WO2010149781A2 - Procede et appareil de conversion d'un deplacement d'un objet magnetique en un signal directement perceptible, instrument incorporant cet appareil - Google Patents

Procede et appareil de conversion d'un deplacement d'un objet magnetique en un signal directement perceptible, instrument incorporant cet appareil Download PDF

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WO2010149781A2
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Jérôme DOUTAZ
Roland Blanpain
Viviane Cattin
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    • G—PHYSICS
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    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
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    • G10H1/053—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos by additional modulation during execution only
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    • G10H2220/00—Input/output interfacing specifically adapted for electrophonic musical tools or instruments
    • G10H2220/155—User input interfaces for electrophonic musical instruments
    • G10H2220/201—User input interfaces for electrophonic musical instruments for movement interpretation, i.e. capturing and recognizing a gesture or a specific kind of movement, e.g. to control a musical instrument

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for converting a displacement of a magnetic object relative to a magnetic field sensor into a signal directly perceptible by a human being.
  • the invention also relates to an instrument incorporating this conversion apparatus.
  • Known conversion methods comprise: measuring a modified magnetic field as a function of the displacement of the magnetic object, and adjusting at least one parameter of the signal that is directly perceptible as a function of the measured magnetic field.
  • patent application JP 2004-08 55 98 describes such a method. In this method, the amplitude of the magnetic field measured in one direction is used to adjust a parameter of an audible signal.
  • the use of the single amplitude does not make it easily perceptible simultaneously several characteristics of the displacement of the object. For example, it is difficult to simultaneously make perceptible the speed of movement of the object and a rotation of the object on itself or a variation of this speed.
  • the invention aims to overcome this disadvantage by proposing a conversion method to make perceptible differently the characteristics of the measured magnetic field and therefore the characteristics of the displacement of the magnetic object.
  • Embodiments of this method may include one or more of the following features: at least one of the constructed signals is independent of the position in the space of the magnetic object; the signals are capable of varying independently of each other, and the setting of each parameter is a function of a respective constructed signal so as to directly and simultaneously perceptible each of the characteristics of the magnetic field independently of each other; B the construction of the signals is obtained by filtering adapted to the temporal succession of measurements on the basis of several orthogonal functions; B orthogonal functions are functions of Anderson; B the construction of the signals is obtained by filtering the temporal succession of measurements using a bank of filters whose bandwidths at -3 dB do not overlap and whose quality factors are equal; B the filter bank is composed of twelve filters;
  • B the signal directly perceivable by a human being is an audible signal and the set parameters of the audible signal are selected from the group consisting of the volume, the timbre, the frequency of a sound and the duration of a sound;
  • B the directly perceivable signal is a visual signal and the adjusted parameters of this visual signal are selected from the group comprising the direction of a light beam, the color of a light beam or a pixel of a screen, the intensity of a light beam or a pixel of a screen.
  • the filtering adapted to Anderson functions makes it possible to adjust the perceptible signal by simply modifying the orientation on itself of the magnetic object during its displacement;
  • the invention also relates to an apparatus for converting a displacement of a magnetic object into a signal directly perceptible by a human being, this apparatus comprising:
  • a sensor capable of measuring a modified magnetic field as a function of the displacement of the magnetic object
  • a calculator able to adjust at least one parameter of the signal that is directly perceptible as a function of the measured magnetic field, this calculator being suitable for this purpose:
  • the invention also relates to an instrument comprising a magnetic object movable by a human and the above apparatus for converting the movements of the magnetic object into a signal directly perceptible by a human being.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of an instrument incorporating an apparatus for converting the displacement of a magnetic object into a directly audible signal
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for converting the displacement of a magnetic object into a directly audible signal using the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a graph schematically illustrating the waveform of a measured magnetic field
  • FIGS. 4a to 4c are graphs schematically illustrating the waveforms of an orthogonal basis of Anderson functions in field mode
  • FIG. 5 is a flowchart of another method for converting the displacement of a magnetic object into a directly audible signal
  • FIG. 6 is a schematic illustration of the distribution of the bandwidths of a filter bank used for the implementing the method of FIG. 5
  • FIG. 7 is a schematic illustration of responses of three filter bank filters implemented in the method of FIG. 5, and
  • FIG. 8 is a schematic illustration of the assembly of the successive responses of a filter to form a directly audible signal
  • FIG. 9 is a diagrammatic illustration of an instrument incorporating an apparatus for converting the displacement of a magnetic object into a signal directly perceptible other than by hearing.
  • the same references are used to designate the same elements.
  • Figure 1 shows an instrument 2 generating a signal directly perceptible by a human being.
  • the instrument 2 is described in the particular case where it generates a signal directly audible by a human being.
  • the instrument 2 is a musical instrument.
  • This instrument 2 comprises an object whose constituent material has magnetic properties (rare earths, ferrites, steels, ...) 4 and manually movable by a user.
  • the object 4 is for example a bipolar permanent magnet.
  • the object 4 is freely movable by the user in a plane or in a three-dimensional space.
  • the movement of the object 4 is manually operated by the user.
  • the object 4 is shaped to be directly manipulated by hand.
  • the instrument 2 also comprises an apparatus 10 for converting the displacements of the object. object 4 into a signal directly audible by a human being.
  • the apparatus 10 is equipped with:
  • a clean magnetic field sensor 12 to convert a measured magnetic field into an electrical signal
  • an analog-digital converter 14 to sample the electrical signal generated by the sensor 12 to obtain a temporal succession magnetic field measurements
  • An electronic calculator 16 adapted to process the temporal succession of measurements produced by the converter 14 for controlling, in response, a generator 18 of a signal directly audible by the user.
  • the sensor 12 is located near the object 4. It is considered that the sensor
  • the shortest distance between the sensor 12 and the trajectory 6 is denoted D.
  • the sensor 12 is a triaxial sensor, that is to say able to measure the components of the magnetic field. along three orthogonal directions X, Y and Z.
  • the direction X is parallel to the trajectory 6.
  • the computer 16 is a programmable computer capable of executing instructions recorded on an information recording medium.
  • the computer 16 is connected to a memory 20 comprising the instructions and the data necessary to carry out the process of Figure 2 or Figure 5.
  • the generator 18 is a loudspeaker or a set of loudspeakers.
  • the operation of the instrument 2 will now be described with reference to the method of FIG. 2.
  • the user manually moves the object 4 near the sensor 2.
  • the senor 12 measures the magnetic field modified by the displacement of the object 4. In response, it generates three electrical signals proportional, respectively, to the components x, y and z of the measured magnetic field. along the X, Y and Z directions.
  • FIG. 3 represents a possible example of waveform, as a function of time, of an electrical signal 31 generated by the sensor 12 for the component x.
  • a step 32 the converter 14 samples the electrical signal 31 to produce a temporal succession of measurements of the magnetic field which is transmitted to the computer 16 as and when the production of each sample.
  • step 32 the computer 16 acquires a temporal succession S (t c ) of measurements of the component x carried out during a time window ⁇ T of predetermined duration and ending at the current time t c .
  • the time window ⁇ T is represented in this FIG. 3.
  • the sampling frequency of the converter 14 is 200 Hz and the number of samples of the sequence S (t c ) is 255.
  • the duration ⁇ T is therefore of 1250 ms.
  • a step 34 the computer builds from this time sequence of measurement several signals Si (t) each representing a characteristic i independent of the measured magnetic field.
  • independent characteristic is meant here a characteristic capable of varying independently of the other characteristics of the measured magnetic field.
  • the signals Si (t) are uncorrelated.
  • the computer 16 performs a filtering adapted to the sequence S (t c ) on a basis of Anderson functions in order to construct the signals.
  • Figures 4a to 4c show the waveforms of three orthogonal functions eo (t), ei (t) and ⁇ 3 (t) of Anderson in field mode. These three functions are defined by the following relationships:
  • the projection of the sequence S (t c ) on one of the functions ei (t) is for example carried out by calculating the coefficient a, of correlation between the sequence S (t c ) and the function ei (t). This calculation is detailed in the document cited above. More specifically, each function ei (t) depends not only on the time t but also on the V / D ratio. Here, a set of values of the ratio V / D is constructed beforehand, j being greater than one and preferably greater than two or ten.
  • the functions ey (t) are pre-stored in the memory 20.
  • step 40 the sequence S (t c ) is projected on each of the functions ey (t) recorded.
  • coefficients cty of correlation between this sequence S (t c ) and the corresponding function ey (t) are obtained.
  • an energy Ej (t c ) is calculated using the following relationship:
  • the computer 16 selects the value m of the index j which maximizes the energy Ej (t c ).
  • This value m corresponds to a set of coefficients cti m .
  • a filtering is performed to maximize the likelihood between the sequence S (t c ) and the functions of the Anderson base.
  • the energy E m (t c ) is compared with the energies E m (t c -1) and E m (t c -2) calculated, respectively, during the two previous iterations of step 40.
  • New signals Si (t) are constructed only if the following two relations are satisfied: In the affirmative, the calculator constructs the following signals Si (t):
  • index m and the coefficients cti m are those determined during the previous iteration of step 40, that is to say those determined from the sequence S (t c -1).
  • the computer 16 proceeds to a step 50 of adjusting various independent parameters of an audible signal played by the generator 18.
  • the parameters of the audible signal are selected in FIG. the group including the volume, the timbre, the frequency of a sound and the duration of a sound.
  • the value m is used to select a set of three notes different.
  • the values of CTI m coefficients are used to adjust the volume or a respective notes.
  • the correlation between the component x and one of the functions ei (t) is maximum when the object 4 is moved at a constant speed V along a rectilinear trajectory parallel to the direction X with its dipolar field aligned on the one of the three directions X, Y or Z.
  • the component x is only correlated with one of the three functions ei (t).
  • the signals Si (t) make it possible to make the orientation of the object 4 and the trajectory followed by the object 4 perceptible simultaneously.
  • the values of the coefficients cti m are used to control the timbre of a note n-, played respective.
  • Cti m coefficients can also be used to control the frequency of a note or the duration of a note.
  • step 50 the method returns to step 30.
  • a time window ⁇ T offset from a sample in time The processed temporal sequence is then the sequence S (t c +1).
  • the generator 18 also plays in parallel with audible signals representing characteristics of the components y and z.
  • FIG. 5 represents another method of converting the displacement of the object 4 into a signal directly audible by a human being that can be implemented in the apparatus 10.
  • the method of FIG. 5 is identical to the method of FIG. FIG. 2 except for steps 34 and 50 which are replaced, respectively, by steps 60 and 62.
  • step 60 the computer 16 uses a bank of twelve filters Fj to construct the signals Si (t), where i is the index of the filter.
  • FIG. 6 represents the passbands 66 to 77 at -3 dB of each of the filters Fj in a graph in which the abscissa is graduated in frequencies. To simplify Figure 6, the abscissa scale is not linear. These bandwidths are contiguous and do not overlap.
  • the bandwidth of each filter Fj is characterized by a center frequency fq and a bandwidth width of -3 dB dfj.
  • the quality factor Q 1 of each filter Fj is defined by the following relation:
  • quality factors Q 1 are all equal.
  • the response of each filter corresponds to a note and the response of the filter bank gives an agreement.
  • the width of the frequency interval between the smallest center frequency fc m i n and the largest center frequency fc max covers the equivalent of one octave and the number of filters is the equivalent of a number of half tones.
  • the frequency fc m i n and the width df m i n are chosen so as to eliminate the DC components of the measured magnetic field.
  • the computer 16 constructs the responses Si (t) of each of the input filters Fj excited by the sequence S (t c ).
  • FIG. 7 schematically illustrates the three waveform signals Si (t) constructed by three separate filters Fj in response to the same sequence S (t c).
  • the signals Si (t) are used to adjust the generated audible signal.
  • the computer 16 compresses the response Si (t) of the filter Fj so that its duration is equal to the sampling period. This operation 80 is performed for each of the responses Si (t) of each of the filters of the filterbank. Then, during an operation 82, the responses Si (t) compressed obtained successively in response to the sequences S (t c ), S (t c +1), S (t c + 2), ... of the same filter Fj are put end to end to form a continuous sound signal.
  • FIG. 8 An example of such a continuous sound signal is illustrated in FIG. 8.
  • the successive sequences Si (t) are denoted Si (t c ), Si (t c +1), ....
  • FIG. 9 represents an instrument 90 generating a signal directly perceptible by a human being other than by hearing.
  • the instrument 90 is identical to the instrument 2 except that the apparatus 10 is replaced by a device 92 for converting the displacements of the object 4 into a signal directly perceptible other than by hearing.
  • this directly perceptible signal is a visual signal, olfactory or perceptible to the touch.
  • the apparatus 92 is identical to the apparatus 10 except that the generator 18 is replaced by a generator 94 of this signal directly perceptible other than by the hearing.
  • the generator 94 generates a visual signal.
  • the signals Si (t) are used to modify a parameter of this visual signal chosen from the group comprising the direction of a light beam, the color of a light beam or a pixel of an image, the intensity of a light beam or a pixel in the image.
  • the signals Si (t) are used to control: the lighting angle of a scene, the range of the lighting of a scene (lighting shades of a scene ranging from warm colors with cool colors), or the intensity of the lighting.
  • the three coefficients cti m are used to code the color of a pixel or of a set of pixels.
  • each coefficient cti m controls the level of one of the basic colors in an RGB (Red Green Blue) color coding.
  • RGB Red Green Blue
  • the signals Si (t) are obtained by filtering adapted to other basic types of Anderson functions than that described with reference to FIGS. 4a to 4c.
  • it may be a base of Anderson functions in gradient mode. It is also possible to use other bases of functions than those of Anderson.
  • wavelets can be used to obtain a decomposition of the measured magnetic field on a wavelet basis.
  • the construction of the signals Si (t) can also be obtained by filtering the temporal succession of measurements using a bank of low-pass filters or high pass or pass band judiciously arranged so as to produce signals " interesting "from a musical point of view.
  • the magnetic field sensor may be a monoaxial or biaxial magnetic field vector sensor or more than triaxial or a scalar magnetic field sensor.
  • the object 4 is not necessarily a permanent magnet. It may also be an electromagnet or any other object whose material is capable of modifying the magnetic field measured by the sensor 12 when it is moved.
  • the object 4 can be a simple magnetic core that distorts the lines of a field pre-existing magnetic
  • the preexisting magnetic field may be created by an electromagnet fixed relative to the sensor 12.
  • the magnetic core will be a ferromagnetic core.
  • the displacement of the object 4 may be guided in one or more directions to restrict the freedom of movement of the object 4 to this or these directions.
  • the signals Si (t) constructed may be signals correlated with each other.
  • the parameters of the directly perceptible signal can also be adjusted from any function of the coefficients cti m .
  • at least one of the parameters is set according to a ⁇ m 2 .
  • the generator 18 may be something other than a speaker.
  • the generator 18 comprises several electrically actuatable hammers and several rods or different ropes vis-à-vis each of these hammers.
  • the computer 16 controls the movements of the different hammers as a function of the signals Si (t) constructed. The musical instrument thus obtained is then close to a percussion instrument.
  • FIGS. 1 and 9 are combined to generate both directly audible signals and signals directly perceptible by means other than hearing.
  • the generator generates both audible and visual signals.

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Abstract

Ce procédé de conversion d'un déplacement d'un objet magnétique en un signal directement perceptible par un être humain, comprend : - l'acquisition (32) d'une succession temporelle de mesures d'un champ magnétique modifié par les déplacements de l'objet pendant une fenêtre temporelle glissante de durée prédéterminée, - la construction (34) à partir de cette succession temporelle de mesures acquise de plusieurs signaux représentant chacun une caractéristique du champ magnétique mesuré fonction d'une caractéristique correspondante du déplacement de l'objet, et - le réglage (50) de plusieurs paramètres du signal directement perceptible en fonction de ces signaux pour rendre directement perceptible ces caractéristiques.

Description

PROCEDE ET APPAREIL DE CONVERSION D'UN DEPLACEMENT D'UN OBJET MAGNETIQUE EN UN SIGNAL DIRECTEMENT PERCEPTIBLE, INSTRUMENT
INCORPORANT CET APPAREIL
[0001] L'invention concerne un procédé et un appareil de conversion d'un déplacement d'un objet magnétique par rapport à un capteur de champ magnétique en un signal directement perceptible par un être humain. L'invention concerne également un instrument incorporant cet appareil de conversion. [0002] Des procédés connus de conversion comportent : - la mesure d'un champ magnétique modifié en fonction du déplacement de l'objet magnétique, et - le réglage d'au moins un paramètre du signal directement perceptible en fonction du champ magnétique mesuré. [0003] Par exemple, la demande de brevet JP 2004-08 55 98 décrit un tel procédé. Dans ce procédé, l'amplitude du champ magnétique mesurée selon une direction est utilisée pour régler un paramètre d'un signal audible.
[0004] Toutefois, l'utilisation de la seule amplitude ne permet pas de rendre facilement perceptible simultanément plusieurs caractéristiques du déplacement de l'objet. Par exemple, il est difficile de rendre simultanément perceptible la vitesse de déplacement de l'objet et une rotation de l'objet sur lui-même ou une variation de cette vitesse.
[0005] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de conversion permettant de rendre perceptible de façon différente les caractéristiques du champ magnétique mesuré et donc les caractéristiques du déplacement de l'objet magnétique.
[0006] Elle a donc pour objet un tel procédé de conversion comportant :
- l'acquisition d'une succession temporelle de mesures du champ magnétique pendant une fenêtre temporelle glissante de durée prédéterminée,
- la construction à partir de cette succession temporelle de mesures acquise de plusieurs signaux représentant chacun une caractéristique du champ magnétique mesuré fonction d'une caractéristique correspondante du déplacement de l'objet, et
- le réglage de plusieurs paramètres du signal directement perceptible en fonction de ces signaux pour rendre directement perceptible ces caractéristiques.
[0007] Le fait de traiter une succession temporelle de mesures permet de relever simultanément plusieurs caractéristiques du champ magnétique modifié par le déplacement de l'objet et donc de rendre perceptibles simultanément plusieurs caractéristiques du déplacement de l'objet.
[0008] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : a au moins l'un des signaux construits est indépendant de la position dans l'espace de l'objet magnétique ; a les signaux sont susceptible de varier indépendamment les uns des autres, et le réglage de chaque paramètre est fonction d'un signal construit respectif de manière à rendre directement et simultanément perceptibles chacune des caractéristiques du champ magnétique indépendamment les unes des autres ; B la construction des signaux est obtenue par filtrage adapté de la succession temporelle de mesures sur une base de plusieurs fonctions orthogonales ; B les fonctions orthogonales sont des fonctions d'Anderson ; B la construction des signaux est obtenue en filtrant la succession temporelle de mesures à l'aide d'un banc de filtres dont les bandes passantes à -3 dB ne se chevauchent pas et dont les facteurs de qualité sont égaux ; B le banc de filtres est composé de douze filtres ;
B le signal directement perceptible par un être humain est un signal audible et les paramètres réglés du signal audible sont choisis dans le groupe comprenant le volume, le timbre, la fréquence d'un son et la durée d'un son ; B le signal directement perceptible est un signal visuel et les paramètres réglés de ce signal visuel sont choisis dans le groupe comprenant la direction d'un faisceau lumineux, la couleur d'un faisceau lumineux ou d'un pixel d'un écran, l'intensité d'un faisceau lumineux ou d'un pixel d'un écran.
[0009] Ces modes de réalisation du procédé présentent en outre les avantages suivants :
- disposer d'un signal indépendant de la position dans l'espace de l'objet magnétique permet de rendre perceptible seulement une variation de la position de cet objet et non pas sa position,
- l'utilisation de signaux indépendants les uns des autres simplifie l'utilisation et l'apprentissage pour l'utilisateur de ce procédé,
- le filtrage adapté sur des fonctions d'Anderson permet d'ajuster le signal perceptible en modifiant simplement l'orientation sur lui-même de l'objet magnétique lors de son déplacement ;
- l'utilisation d'un banc de filtres dont les bandes passantes sont contiguës et dont les facteurs de qualité sont égaux simplifie l'utilisation et l'apprentissage par l'utilisateur de ce procédé car, notamment, il existe alors une analogie entre ce banc de filtres et la théorie des notes de musique ; - l'utilisation de douze filtres dans le banc permet de couvrir une octave.
[ooio] L'invention a également pour objet un appareil de conversion d'un déplacement d'un objet magnétique en un signal directement perceptible par un être humain, cet appareil comportant :
- un capteur apte à mesurer un champ magnétique modifié en fonction du déplacement de l'objet magnétique, - un calculateur apte à régler au moins un paramètre du signal directement perceptible en fonction du champ magnétique mesuré, ce calculateur étant apte à cet effet:
• à acquérir une succession temporelle de mesures du champ magnétique pendant une fenêtre temporelle glissante de durée prédéterminée
• à construire à partir de cette succession temporelle de mesures acquise plusieurs signaux représentant chacun une caractéristique du champ magnétique mesuré fonction d'une caractéristique correspondante du déplacement de l'objet, et • à régler plusieurs paramètres du signal directement perceptible en fonction de ces signaux pour rendre directement perceptibles ces caractéristiques. [0011] Enfin, l'invention a également pour objet un instrument comportant un objet magnétique déplaçable par un être humain et l'appareil ci-dessus de conversion des déplacements de l'objet magnétique en un signal directement perceptible par un être humain.
[0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique d'un instrument incorporant un appareil de conversion du déplacement d'un objet magnétique en un signal directement audible,
- la figure 2 est un organigramme d'un procédé de conversion du déplacement d'un objet magnétique en un signal directement audible à l'aide de l'appareil de la figure 1 ,
- la figure 3 est un graphe illustrant schématiquement la forme d'onde d'un champ magnétique mesuré,
- les figures 4a à 4c sont des graphes illustrant schématiquement les formes d'onde d'une base orthogonale de fonctions d'Anderson en mode champ,
- la figure 5 est un organigramme d'un autre procédé de conversion du déplacement d'un objet magnétique en un signal directement audible, - la figure 6 est une illustration schématique de la répartition des bandes passantes d'un banc de filtres utilisé pour la mise en œuvre du procédé de la figure 5
- la figure 7 est une illustration schématique de réponses de trois filtres du banc de filtres mis en œuvre dans le procédé de la figure 5, et
- la figure 8 est une illustration schématique de l'assemblage des réponses successives d'un filtre pour former un signal directement audible, et
- la figure 9 est une illustration schématique d'un instrument incorporant un appareil de conversion du déplacement d'un objet magnétique en un signal directement perceptible autrement que par l'ouïe. [0013] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0014] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0015] La figure 1 représente un instrument 2 générant un signal directement perceptible par un être humain. Dans ce mode de réalisation, l'instrument 2 est décrit dans le cas particulier où il génère un signal directement audible par un être humain.
Par exemple, l'instrument 2 est un instrument de musique.
[0016] Cet instrument 2 comporte un objet dont le matériau constitutif présente des propriétés magnétiques (terres rares, ferrites, aciers, ...) 4 et déplaçable manuellement par un utilisateur. L'objet 4 est par exemple un aimant permanent bipolaire.
[0017] Ici, l'objet 4 est librement déplaçable par l'utilisateur dans un plan ou dans un espace à trois dimensions. Le déplacement de l'objet 4 est actionné manuellement par l'utilisateur. Par exemple, l'objet 4 est conformé pour être directement manipulé à la main.
[0018] Sur la figure 1 une trajectoire rectiligne 6 possible pour l'objet 4 est représentée. Dans la suite de cette description on note V la vitesse de déplacement de l'objet 4 le long d'une trajectoire rectiligne parallèle à la trajectoire 6. [0019] L'instrument 2 comporte également un appareil 10 de conversion des déplacements de l'objet 4 en un signal directement audible par un être humain. A cet effet, l'appareil 10 est équipé :
[0020] - d'un capteur 12 de champ magnétique propre à convertir un champ magnétique mesuré en un signal électrique, [0021] - un convertisseur analogique-numérique 14 propre à échantillonner le signal électrique généré par le capteur 12 pour obtenir une succession temporelle de mesures du champ magnétique, et
[0022] - un calculateur électronique 16 apte à traiter la succession temporelle de mesures produites par le convertisseur 14 pour commander, en réponse, un générateur 18 d'un signal directement audible par l'utilisateur.
[0023] Le capteur 12 est situé à proximité de l'objet 4. On considère que le capteur
12 est à proximité de l'objet 4 lorsque tout déplacement de l'objet 4 se traduit par une modification du signal audible perceptible par l'utilisateur.
[0024] Ici, la plus courte distance entre le capteur 12 et la trajectoire 6 est notée D. [0025] De préférence, le capteur 12 est un capteur triaxe, c'est-à-dire apte à mesurer les composantes du champ magnétique le long de trois directions orthogonales X, Y et Z. Ici, la direction X est parallèle à la trajectoire 6.
[0026] Typiquement, le calculateur 16 est un calculateur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, le calculateur 16 est raccordé à une mémoire 20 comportant les instructions et les données nécessaires à l'exécution du procédé de la figure 2 ou de la figure 5.
[0027] Par exemple, le générateur 18 est un haut-parleur ou un ensemble d'haut- parleurs. [0028] Le fonctionnement de l'instrument 2 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 2.
[0029] Pour jouer de l'instrument 2, l'utilisateur déplace manuellement l'objet 4 à proximité du capteur 2.
[0030] Lors d'une étape 30, le capteur 12 mesure le champ magnétique modifié par le déplacement de l'objet 4. En réponse, il génère trois signaux électriques proportionnels, respectivement, aux composantes x, y et z du champ magnétique mesurées le long des directions X, Y et Z.
[0031] Dans la suite de cette description, seuls les traitements de la composante x sont décrits en détail. Les traitements des autres composantes mesurées sont similaires et découlent des explications données pour la composante x.
[0032] La figure 3 représente un exemple possible de forme d'onde, en fonction du temps, d'un signal électrique 31 généré par le capteur 12 pour la composante x.
[0033] Lors d'une étape 32, le convertisseur 14 échantillonne le signal électrique 31 pour produire une succession temporelle de mesures du champ magnétique qui est transmise au calculateur 16 au fur et à mesure de la production de chaque échantillon.
[0034] Lors de l'étape 32, le calculateur 16 acquiert une succession temporelle S(tc) de mesures de la composante x réalisées pendant une fenêtre temporelle ΔT de durée prédéterminée et s'achevant à l'instant courant tc. La fenêtre temporelle ΔT est représentée sur cette figure 3. Par exemple, la fréquence d'échantillonnage du convertisseur 14 est de 200 Hz et le nombre d'échantillons de la séquence S(tc) est de 255. La durée ΔT est donc de 1250 ms.
[0035] Lors d'une étape 34, le calculateur construit à partir de cette succession temporelle de mesure plusieurs signaux Si(t) représentant chacun une caractéristique i indépendante du champ magnétique mesuré. Par caractéristique « indépendante » on désigne ici une caractéristique susceptible de varier indépendamment des autres caractéristiques du champ magnétique mesuré. Par exemple, les signaux Si(t) sont non corrélés.
[0036] Ici, lors d'une opération 40, le calculateur 16 procède à un filtrage adapté de la séquence S(tc) sur une base de fonctions d'Anderson afin de construire les signaux
Si(t).
[0037] Un tel filtrage adapté sur une base de fonctions d'Anderson est par exemple décrit dans le document suivant :
R. Blanpain, « Traitement en temps réel du signal issu d'une sonde magnétométrique pour la détection d'anomalie magnétique », thèse I. N. P. G., Octobre 1979. [0038] Les figures 4a à 4c représentent les formes d'onde de trois fonctions orthogonales eo(t), ei(t) et β3(t) d'Anderson en mode champ. Ces trois fonctions sont définies par les relations suivantes :
^0(U) = K0 _ I7 ^
(1 + U2)A U eλ(U) = Kλ
(\ + uψ
1 - 7U2 e2 (U) = K2
(\ + u2y> où :
- U = (V/D)t, t étant le temps; - les coefficients K0, Ki et K2 sont des constantes de normalisation choisies pour avoir une base orthonormée.
[0039] La projection de la séquence S(tc) sur une des fonctions ei(t) est par exemple réalisée en calculant le coefficient a, de corrélation entre la séquence S(tc) et la fonction ei(t). Ce calcul est détaillé dans le document cité ci-dessus. [0040] Plus précisément, chaque fonction ei(t) dépend non seulement du temps t mais aussi du rapport V/D. Ici, un jeu de j valeurs du rapport V/D est construit au préalable, j étant supérieur à un et, de préférence supérieur à deux ou dix. La fonction βi(t) obtenue pour une valeur particulière du rapport V/D est notée ey(t), où i est l'indice de la fonction d'Anderson (i =0, 1 ou 2) et j est l'indice d'une valeur particulière du rapport V/D choisie dans le jeu de valeur construit au préalable. Les fonctions ey(t) sont pré-enregistrées dans la mémoire 20.
[0041] Lors de l'étape 40, la séquence S(tc) est projetée sur chacune des fonctions ey(t) enregistrées. On obtient ainsi j coefficients cty de corrélation entre cette séquence S(tc) et la fonction ey(t) correspondante. [0042] Pour chaque indice j, une énergie Ej(tc) est calculée à l'aide de la relation suivante :
EJ (tc) = aQ 2 +ax 2 + a2 2
[0043] Ensuite, toujours lors de l'étape 40, le calculateur 16 sélectionne la valeur m de l'indice j qui maximisent l'énergie Ej(tc). Cette valeur m correspond à un jeu de coefficients ctim.
[0044] Ensuite, lors d'une étape 42, un filtrage est réalisé pour maximiser la vraisemblance entre la séquence S(tc) et les fonctions de la base d'Anderson. Par exemple, lors de l'étape 42, l'énergie Em(tc) est comparée aux énergies Em(tc-1 ) et Em(tc-2) calculées, respectivement, lors des deux itérations précédentes de l'étape 40. [0045] De nouveaux signaux Si(t) sont construits uniquement si les deux relations suivantes sont satisfaites :
Figure imgf000009_0001
[0046] Dans l'affirmatif, le calculateur construit les signaux Si(t) suivants :
Figure imgf000009_0002
où l'indice m et les coefficients ctim sont ceux déterminés lors de l'itération précédente de l'étape 40, c'est-à-dire ceux déterminés à partir de la séquence S(tc-1 ).
[0047] Si de nouveaux signaux Si(t) sont construits, le calculateur 16 procède à une étape 50 de réglage de différents paramètres indépendants d'un signal audible joué par le générateur 18. Par exemple, les paramètres du signal audible sont choisis dans le groupe comprenant le volume, le timbre, la fréquence d'un son et la durée d'un son.
[0048] Par exemple, la valeur m est utilisée pour sélectionner un jeu de trois notes
Figure imgf000009_0003
différentes. Les valeurs des coefficients ctim sont utilisées pour régler le volume d'une notes ni respective. Ainsi, quatre caractéristiques du champ magnétique mesuré et donc du déplacement de l'objet 4 sont simultanément présentées à l'utilisateur, à savoir les coefficients ctim de corrélation avec les fonctions d'Anderson de champ et le rapport V/D.
[0049] La corrélation entre la composante x et une des fonctions ei(t) est maximale lorsque l'objet 4 est déplacé à vitesse constante V le long d'une trajectoire rectiligne parallèle à la direction X avec son champ dipolaire aligné sur l'une des trois directions X, Y ou Z. Dans ce cas, la composante x est uniquement corrélée avec une seule des trois fonctions ei(t). Ainsi, les signaux Si(t) permettent de rendre perceptible simultanément l'orientation de l'objet 4 et la trajectoire suivie par l'objet 4. [0050] Dans un autre mode de réalisation, les valeurs des coefficients ctim sont utilisées pour contrôler le timbre d'une note n-, jouée respective. Les coefficients ctim peuvent aussi être utilisés pour contrôler la fréquence d'une note ou la durée d'une note.
[0051] II est également possible d'utiliser les formes d'onde des signaux Si(t). Par exemple, ces formes d'onde sont directement utilisées pour générer un signal sonore ayant la même enveloppe temporelle. [0052] A l'issu de l'étape 50, le procédé retourne à l'étape 30. Ce qui a été décrit précédemment est réitéré pour une fenêtre temporelle ΔT décalée d'un échantillon dans le temps. La séquence temporelle traitée est alors la séquence S(tc+1 ). [0053] Ce qui vient d'être décrit dans le cas particulier de la composante x du champ magnétique mesuré est également réalisé en parallèle, lors d'étapes 52 et 54, respectivement, pour les composantes y et z. Ainsi, le générateur 18 joue également en parallèle de signaux audibles représentant des caractéristiques des composantes y et z.
[0054] La figure 5 représente un autre procédé de conversion du déplacement de l'objet 4 en un signal directement audible par un être humain qui peut être implémenté dans l'appareil 10. Le procédé de la figure 5 est identique au procédé de la figure 2 à l'exception des étapes 34 et 50 qui sont remplacées, respectivement, par des étapes 60 et 62.
[0055] Lors de l'étape 60, le calculateur 16 utilise un banc de douze filtres Fj pour construire les signaux Si(t), où i est l'indice du filtre. [0056] La figure 6 représente les bandes passantes 66 à 77 à -3 dB de chacun des filtres Fj dans un graphe où l'abscisse est graduée en fréquences. Pour simplifier la figure 6, l'échelle de l'abscisse n'est pas linéaire. Ces bandes passantes sont contiguës et ne se chevauchent pas. Ici, la bande passante de chaque filtre Fj se caractérise par une fréquence centrale fq et par une largeur de bande passante à -3 dB dfj. Le facteur de qualité Q1 de chaque filtre Fj est défini par la relation suivante :
Qi = fci/dfi
[0057] Ici, les facteurs de qualité Q1 sont tous égaux. Un tel choix permet de réaliser une analogie entre les signaux Si(t) construits et la théorie des notes de musique. Selon cette analogie, la réponse de chaque filtre correspond à une note et la réponse du banc de filtres donne un accord. La largeur de l'intervalle de fréquence entre la plus petite fréquence centrale fcmin et la plus grande fréquence centrale fcmax couvre l'équivalent d'une octave et le nombre de filtres est l'équivalent d'un nombre de demi- tons. La fréquence fcmin et la largeur dfmin sont choisies de manière à éliminer les composantes continues du champ magnétique mesuré. [0058] Lors de l'étape 60, le calculateur 16 construit les réponses Si(t) de chacun des filtres Fj excité en entrée par la séquence S(tc).
[0059] La figure 7 illustre schématiquement la forme d'onde de trois signaux Si(t) construits par trois filtres Fj distincts en réponse à la même séquence S(tc). [0060] Lors de l'étape 62, les signaux Si(t) sont utilisés pour régler le signal audible généré. Par exemple, lors d'une opération 80, le calculateur 16 comprime la réponse Si(t) du filtre Fj pour que sa durée soit égale à la période d'échantillonnage. Cette opération 80 est réalisée pour chacune des réponses Si(t) de chacun des filtres du banc de filtres. [0061] Ensuite, lors d'une opération 82, les réponses Si(t) comprimées obtenues successivement en réponse aux séquences S(tc), S(tc+1 ), S(tc+2), ... d'un même filtre Fj sont mis bout à bout pour former un signal sonore continu. Le générateur 18 joue simultanément les différents signaux sonores continus ainsi obtenus à partir de la réponse de chaque filtre Fj. [0062] Un exemple d'un tel signal sonore continu est illustré sur la figure 8. Sur cette figure, les séquences Si(t) successives sont notées Si(tc), Si(tc+1 ), ... . [0063] La figure 9 représente un instrument 90 générant un signal directement perceptible par un être humain autrement que par l'ouïe. L'instrument 90 est identique à l'instrument 2 sauf que l'appareil 10 est remplacé par un appareil 92 de conversion des déplacements de l'objet 4 en un signal directement perceptible autrement que par l'ouïe. Par exemple, ce signal directement perceptible est un signal visuel, olfactif ou perceptible au touché. A cet effet, l'appareil 92 est identique à l'appareil 10 sauf que le générateur 18 est remplacé par un générateur 94 de ce signal directement perceptible autrement que par l'ouïe. [0064] Par exemple, le générateur 94 génère un signal visuel. Dans ce cas, les signaux Si(t) sont utilisés pour modifier un paramètre de ce signal visuel choisi dans le groupe comprenant la direction d'un faisceau lumineux, la couleur d'un faisceau lumineux ou d'un pixel d'une image, l'intensité d'un faisceau lumineux ou d'un pixel de l'image. [0065] Par exemple, les signaux Si(t) sont utilisés pour piloter : - l'angle d'éclairage d'une scène, la gamme de l'éclairage d'une scène (nuances d'éclairage d'une scène allant des couleurs chaudes aux couleurs froides), ou l'intensité de l'éclairage. [0066] Lorsque les signaux Si(t) sont le résultat d'une projection sur trois fonctions orthogonales, les trois coefficients ctim sont utilisés pour coder la couleur d'un pixel ou d'en ensemble de pixels. Par exemple, chaque coefficient ctim pilote le niveau d'une des couleurs de base dans un codage de couleur RVB (Rouge Vert Bleu). [0067] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, les signaux Si(t) sont obtenus par un filtrage adapté sur d'autres types de base de fonctions d'Anderson que celle décrite en regard des figures 4a à 4c. Par exemple, il peut s'agir d'une base de fonctions d'Anderson en mode gradient. [0068] II est également possible d'utiliser d'autres bases de fonctions que celles d'Anderson. Par exemple, des ondelettes peuvent être utilisées de manière à obtenir une décomposition du champ magnétique mesuré sur une base d'ondelettes. [0069] La construction des signaux Si(t) peut aussi être obtenue en filtrant la succession temporelle de mesures à l'aide d'un banc de filtres passe-bas ou passe haut ou passe bande judicieusement agencés de manière à produire des signaux « intéressants » d'un point de vue musical. [0070] En variante, le capteur de champ magnétique peut être un capteur vectoriel de champ magnétique monoaxe ou biaxe ou plus que triaxe ou un capteur scalaire de champ magnétique
[0071] L'objet 4 n'est pas nécessairement un aimant permanent. Il peut également s'agir d'un électroaimant ou de tout autre objet dont le matériau est susceptible de modifier le champ magnétique mesuré par le capteur 12 lorsqu'il est déplacé. Ainsi, l'objet 4 peut être un simple noyau magnétique qui déforme les lignes d'un champ magnétique préexistant. Le champ magnétique préexistant peut être créé par un électroaimant fixe par rapport au capteur 12. Par exemple, dans ce dernier cas, le noyau magnétique sera un noyau ferromagnétique.
[0072] Le déplacement de l'objet 4 peut être guidé dans une ou plusieurs directions afin de restreindre la liberté de déplacement de l'objet 4 à cette ou ces directions. [0073] En variante, les signaux Si(t) construits peuvent êtres de signaux corrélés les uns aux autres.
[0074] Les paramètres du signal directement perceptible peuvent aussi être réglé à partir de toute fonction des coefficients ctim. Par exemple, au moins l'un des paramètres est réglé en fonction de aιm 2.
[0075] Le générateur 18 peut être autre chose qu'un haut-parleur. Par exemple, le générateur 18 comprend plusieurs marteaux électriquement actionnables et plusieurs tiges ou cordes différentes en vis-à-vis de chacun de ces marteaux. Le calculateur 16 commande les déplacements des différents marteaux en fonction des signaux Si(t) construits. L'instrument de musique ainsi obtenu est alors proche d'un instrument à percussions.
[0076] Dans un autre mode de réalisation, les modes de réalisations des figures 1 et 9 sont combinés pour générer à la fois des signaux directement audibles et des signaux directement perceptibles par d'autre sens que l'ouïe. Par exemple, le générateur génère à la fois des signaux audibles et visuels.
[0077] II est également possible de superposer aux signaux directement perceptibles précédemment décrits d'autres signaux directement perceptibles indépendants des déplacements de l'objet 4. Par exemple, ces autres signaux sont représentatifs de signaux magnétiques existant naturellement dans l'environnement du capteur 12 tels que :
- des signaux géomagnétiques issus de la terre, de la magnétosphère, de l'interaction du vent solaire avec la magnétosphère,
- des signaux engendrés par les mouvements de la mer, comme les vagues, les orages magnétiques, ..., et - des signaux artificiels engendrés par l'activité de l'homme, comme le champ magnétique créé par les courants du secteur, les mouvements d'objets divers comme les véhicules, les pièces mobiles de certains objets, ...etc. [0078] Ce qui a été décrit ici dans le cas particulier où c'est l'objet magnétique qui se déplace par rapport au capteur s'applique également au cas inverse où c'est le capteur qui se déplace par rapport à l'objet magnétique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de conversion d'un déplacement d'un objet magnétique par rapport à un capteur de champ magnétique en un signal directement perceptible par un être humain, ce procédé comportant :
- la mesure (30) d'un champ magnétique modifié en fonction du déplacement de l'objet magnétique, et
- le réglage (50 ; 62) d'au moins un paramètre du signal directement perceptible en fonction du champ magnétique mesuré, caractérisé en ce que le procédé comprend également :
- l'acquisition (32) d'une succession temporelle de mesures du champ magnétique pendant une fenêtre temporelle glissante de durée prédéterminée,
- la construction (34 ; 60) à partir de cette succession temporelle de mesures acquise de plusieurs signaux représentant chacun une caractéristique du champ magnétique mesuré fonction d'une caractéristique correspondante du déplacement de l'objet, et
- le réglage (50 ; 62) de plusieurs paramètres du signal directement perceptible en fonction de ces signaux pour rendre directement perceptible ces caractéristiques.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel au moins l'un des signaux construits est indépendant de la position dans l'espace de l'objet magnétique.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- les signaux sont susceptible de varier indépendamment les uns des autres, et
- le réglage (50 ; 62) de chaque paramètre est fonction d'un signal construit respectif de manière à rendre directement et simultanément perceptibles chacune des caractéristiques du champ magnétique indépendamment les unes des autres.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la construction (34) des signaux est obtenue par filtrage adapté de la succession temporelle de mesures sur une base de plusieurs fonctions orthogonales.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les fonctions orthogonales sont des fonctions d'Anderson.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la construction (62) des signaux est obtenue en filtrant la succession temporelle de mesures à l'aide d'un banc de filtres dont les bandes passantes à -3 dB ne se chevauchent pas et dont les facteurs de qualité sont égaux.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le banc de filtres est composé de douze filtres.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal directement perceptible par un être humain est un signal audible et les paramètres réglés du signal audible sont choisis dans le groupe comprenant le volume, le timbre, la fréquence d'un son et la durée d'un son.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le signal directement perceptible est un signal visuel et les paramètres réglés de ce signal visuel sont choisis dans le groupe comprenant la direction d'un faisceau lumineux, la couleur d'un faisceau lumineux ou d'un pixel d'un écran, l'intensité d'un faisceau lumineux ou d'un pixel d'un écran.
10. Appareil de conversion d'un déplacement d'un objet magnétique par rapport à un capteur de champ magnétique en un signal directement perceptible par un être humain, cet appareil comportant :
- le capteur (12) apte à mesurer un champ magnétique modifié en fonction du déplacement de l'objet magnétique,
- un calculateur (16) apte à régler au moins un paramètre du signal directement perceptible en fonction du champ magnétique mesuré, caractérisé en ce que le calculateur (16) est apte :
• à acquérir une succession temporelle de mesures du champ magnétique pendant une fenêtre temporelle glissante de durée prédéterminée
• à construire à partir de cette succession temporelle de mesures acquise plusieurs signaux représentant chacun une caractéristique du champ magnétique mesuré fonction d'une caractéristique correspondante du déplacement de l'objet, et • à régler plusieurs paramètres du signal directement perceptible en fonction de ces signaux pour rendre directement perceptibles ces caractéristiques.
11. Instrument comportant un objet magnétique (4) déplaçable par un être humain et un appareil (10 ; 90) de conversion des déplacements de l'objet magnétique en un signal directement perceptible par un être humain, caractérisé en ce que l'appareil de conversion est conforme à la revendication 10.
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