un instrument de musique acoustique homologue,
   ledit dispositif étant agencé pour être associé à une touche (K) de l’instrument de musique électronique montée en pivotement par rapport à un bâti autour d’un axe de pivotement (A1), la touche s’étendant dans une direction longitudinale et présentant un débattement angulaire entre une position angulaire haute, dite d’origine, et une position angulaire basse, dite de butée,
   caractérisé en ce que ledit dispositif comprend :
   - des moyens de détection (30) pour détecter des informations de l’état dynamique de la touche,
   - des moyens de calcul pour calculer, en fonction des informations de dynamique ainsi détectées, un effort résistant instantané à exercer sur ladite touche en réponse à un enfoncement de ladite touche,
   - un actuateur électrique rotatif (10) agencé pour produire l’effort résistant,
   - des moyens de liaison mécanique (20) disposés entre l’actuateur électrique rotatif et la touche pour appliquer sur ladite touche ledit effort résistant, lesdits moyens de liaison mécanique comprenant au moins un élément flexible en pression et rigide en traction.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à l’axe de pivotement (A1) de la touche.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation parallèle à la direction longitudinale de la touche.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’actuateur électrique rotatif présente un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale de la touche et à la l’axe de rotation de la touche.
5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’extrémité de touche est fixée sur une face supérieure (K1) ou inférieure (K3) de la touche.
6. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent une terminaison de touche qui est fixée sur une face supérieure (K2) d’un retour de touche de la touche.
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent une terminaison d’actuateur et une terminaison de touche, la terminaison de touche étant fixée sur la touche,
   dans lequel le rapport entre :
   - la distance bras de levier séparant l’axe de pivotement (A1) d’un point de touche où la terminaison de touche des moyens de liaison mécanique est fixée sur la touche, d’une part, et
   - la distance bras de levier séparant l’axe de rotation de l’actuateur électrique rotatif d’un point d’actuateur, où la terminaison d’actuateur des moyens de liaison mécanique est fixée sur l’arbre de l’actuateur d’autre part,
   est d’au moins 10.
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins deux rubans flexibles en pression et rigides en traction.
9. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins deux câbles flexibles en pression et rigides en traction.
10. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins un ruban flexible en pression et rigide en traction et au moins un câble flexible en pression et rigide en traction.
11. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins trois rubans flexibles en pression et rigides en traction.
12. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’au moins un élément flexible en pression et rigide en traction est un câble flexible en pression et rigide en traction ou un ruban flexible en pression et rigide en traction.
13. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins deux éléments flexibles comprenant au moins deux rubans flexibles en pression et rigides en traction, et une pièce de jonction (23) disposée entre les deux rubans, ladite pièce de jonction présentant deux plans de réception de ruban opposés et perpendiculaires l’un par rapport à l’autre pour recevoir les terminaisons des deux rubans.
14. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent trois éléments flexibles, deux éléments flexibles d’actuateur (24a, 24b) agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur (10) et un élément flexible de touche (22) agencé pour être relié à la touche, et une pièce de jonction disposée entre l’élément de touche et les deux éléments flexibles d’actuateur, ladite pièce de jonction étant agencée pour recevoir les terminaisons des trois rubans.
15. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent au moins deux éléments flexibles, un élément flexible d’actuateur (24) agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur (10) et un élément flexible de touche (22) agencé pour être relié à la touche, et une pièce de renvoi présentant un axe de pivotement, ladite pièce de renvoi étant disposée entre deux éléments flexibles, ladite pièce de renvoi étant agencée pour réaliser une trajectoire non rectiligne des moyens de liaison mécanique.
16. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de liaison mécanique (20) comprennent trois rubans, un ruban d’actuateur (24) agencé pour être relié à l’arbre de l’actuateur (10), un premier ruban de touche (22b), une pièce de jonction (23) disposée entre le ruban d’actuateur et le premier ruban de touche (22b), un deuxième ruban de touche (22a) agencé pour être relié à la touche, et une pièce de renvoi disposée entre le premier ruban de touche (22b) et le deuxième ruban de touche (22a) et prévue pour recevoir les terminaisons des rubans s’étendant de manière orthogonale.
17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, dans lequel la pièce de renvoi est une poulie ou une pièce d’actionnement à levier en forme de « L ».
18. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant une butée d’actuateur (42) disposée en périphérie de l’arbre de rotation de l’actuateur ou autour dudit arbre de rotation, de manière à contrôler le débattement angulaire de l’arbre de rotation de l’actuateur.
19. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de calcul comprennent un module d’actuateur intégrant un modèle mécanique de commande d’au moins une touche d’au moins un instrument de musique acoustique.
20. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de calcul comprennent des moyens de commande quatre quadrants pour actionner l’actuateur électrique.
21. Clavier d’instrument de musique électronique à retour haptique comprenant au moins une touche et au moins un dispositif haptique de commande selon l’une des revendications précédentes, chaque touche étant associée à un dispositif haptique de commande.
22. Instrument de musique électronique, par exemple un piano électronique, comprenant au moins un dispositif haptique (1) selon l’une des revendications 1 à 20.
23. Procédé de commande d’un instrument de musique électronique comprenant au moins un dispositif haptique de commande (1) selon l’une des revendications 1 à 20, le procédé comprenant :
    - une étape de détection de l’appui d’un utilisateur sur la touche par les moyens de détection,
    - une étape de commande en temps réel de l’actuateur pour exercer une force de traction sur la touche de façon à résister à l’effort d’appui, ou pour exercer une force de traction de façon à ramener la touche dans sa position d’origine.
24. Procédé de commande selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de détection mesurent de manière périodique la position et/ou l’accélération de la touche puis transmettent ces informations aux moyens de calcul, les moyens de calcul calculant les efforts générés dans un mécanisme d’instrument réel à partir d’un modèle mathématique de la dynamique dudit mécanisme.