WO1994027279A1 - Piano electro-mecanique - Google Patents

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WO1994027279A1
WO1994027279A1 PCT/FR1994/000514 FR9400514W WO9427279A1 WO 1994027279 A1 WO1994027279 A1 WO 1994027279A1 FR 9400514 W FR9400514 W FR 9400514W WO 9427279 A1 WO9427279 A1 WO 9427279A1
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hammer
piano
key
sensor
keyboard
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Claude Cadoz
Jean-Loup Florens
Annie Luciani
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    • G10G3/00—Recording music in notation form, e.g. recording the mechanical operation of a musical instrument
    • G10G3/04—Recording music in notation form, e.g. recording the mechanical operation of a musical instrument using electrical means

Definitions

  • the present invention relates to a piano.
  • a classical piano is a musical instrument which includes strings capable of being struck by hammers, a keyboard and a mechanical connection system between each key of the keyboard and a hammer.
  • This mechanical connection system is one of the key elements of a piano and has been the subject of numerous studies and numerous improvements, in particular with regard to the so-called single-exhaust and double-exhaust systems.
  • Figure 1 very schematically illustrates such a connecting system between a key and a hammer.
  • a string 1 fixed to the piano frame, symbolized by hatching, is likely to be struck by a hammer 2 and, in the absence of action, to be damped by a damper 3.
  • the head of the hammer is connected by a handle 4 to an axis 6.
  • a key 10 is articulated around an axis 11 and is capable of throwing the hammer towards the rope by means of a launch lever 13 recalled by a spring R.
  • a cam system 14, 15 makes that, after an initial propulsive stroke, the launch lever 13 "escapes" with respect to the zone 15 at which the end of this lever press on the hammer handle.
  • an initial impulse on the key launches the hammer and causes it to strike the string while a slow movement of the key has no action.
  • a part 17, called catch which dampens the return of this hammer.
  • a handle 19 of the damper 3 is also pressed by the button when the latter is pressed and the damper 3 is then moved away from the rope and then comes back into place under the effect of its own inertia when the button is released.
  • the representation of FIG. 1 and the description above are extremely succinct and are only intended to recall that a key / hammer link mechanism is a complex mechanism in a piano. This mechanism is delicate to manufacture and susceptible to wear or adjustment. Its adjustment, replacement and repair are difficult and require the use of highly qualified specialists who are fewer and fewer in our time.
  • motors / sensors having a keyboard function can also constitute actuators.
  • the processor providing a feedback control signal in response to the key signal is controlled by an image signal from that normally provided by the key.
  • An object of the present invention is to provide a piano structurally identical in its generating part of sound (strings struck) to a conventional piano, and whose string striking system is simplified.
  • Another object of the present invention is to provide such a piano having a keyboard functionally identical for the user to the keyboard of a conventional piano but in which the key / hammer link mechanism is simplified.
  • Another object of the present invention is to provide a piano which can behave in a strictly identical manner to a conventional piano but provided with additional possibilities of recording and modification of the pianist's playing or modification of the sounds provided.
  • the present invention provides a piano comprising as actuating means of each of its hammers an electric motor / sensor c ⁇ mma ⁇ * 3é by computer.
  • each key on the keyboard of this piano consists of a flat modular motor / sensor coupled to a processing system and the output signals of which determine, via this processing system , the displacement of at least one of said motors / sensors.
  • this piano comprises means for memorizing the sequence of the signals produced by each key actuation.
  • each actuation / key motor / sensor is connected to a signal bus of a processing processor by a forward link comprising a position sensor and an analog / digital converter and a return link comprising a digital / analog converter and an amplifier.
  • the processing processor is associated with a sampling clock and takes into account the position information of each analog / digital converter at each clock time and provides information of reaction to each digital / analog converter at each following clock time.
  • FIG. 2 there is a string 1 fixed to a piano frame, these two elements being in no way modified compared to a conventional piano.
  • the rope is capable of being struck by a hammer head 2 and damped by a damper 3.
  • the hammer and the damper are mounted on the head 30 of the axis of a motor / sensor 31 controlled by a microcontroller or computer 34.
  • a first link 35 provides the motor 31 with the control signals coming from the computer 34 and a second link 36 returns information, captured by the motor sensor / sensor on the positions and movements of the hammer at all times when it moves then it strikes the rope 1.
  • the computer 34 can control the various motors 31 arbitrarily under the effect of a pre-stored program and possibly designed in a computerized manner. Those skilled in the art will find the information useful for programming the computer to fulfill a desired function in the various articles mentioned above. It can also be provided that the piano according to the present invention has exactly the same function as a conventional piano. For this, the conventional keyboard of a piano is replaced by a keyboard made up of motors / sensors 40 each of which is coupled to the computer 34 by a forward link 41 and a return link 42.
  • FIG. 3 shows in a little more detail and in the form of blocks the electronic arrangement of the connection system between the motors / sensors of the hit 40 and the motors / sensors of the hammer 31.
  • Each circuit / sensor 40 is associated with a circuit sensor electronics 50 which supplies an analog / digital converter 51 with a magnitude indicative of the movement of a key.
  • the engine / key sensor 40 receives, by means of a digital / analog converter 53 and an amplifier 54, signals coming from a signal bus 56 coupled to a processing processor 58.
  • a convert digital / analog sor 60 receives information from the signal bus 56 and supplies it via an amplifier 61 to the motor / sensor 31. Any movement of this motor / sensor 31 is processed by an electronic circuit 63 which supplies the position information corresponding to the signal bus 56 via an analog / digital converter 64.
  • the processing system may include the aforementioned processing processor 58 associated with a management processor 66 coupled to a communication network by an input access / output 68, and associated with a mass memory 69 and with a control panel 70. It is possible to use a set of processing processors each of which is associated with one or more sets of motors / sensors 40, 31, all of these processing processors being associated with a single management processor managing all the keyboard and all the motors / hammer sensors. In the context of the following description, we will consider to simplify the case where there is provided a single processing processor 58 and a single signal bus 56.
  • the management processor 66 is preferably a local management microprocessor which allows a management of the operating modes of the processing processor 58, that is to say for example the choice of processing models, the adjustment of the parameters, the configuration of the key / hammer links.
  • the mass memory 69 associated with the management processor 66 contains all the programs capable of being used by the processing processor 58.
  • the processing processor 58 also includes an input / output port 71 making it possible to supply signals Midi type standard (Musical Instrument Digital Interface) intended to control a synthesizer, or on the contrary to receive Midi codes to directly actuate hammer motors / sensors.
  • Midi type standard Musical Instrument Digital Interface
  • the positions of the keys and hammers provided by the analog / digital converters 51 and 64 are sampled at a fixed rate, typically 1 kHz and the processing processor calculates from these samples. , at the rate at which they are provided, the reaction forces to be supplied to the motors / sensors 40 and 31, these reaction values being sent to the digital / analog converters 53 and 60 at each following sampling period.
  • the launch lever 13 which intervenes in the hammer acceleration phase from the rest position of the key; beyond the exhaust threshold, the effect of this launch hammer disappears thanks to the part 14 and is only restored by the return of the key to its rest position under the effect of the return spring R; -
  • the hammer catcher 17 which constitutes a rigid link between the fingerboard and the hammer, with a strong viscosity effect: everything happens as if, in addition to the rigid link, a viscous friction with the frame intervened. This link allows the damping of the movement of the hammer after impact and return to the rest position.
  • the kinematic ratio by this second connection of the key to the hammer is different from that established by the lan ⁇ ement lever.
  • the material elements correspond to fixed or mobile parts having inertia. These elements are simulated by a process receiving forces and producing positions.
  • the connecting elements determine the connecting forces between the material elements. They are simulated by processes receiving positions and producing forces. Within the framework of the model considered, the material elements are the fingerboard, the hammer, the fixed frame.
  • the connecting elements are the two kinematic chains of the hammer key, namely that of the launch lever 13 and that of the catch 17; the linkage of the hammer rest stop this one to the frame; the links of the restoring force type connecting the key and the frame on the one hand, the hammer and the frame on the other hand which are, as indicated above, links which correspond to the forces of gravity. ALGORITHM OF SIMULATION OF THE VARIOUS CONSTITUENTS 1. Connection by the launch lever 13
  • This bond is represented by a viscoelastic bond whose stiffness K and viscosity Z parameters are variable at each sampling step.
  • Em (n) indicates the foroe applied to the hammer during the sampling period n
  • the parameters L and B can vary under the control of the management processor, for example to correspond to the action of a mute pedal which modifies in a real device the rest position of the hammer and therefore makes it possible to modify its striking speed for a given keyboard touch. 2. Connection by trap 17
  • Fm (n + 1) K (n) * [Xm (n) -R * Xt (n) -L] + Z (n) * [Xm (n) -Xm (nl) -R * Xt (n) + R * Xt (nl)] +
  • the link has two states, the free state and the linked state, but unlike the link by the launch lever, the state is not memorized and is determined at each sampling step as a function of the relative positions of the toviche and the hammer.
  • the following table characterizes this parameter control module
  • Cree can also use it to provide complex fictions, some of which are already performed in synthesizers. For example, by programming, we can:

Landscapes

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  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un piano comprenant comme moyen d'actionnement de chacun de ses marteaux (2) un moteur/capteur électrique (31) commandé par ordinateur. Chaque touche du clavier est constituée d'un moteur/capteur modulaire plat (40) couplé à un système de traitement (34) et dont les signaux de sortie déterminent, par l'intermédiaire de ce système de traitement, le déplacement de l'un au moins des moteurs de marteau (31).

Description

PIANO ÉLECTRO-MÉCANIQUE
La présente invention concerne un piano. Un piano classique est un instrument de musique qui comprend des cordes susceptibles d'être frappées par des marteaux, un clavier et un système de liaison mécanique entre chaque touche du clavier et un marteau. Ce système de liaison mécanique est l'un des éléments clef d'un piano et a fait l'objet de nombreuses études et de nombreux perfectionnements notamment en ce qui concerne les systèmes dits à échappement simple et à double échappement. La figure 1 illustre très schématiquement un tel sys¬ tème de liaison entre une touche et un marteau. Une corde 1 fixée au cadre du piano, symbolisé par des hachures, est suscep¬ tible d'être frappée par un marteau 2 et, en l'absence d'action¬ nement, d'être amortie par un étouffoir 3. La tête du marteau, généralement munie d'un feutre, est reliée par un manche 4 à un axe 6. Une touche 10 est articulée autour d'un axe 11 et est susceptible de lancer le marteau vers la corde par 1'intermé¬ diaire d'un levier de lancement 13 rappelé par un ressort R. Un système de came 14, 15 fait que, après une course propulsive initiale, le levier de lancement 13 "échappe" par rapport à la zone 15 au niveau de laquelle l'extrémité de ce levier appuie sur le manche du marteau. Ainsi, une impulsion initiale sur la touche lance le marteau et l'amène à frapper la corde tandis qu'un déplacement lent de la touche n'a pas d'action. Pour éviter des rebonds du marteau, il est prévu une pièce 17, dite attrappe, qui amortit le retour de ce marteau. Un manche 19 de l'étouffoir 3 est également sollicité par la touche quand celle-ci est pressée et l'étouffoir 3 est alors éloigné de la corde puis revient en place sous l'effet de sa propre inertie quand la touche est relâchée. La représentatiαn de la figure 1 et la description ci- dessus sont extrêmement succintes et sont uniquement destinées à rappeler qu'un mécanisme de liaison touche/marteau est un méca¬ nisme complexe dans un piano. Ce mécanisme est délicat à fabri¬ quer et susceptible d'usure ou de déréglage. Son réglage, son remplacement et sa réparation sont difficiles et exigent de faire appel à des spécialistes hautement qualifiés qui sont à notre époque de moins en moins nombreux.
Par ailleurs, on connaît des pianos électroniques dans lesquels il n'existe plus de cordes mais des systèmes électroni- ques à oscillateur et haut-parleur qui visent à reproduire la sonorité de cordes frappées ou pincées. En fait, ces instruments électroniques, incluant des piar-os numériques, des synthétiseurs et des orgues électroniques, constituent des instruments diffé¬ rents des pianos traditionnels car ils n'arrivent jamais à reproduire exactement les sonorités de cordes frappées mais permettent par contre de nouvelles possibilités musicales.
On connaît également des systèmes pneumatiques ou mécano-pneumatiques dans lesquels les marteaux d'un piano sans clavier sont propulsés par un jet d'air pénétrant dans l'instru- ment grâce aux perforations d'un rouleau de papier en correspon¬ dance avec les trous d'une règle. Ces systèmes sont généralement relativement primitifs et le mode d'enregistrement ne permet pas de fournir une musique de la même qualité que celle jouée sur un piano classique. Dans le but de rendre le clavier d'un piano électro¬ nique similaire dans son toucher au clavier d'un piano classique à liaison mécanique entre touche et marteau, le brevet américain 5 107 262, Claude Cadoz et al., "Modular Rétroactive Keyboard and a Flat Modular Actuator" décrit un clavier constitué d'élé¬ ments modulaires à moteurs/capteurs couplés à un ordinateur, dont chacun peut simuler exactement le comportement d'une touche de piano classique ou d'un autre instrument à clavier. Les signaux émis par ces modules sont codés de diverses manières et envoyés à un ordinateur qui les gère pour les mémoriser ou actionner classiquement un piano électronique ou autre synthé¬ tiseur.
Une approche du mode de simulation rétro-actif et de codage adapté à des systèmes musicaux est par exemple décrite dans Computer Music Journal, Volume 8, N° 3, 1984, pp 60-73, C. Cadoz et al., "Responsive Input Devices and Sound Synthesis Simulation of Instrumental Mechanism: The CORDIS System" ; dans International Computer Music Conférence Proceedings 1986, J.L. Florens et al., "Optimized Real Time Simulation of Objects for Musical Synthesis and Animated Images Synthesis" ; et dans Computer Music Journal, Volume 17, N° 1, 1993, pp 19-29, C. Cadoz et al., "CORDIS-ANIMA: A Modeling and Simulation System for Sound and Image Synthesis- the General Formation" .
De plus, il est exposé dans le brevet américain sus- mentionné que des moteurs/capteurs ayant une fonction de clavier peuvent également constituer des actiαnneurs. En ce cas, le processeur fournissant un signal de commande de rétroaction en réponse au signal de la touche est commandé par un signal image de celui normalement fourni par la touche. Un objet de la présente invention est de prévoir un piano structurellement identique dans sa partie génératrice de son (cordes frappées) à un piano classique, et dont le système de frappe de corde soit simplifié. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel piano présentant un clavier fonctionnellement identique pour l'utilisateur au clavier d'un piano classique mais dans lequel le mécanisme de liaison touche/marteau soit simplifié. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un piano pouvant se comporter de façon strictement identique à un piano classique mais muni de possibilités supplémentaires d'enregistrement et de modification du jeu du pianiste ou de modification des sons fournis. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré¬ voit un piano comprenant comme moyen d'actionnement de chacun de ses marteaux un moteur/capteur électrique cαmmaι*3é par ordina¬ teur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque touche du clavier de ce piano est constituée d'un moteur/ capteur modulaire plat oouplé à un système de traitement et dont les signaux de sortie déterminent, par l'intermédiaire de ce système de traitement, le déplacement de l'un au moins desdits moteurs/capteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce piano comprend des moyens pour mémoriser la séquence des signaux produits par chaque actionnement de touche.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque moteur/capteur d'actionnement et de touche est relié à un bus de signal d'un processeur de traitement par une liaison aller comprenant un capteur de position et un convertisseur analogique/numérique et une liaison retour comprenant un conver¬ tisseur numérique/analogique et un amplificateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le processeur de traitement est associé à une horloge d'échan¬ tillonnage et prend en compte les informations de position de chaque convertisseur analogique/numérique à chaque temps d'hor¬ loge et fournit des informations de réaction à chaque convertis¬ seur numérique/analogique à chaque temps d'horloge suivant. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente très schématiquement un méca¬ nisme de liaison touche/marteau d'un piano classique ; la figure 2 représente un système de liaison touche/ marteau selon la présente invention ; et la figure 3 est un schéma plus détaillé d'un mode de réalisation d'un système de liaison touche/marteau selon la présente invention.
Dans la description suivante, on supposera connue la demande de brevet européen 365441 ainsi que le brevet américain 5 107 262 qui revendiquent tous deux la priorité de la demande de brevet français 88/14064 du demandeur.
Dans le système selon la présente invention illustré en figure 2, on retrouve une corde 1 fixée à un cadre de piano, ces deux éléments n'étant en rien modifiés par rapport à un piano classique. Comme précédemment, la corde est susceptible d'être frappée par une tête de marteau 2 et amortie par un étouffoir 3. Mais, selon la présente invention, le marteau et l'étouffoir sont montés sur la tête 30 de l'axe d'un moteur/ capteur 31 commandé par un micro-contrôleur ou ordinateur 34. Une première liaison 35 fournit au moteur 31 les signaux de com- mande en provenance de l'ordinateur 34 et une deuxième liaison 36 renvoie à l'ordinateur 34 une information, captée par le capteur du moteur/capteur sur les positions et les déplacements du marteau à chaque instant quand il se déplace puis qu'il frappe la corde 1. Une réalisation d'un actionneur modulaire plat pouvant servir de moteur/capteur 31 est décrite dans les brevets cités précédemment. On notera que l'écart classique entre cordes est du même ordre de grandeur que l'écart entre touches d'un clavier et donc que la réalisation des actiαnneurs modulaires plats permettant de satisfaire aux contraintes dimensionnelles d'un clavier convient pour la réalisation d'un moteur/capteur 31 selon la présente invention.
L'ordinateur 34 peut commander les divers moteurs 31 de façon arbitraire sous l'effet d'un programme prémémorisé et éventuellement conçu de façon informatique. L'homme de l'art trouvera les informations utiles à la programmation de l'ordina¬ teur pour satisfaire à une fonction souhaitée dans les divers articles susmentionnés. On peut aussi prévoir que le piano selon la présente in¬ vention ait exactement la même fonction qu'un piano classique. Pour cela, on remplace le clavier classique d'un piano par un clavier constitué de moteurs/capteurs 40 dont chacun est couplé à l'ordinateur 34 par une liaison aller 41 et une liaison retour 42.
La figure 3 représente de façon un peu plus détaillée et sous forme de blocs l'agencement électronique du système de liaison entre les moteurs/capteurs de touche 40 et les moteurs/ capteurs de marteau 31. A chaque moteur/capteur 40 est associé un circuit électronique de capteur 50 qui fournit à un conver¬ tisseur analogique/numérique 51 ψe grandeur indicative du déplacement d'une touche. Le moteur/capteur de touche 40 reçoit, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 53 et d'un amplificateur 54, des signaux en prσvenanαe d'un bus de signal 56 couplé à un processeur de traitement 58. Un convertis¬ seur numérique/analogique 60 reçoit des informations du bus de signal 56 et les fournit par l'intermédiaire d'un amplificateur 61 au moteur/capteur 31. Tout déplacement de ce moteur/capteur 31 est traité par un circuit électronique 63 qui fournit l'information de position correspondante au bus de signal 56 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique 64.
Le système de traitement peut comprendre le processeur de traitement 58 susmentionné associé à un processeur de gestion 66 couplé à un réseau de communication par un accès d'entrée/ sortie 68, et associé à une mémoire de masse 69 et à un panneau de contrôle 70. On peut utiliser un ensemble de processeurs de traitement dont chacun est associé à un ou plusieurs ensembles de moteurs/capteurs 40, 31, l'ensemble de ces processeurs de traitement étant associé à un unique processeur de gestion gérant tout le clavier et l'ensemble des moteurs/capteurs de marteau. Dans le cadre de la description suivante, on considé¬ rera pour simplifier le cas où il est prévu un seul processeur de traitement 58 et un seul bus de signal 56. Le processeur de gestion 66 est de préférence un microprocesseur de gestion locale qui permet une gestion des modes de fonctionnement du processeur de traitement 58, c'est-à-dire par exemple le choix des modèles de traitement, le réglage des paramètres, la confi¬ guration des liens touche/marteau. De préférence, la mémoire de masse 69 associée au processeur de gestion 66 contient tous les programmes susceptibles d'être utilisés par le processeur de traitement 58. Le processeur de traitement 58 comprend également un accès d'entrée/sortie 71 permettant de fournir des signaux normalisés de type Midi (Musical Instrument Digital Interface) destinés à commander un synthétiseur, ou au contraire à recevoir des codes Midi pour actionner directement les moteurs/capteurs de marteau.
Dans un mode de fonctionnement préféré, les positions des touches et marteaux, fournies par les convertisseurs analo- gique/numérique 51 et 64 sont échantillonnées à une cadence fixe, typiquement de 1 kHz et le processeur de traitement cal¬ cule à partir de ces échantillons, au rythme où ils sont four¬ nis, les forces de réaction à fournir aux moteurs/capteurs 40 et 31, ces valeurs de réaction étant envoyées aux convertisseurs numérique/analogique 53 et 60 à chaque période d'échantillonnage suivante.
Pour effectuer le calcul des forces de réaction à appliquer à chaque moteur/capteur en réponse aux détections de position, on utilise un modèle basé sur la représentation sim- plifiée d'un piano apparaissant en figure 1. Ce modèle comprend deux chaînes cinématiques liant le mouvement de la touche à celui du marteau. Ces chaînes comprennent :
- le levier de lancement 13 qui intervient dans la phase d'accélération du marteau à partir de la position de repos de la touche ; au-delà du seuil d'échappement, l'effet de ce marteau de lancement disparaît grâce à la pièce 14 et n'est rétabli que par le retour de la touche à sa position de repos sous l'effet du ressort de rappel R ; - l'attrape-marteau 17 qui constitue un lien rigide entre la touche et le marteau, avec un fort effet de viscosité : tout se passe comme si, en plus du lien rigide, un frottement visqueux avec le bâti intervenait. Ce lien permet l'amortisse¬ ment du mouvement du marteau après impact et retour à la posi- tion de repos. Le rapport cinématique par cette deuxième liaison de la touche au marteau est différent de celui établi par le levier de lanσement.
Ce sont les forces de gravité qui ramènent la touche et le marteau à leur position de repos. L'analyse d'un mécanisme décrit par ce modèle montre qu'il comporte deux types d'éléments' : des éléments matériels et des éléments de liaison.
- Les éléments matériels correspondent à des pièces fixes ou mobiles possédant une inertie. Ces éléments sont simulés par un processus recevant des forces et produisant des positions.
- Les éléments de liaison déterminent les forces de liaison entre les éléments matériels. Ils sont simulés par des processus recevant des positions et produisant des forces. Dans le cadre du modèle considéré, les éléments maté¬ riels sont la touche, le marteau, le bâti fixe. Les éléments de liaison sont les deux chaînes cinématiques de la touche au marteau, à savoir celle du levier de lancement 13 et celle de l'attrappe 17 ; la liaison de butée de repos du marteau liant celui-ci au bâti ; les liaisons de type force de rappel liant la touche et le bâti d'une part, le marteau et le bâti d'autre part qui sont comme on l'a indiqué précédemment des liaisons qui correspondent aux forces de gravité. ALGORITHME DE SIMULATION DES DIVERS CONSTITUANTS 1. Liaison par le levier de lancement 13
Cette liaison est représentée par une liaison visco- élastique dont les paramètres de raideur K et de viscosité Z sont variables à chaque pas d'échantillonnage. Le traitement comprend donc deux parties : a) la partie visσo-élastique dont le calcul de force est défini par les équations suivantes : force appliquée au marteau Fm(n+1) = K(n)*[Xm(n)-R*Xt(n)-L] + Z(n)*[Xm(n)-Xm(n-l)-R*Xt(n)+R*Xt(n-l)] où n-1, n et n+1 désignent trois périodes d'échantillonnage successives
Em(n) indique la foroe appliquée au marteau pendant la période d'échantillonnage n,
Xm(n) désigne la position du marteau à l'instant n, et R et L sont des constantes. force appliquée à la touche (Ft) : Ft(n+1) = -R*Em(n+l) b) Le contrôle des paramètres K(n) et Z(n)
C'est un automate à deux états dont les entrées sont les positions du marteau Xm et de la touche Xt. Les deux états de cet automate représentent les deux états du levier de lance¬ ment 13 de la figure 1. Ce sont l'état "libre" et l'état "lié". La table de transition avec les valeurs produites correspondantes pour K et Z est la suivante, Ste étant un para¬ mètre fixe réglé une fois pour toutes qui détermine le seuil d'échappement. Position Pos. relative Touche Marteau/Touche Etat(n) Etat( l) K(n+1) Z(n+1) Xt(n) Xm(n)-R*Xt(n)
<Ste >0 Libre Lié 0 0
>Ste >0 Libre Libre 0 0
<Ste <0 Libre Libre 0 0
>Ste <0 Libre Libre 0 0
<Ste >0 Lié Lié 0 0
>Ste >0 Lié Libre 0 0
<Ste <0 Lié Lié KO ZO
>Ste <0 Lié Libre 0 0
Les paramètres L et B peuvent varier sous le contrôle du processeur de gestion, par exeπple pour correspondre à l'action d'une pédale de sourdine qui modifie dans un dispositif réel la position de repos du marteau et permet donc de modifier sa vitesse de frappe pour un toucher de clavier donné. 2. Liaison par l'attrappe 17
Cette liaison se présente comme une liaison visoo- élastique entre la touche et le marteau (raideur K, viscosité Z) et une liaison visqueuse (viscosité Zs) entre le marteau et le bâti. Les paramètres correspondants sont comme dans le cas précédent variables à chaque pas et contrôlés à partir des posi¬ tions de la touche et du marteau, a) Partie visσo-élastique
Force appliquée au marteau : Fm(n+1) = K(n)*[Xm(n)-R*Xt(n)-L] + Z(n)*[Xm(n)-Xm(n-l)-R*Xt(n)+R*Xt(n-l)] +
Zs(n)*[Xm(n)-Xm(n-l)] Force appliquée à la touche : Ft(n+1) = -R*Em(n+l). b) Partie contrôle des paramètres :
La liaison présente deux états, l'état libre et l'état lié mais contrairement à la liaison par le levier de lancement l'état n'est pas mémorisé et est déterminé à chaque pas d'échan¬ tillonnage en fonction des positions relatives de la toviche et du marteau. La table suivante caractérise ce module de contrôle de paramètres
Pos.relative Marteau/Touche K(n+1) Z(n+1) Zs(n+1) Xm(n)-R*Xt(n)
>0 0 0 0
<0 Kl Zl Zsl
3. τ,iaignr-. simulant la butée de repos du marteau
Cette liaison est du type visσo-élastique entre le marteau et le bâti avec contrôle de paramètre par un automate sans mémoire comme précédemment. a) Partie visσo-élastique :
Forσe appliquée au marteau : Fm(n+1) = K(n)*[Xm(n)-L] + Z(n)*[Xm(n)-Xm(n-l)] b) contrôle des paramètres
Pos Marteau (Xm) K(n+1) Z(n+1)
>0 0 0
<0 K2 Z2
4. Liaisons simulant la gravité
Il s'agit de forces constantes supplémentaires appli¬ quées au marteau et à la touche.
Ensuite, la sαnmatiαn des divers éléments de la force est réalisée. Un calcul correspondant au modèle désigné ci- dessus est aisément mis en oeuvre par programmation pour être réalisé par le microprocesseur de traitement 58. Un avantage du piano selon la présente invention est qu'il présentera pour l'utilisateur exactement les mêmes caractéristiques qu'un piano classique mais que l'on a remplacé le système mécanique complexe de liaison entre touches et marteaux par un système électromécanique et électronique dans lequel tous les réglages peuvent être assurés par traitement informatique.
Bien entendu, si on peut utiliser le système selon l'invention comme un piano classique, cri peut aussi l'utiliser pour assurer des fcaictions complexes dont certaines sont déjà réalisées dans des synthétiseurs. Par exemple, par programma¬ tion, on peut :
- faire que certaines touches, au lieu de commander un marteau unique, commandent de façon sélectionnée un ensemble de marteaux, simultanément ou avec un léger décalage entre eux, pour réaliser par actionnement d'une seule touche un accord complexe ;
- mémoriser les signaux fournis par le clavier 40 pour reproduire le jeu d'un pianiste exactement de la façon dont il l'a effectué, en tenant compte de son toucher spécifique ;
- utiliser un enregistrement pour rejouer un morceau modifié par traitement électronique ;
- varier ou changer la frappe et corrélativement le toucher, par exemple, pour une frappe de touche donnée modifier la frappe du marteau sur la corde ;
- modifier le toucher de façon arbitraire ou pour qu'il corresponde à d'autres instruments à clavier tels que clavecin, clavicorde, orgue, célesta, harmonium ;
- actionner simultanément un synthétiseur d'aocompa- gne ent en utilisant les signaux du clavier ;
- régler la course de retour du moteur 35 pour qu'après une frappe de corde, l'étouffoir ne soit réappliqué qu'après une durée déterminée par l'ordinateur.
Bien que l'invention ait été décrite dans le cadre d'un mode de réalisation particulier, de nombreuses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Piano caractérisé en ce qu'il comprend comme moyen d'actionnement de chacun de ses marteaux (2) un moteur/capteur électrique (31) commandé par ordinateur.
2. Piano selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque touche de son clavier est constituée d'un moteur/ capteur modulaire plat (40) couplé à un système de traitement (34) et dont les signaux de sortie déterminent, par l'intermé¬ diaire de ce système de traitement, le déplacement de l'un au moins desdits moteurs (31).
3. Piano selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mémoriser la séquence des si¬ gnaux produits par chaque actionnement de touche.
4. Piano selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque moteur/capteur d'actionnement (31) et de touche (40) est relié à un bus de signal (56) d'un processeur de traitement (58) par une liaison aller comprenant un capteur de position (50, 63) et un convertisseur analogique/numérique (51, 64) et une liaison retour comprenant un convertisseur numérique/analo¬ gique (53, 60) et un amplificateur (54, 61).
5. Piano selon la revendication 4, caractérisé en ce que le processeur de traitement (58) est associé à une horloge d'échantillonnage et prend en compte les informations de posi¬ tion de chaque convertisseur analogique/numérique à chaque temps d'horloge et fournit des informations de réaction à chaque convertisseur numérique/analogique à chaque temps d'horloge suivant.
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