CA2651981A1 - Dispositif de production de signaux representatifs de sons d'un instrument a clavier et a cordes - Google Patents
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- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
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Abstract
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant cell e d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l' instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument. Le dis positif selon l'invention est adapté pour pouvoir produire au moins un signa l représentatif d'un son d'instrument à clavier et à cordes à partir d'au mo ins un signal déclencheur et de paramètres, dits paramètres physiques. Les p aramètres physiques selon l'invention comprennent au moins un paramètre, dit paramètre de table d'harmonie, caractéristique d'une table d'harmonie d'un instrument à clavier et à cordes à simuler. En outre, les paramètres physiqu es selon l'invention comprennent au moins un paramètre, dit paramètre de cor de(s), caractéristique d'au moins une corde de l'instrument à clavier et à c ordes à simuler. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens (9, 10, . 11, 33) de saisie d'au moins un paramètre physique.
Description
2 PCT/FR2007/001199 DISPOSITIF DE PRODUCTION DE SIGNAUX REPRESENTATIFS DE
SONS D'UN INSTRUMENT A CLAVIER ET A CORDES
L'invention concerne un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant celle d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l'instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument.
On connaît des méthodes de production de sons de piano par voie numérique en temps réel à partir de sons préalablement enregistrés de piano. Dans de telles méthodes, le timbre des sons produits dépend de la sonorité
du piano, dit piano d'origine, â.yant produit les sons enregistrés. On connaît ainsi des procédés selon lesquels les sons préenregistrés sont modifiés en cours de chaîne de traitement en vue de moduler le timbre des sons de piano obtenus en fin de chaîne., Ces modifications sont obtenues par application de techniques de traitement du signal. Or, le timbre des sons de pianos ainsi produits reste, malgré
ces modifications, étroitement lié au caractère de la sonorité du pianô
d'origine.
En outre, la mise en oeuvre. de ces méthodes nécessite un espace mémoire important pour stocker en grand nombre des sons de pianos préenregistrés en vue de produire des sons de piano de haute qualité.
On connait en outre (cf notamment les publications Modeling piano sound using waveguide digital filtering techniques Guy E.
Garnett, 1987 ICMC Proceedings, et physically informed signal processng methods for piano sound synthesis : a research overview EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2003 :10, 941-952 XP-002419785) des méthodes, dites méthodes de synthèse par guides d'onde, selon lesquelles un résonateur de l'instrument de musique (une corde de piano par exemple) est représenté au moyen d'une boucle de retard comportant des organes de traitement linéaire du signal (en particulier des filtres) dont la fonction de transfert est déterminée en fonction des propriétés (résonance. et atténuation) du résonateur. En vue de la synthèse de chaque note, une fôrme.d'ônde est introduite à titre d'excitation dans la boucle de délai.
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r ~
Pr~r~t&i ~~ 61200 : DESC .. , , ... , N o ~ : s: PAMD Po , FR2007001 I 99~
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. h. ,. , r .
, .. _ _ . .-, . 2 Dans ces méthodes, la forme des ondes d' excit ' on et les paramètres de conception des filtres de la boucle de retard sont obtenus soit par un ajustement manuel, par #âtonnement, de chaque filtre pour chaque configuration d' instrument â sïmuler (ce qui est long, complexe, fournit des d résultats peu f dèles, et ne permet pas des changements de configuration rapxdes et faciles), soit â partir d'un signal enregistré relevé sur un piano acoustique de facture tradztionnelle (la simulation étant alors très imparfaite, un piano réel n' étant pas constitué d' un réseau de guides d'ondes). Dès lors, Ie champ d'application de ces méthodes par guides d'ondes est strïctement limité â
l' imitation imparfaite, peu réaliste, de la sonorité d'un seul instrument correspondant aux ajustements manuels des fïltres, ou duquel est tiré
b d l'enregistrement du signal enregistré. . .
Far ailleurs, si on a bien sûr pu penser â utiliser une modélisation physique çornplète (par exemple avec un maillage" et ûné ânaIyse -15 numérique du type par éléments finzs ou équivalente) de l' instrument, il est clair qu'une telle méthode nécessitant une quantité énorme de calculs pour chaque' son â produire reste complètement incompatible avec une simulation en temps réel sur les dispositifs informatiques açtuellement disponibles.
<A>
Dans ce contexte, Z' invention vise à proposer un dispositif de simulation numérique en temps réel de sons d'un instrument â clavier et â
cordes reliées â une table d'harmonie tel qu'un piano, avec Iequel l'utilisateur.
(1"instrumentiste) peut choisir et modif er facilement et rapidement la sonorxté des sons produits. En particulier, l'invention vise â permettre à
l'utiXzsateur de définir, selon des critères ïntuitifs, toute sonorité
d'instrument, le dispositif produisant, pour chacune des sonorités ainsï définies, des sons dont le timbre porte le caractère distinctif de cette sonorrité.
. En particulier, l'invention vise â proposer un tel dispositif permettant â un utilisateur de définir rapidement et facilement toute sonorité
correspondant â un quelconque instrument pouvant étre aussi bxen un instrument réel connu de facture traditionnelle, qu'un instrument dont Ies caractéristiques , ; FEUILLE MODIFIÉE 10.. ... .a. : ..
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Prinfied: 0910612008.i DESCPAMD . FR2007001 I 99 :
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n. . ......r . . ........ ........ .... ' 4.., ........... ......, .
<A>
Le document BENSA J. : Analyse et synthèse de sons de à piano par modèles PhYsiques et de signaux f> thèse de doctorat, université
de la Méditerranée, 23 mal 2003, XP 007903720 décrit un modèle de synthèse de sons de piano fondé sur des guides d'ondes numériques couplés pour rrmodéliser les transferts d'énergie entre les cordes, la source du modèle ayant été simulée par un modèle de . .
signal par synthèse soustractive, ce aui permet d'obtenir un piano numérique dont on peut modifier certaines caractéristiques de timbre. Ce document prévoit d'utiliser un module hybrride comprenant un modèle qualifié de physique pour simuler le comportem.ent de l'instrument, et un modèle de signal pour simuler l'effet de perGeption produit par instrurnent. Le résonateur est modélisé en utiltsant des guides d'ondes numériques dont la source est e1le-méme modélisée en utilisant un modèle non linéaire de signal correspondant â l'interaction marteaulcorde selon une synthèse soustractive. Dans ce document, seules les caractéristiques physiques les ~. - - - - plûs ^ Fertinentes des cordes du pxano et de 1a vitesse du marteau sont prises en compte dans le modèle hybrïde. En particulier, la table d'harmonie n'est pas modélisée. Ce document prévoit â ce rtitre qu'elle pourrait étre prise en compte par un jeu de filtres linéaires identifiés pour chaque note à partir de mesures sur un piano réel, chaque filtre étant sujet â une convolution avec le signal d'excitation pour créer une table d'excitation agrégée. Avec un tel modèle, I'ajustement des différents paramètres par l'utilisateur dans une première étape est très difficile et, en tout état de cause, ne prend jamais en considération des paramètres physiques réels r de la table d'harmonle, de sorte que, comnae le document l'indique lui-même, des résultats parfaitement fantaisistes peuvent étre obtenus.
, , 2r; FEUILLE MODIFIÉE 10104 . , ~
SONS D'UN INSTRUMENT A CLAVIER ET A CORDES
L'invention concerne un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant celle d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l'instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument.
On connaît des méthodes de production de sons de piano par voie numérique en temps réel à partir de sons préalablement enregistrés de piano. Dans de telles méthodes, le timbre des sons produits dépend de la sonorité
du piano, dit piano d'origine, â.yant produit les sons enregistrés. On connaît ainsi des procédés selon lesquels les sons préenregistrés sont modifiés en cours de chaîne de traitement en vue de moduler le timbre des sons de piano obtenus en fin de chaîne., Ces modifications sont obtenues par application de techniques de traitement du signal. Or, le timbre des sons de pianos ainsi produits reste, malgré
ces modifications, étroitement lié au caractère de la sonorité du pianô
d'origine.
En outre, la mise en oeuvre. de ces méthodes nécessite un espace mémoire important pour stocker en grand nombre des sons de pianos préenregistrés en vue de produire des sons de piano de haute qualité.
On connait en outre (cf notamment les publications Modeling piano sound using waveguide digital filtering techniques Guy E.
Garnett, 1987 ICMC Proceedings, et physically informed signal processng methods for piano sound synthesis : a research overview EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2003 :10, 941-952 XP-002419785) des méthodes, dites méthodes de synthèse par guides d'onde, selon lesquelles un résonateur de l'instrument de musique (une corde de piano par exemple) est représenté au moyen d'une boucle de retard comportant des organes de traitement linéaire du signal (en particulier des filtres) dont la fonction de transfert est déterminée en fonction des propriétés (résonance. et atténuation) du résonateur. En vue de la synthèse de chaque note, une fôrme.d'ônde est introduite à titre d'excitation dans la boucle de délai.
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Pr~r~t&i ~~ 61200 : DESC .. , , ... , N o ~ : s: PAMD Po , FR2007001 I 99~
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. h. ,. , r .
, .. _ _ . .-, . 2 Dans ces méthodes, la forme des ondes d' excit ' on et les paramètres de conception des filtres de la boucle de retard sont obtenus soit par un ajustement manuel, par #âtonnement, de chaque filtre pour chaque configuration d' instrument â sïmuler (ce qui est long, complexe, fournit des d résultats peu f dèles, et ne permet pas des changements de configuration rapxdes et faciles), soit â partir d'un signal enregistré relevé sur un piano acoustique de facture tradztionnelle (la simulation étant alors très imparfaite, un piano réel n' étant pas constitué d' un réseau de guides d'ondes). Dès lors, Ie champ d'application de ces méthodes par guides d'ondes est strïctement limité â
l' imitation imparfaite, peu réaliste, de la sonorité d'un seul instrument correspondant aux ajustements manuels des fïltres, ou duquel est tiré
b d l'enregistrement du signal enregistré. . .
Far ailleurs, si on a bien sûr pu penser â utiliser une modélisation physique çornplète (par exemple avec un maillage" et ûné ânaIyse -15 numérique du type par éléments finzs ou équivalente) de l' instrument, il est clair qu'une telle méthode nécessitant une quantité énorme de calculs pour chaque' son â produire reste complètement incompatible avec une simulation en temps réel sur les dispositifs informatiques açtuellement disponibles.
<A>
Dans ce contexte, Z' invention vise à proposer un dispositif de simulation numérique en temps réel de sons d'un instrument â clavier et â
cordes reliées â une table d'harmonie tel qu'un piano, avec Iequel l'utilisateur.
(1"instrumentiste) peut choisir et modif er facilement et rapidement la sonorxté des sons produits. En particulier, l'invention vise â permettre à
l'utiXzsateur de définir, selon des critères ïntuitifs, toute sonorité
d'instrument, le dispositif produisant, pour chacune des sonorités ainsï définies, des sons dont le timbre porte le caractère distinctif de cette sonorrité.
. En particulier, l'invention vise â proposer un tel dispositif permettant â un utilisateur de définir rapidement et facilement toute sonorité
correspondant â un quelconque instrument pouvant étre aussi bxen un instrument réel connu de facture traditionnelle, qu'un instrument dont Ies caractéristiques , ; FEUILLE MODIFIÉE 10.. ... .a. : ..
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Prinfied: 0910612008.i DESCPAMD . FR2007001 I 99 :
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Le document BENSA J. : Analyse et synthèse de sons de à piano par modèles PhYsiques et de signaux f> thèse de doctorat, université
de la Méditerranée, 23 mal 2003, XP 007903720 décrit un modèle de synthèse de sons de piano fondé sur des guides d'ondes numériques couplés pour rrmodéliser les transferts d'énergie entre les cordes, la source du modèle ayant été simulée par un modèle de . .
signal par synthèse soustractive, ce aui permet d'obtenir un piano numérique dont on peut modifier certaines caractéristiques de timbre. Ce document prévoit d'utiliser un module hybrride comprenant un modèle qualifié de physique pour simuler le comportem.ent de l'instrument, et un modèle de signal pour simuler l'effet de perGeption produit par instrurnent. Le résonateur est modélisé en utiltsant des guides d'ondes numériques dont la source est e1le-méme modélisée en utilisant un modèle non linéaire de signal correspondant â l'interaction marteaulcorde selon une synthèse soustractive. Dans ce document, seules les caractéristiques physiques les ~. - - - - plûs ^ Fertinentes des cordes du pxano et de 1a vitesse du marteau sont prises en compte dans le modèle hybrïde. En particulier, la table d'harmonie n'est pas modélisée. Ce document prévoit â ce rtitre qu'elle pourrait étre prise en compte par un jeu de filtres linéaires identifiés pour chaque note à partir de mesures sur un piano réel, chaque filtre étant sujet â une convolution avec le signal d'excitation pour créer une table d'excitation agrégée. Avec un tel modèle, I'ajustement des différents paramètres par l'utilisateur dans une première étape est très difficile et, en tout état de cause, ne prend jamais en considération des paramètres physiques réels r de la table d'harmonle, de sorte que, comnae le document l'indique lui-même, des résultats parfaitement fantaisistes peuvent étre obtenus.
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3 physiques sont. déterminées directement par l'utilisateur, voire même, un instrument totalement virtuel irréalisable en réalité, et apte à reproduire une telle sonorité.
En particulier, l'invention vise aussi à permettre à
l'utilisateur de définir, notamment de manière intuitive, des timbres d'instrument nouveaux, notamment des timbres correspondant à des instruments dont la facture serait irréalisable en pratique en raison des contraintes mécaniques dans ce domaine, notamment des contraintes liées aux propriétés physiques des matériaux; des contraintes liées aux techniques de facture connues, des contraintes de nature économique...
Aussi, l'invention vise à fournir un dispositif permettant la simulation d'une gamme étendue d'instruments, en permettant à un utilisateur d'agir direçtemerit, simplement et rapidement sur les paramètres physiques de l'instrument à simuler susceptibles en réalité d'influencer le timbre.
L'invention vise aussi à procurer à l'instrumentiste, un confort de jeu équivalent à celui des pianos acoustiques traditionnels, ou du moins se rapprochant d'un lel confort de jeu. Notamment, l'invention vise à
fournir une solution procurant un délai de réponse peu ou pas perceptible entre chaque action de l'instrumentiste et l'effet sonore correspondant.
A ce titre, l'invention vise à fournir une solution compatible avec la puissance de calcul et l'espace mémoire que présentent les calculateurs connus actuellement commercialisés à un prix accessible au grand public. En particulier, l'invention vise à produire des sons en temps réel sur un ordinateur personnel disponible dans le commerce à bon marché en respectant le rythme d'une partition musicale rapide.
Aussi, l'invention vise à fournir une solution procurant une qualité et des performances acoustiques élevées tout en présentant un prix de revient économique.
En particulier, l'invention vise aussi à permettre à
l'utilisateur de définir, notamment de manière intuitive, des timbres d'instrument nouveaux, notamment des timbres correspondant à des instruments dont la facture serait irréalisable en pratique en raison des contraintes mécaniques dans ce domaine, notamment des contraintes liées aux propriétés physiques des matériaux; des contraintes liées aux techniques de facture connues, des contraintes de nature économique...
Aussi, l'invention vise à fournir un dispositif permettant la simulation d'une gamme étendue d'instruments, en permettant à un utilisateur d'agir direçtemerit, simplement et rapidement sur les paramètres physiques de l'instrument à simuler susceptibles en réalité d'influencer le timbre.
L'invention vise aussi à procurer à l'instrumentiste, un confort de jeu équivalent à celui des pianos acoustiques traditionnels, ou du moins se rapprochant d'un lel confort de jeu. Notamment, l'invention vise à
fournir une solution procurant un délai de réponse peu ou pas perceptible entre chaque action de l'instrumentiste et l'effet sonore correspondant.
A ce titre, l'invention vise à fournir une solution compatible avec la puissance de calcul et l'espace mémoire que présentent les calculateurs connus actuellement commercialisés à un prix accessible au grand public. En particulier, l'invention vise à produire des sons en temps réel sur un ordinateur personnel disponible dans le commerce à bon marché en respectant le rythme d'une partition musicale rapide.
Aussi, l'invention vise à fournir une solution procurant une qualité et des performances acoustiques élevées tout en présentant un prix de revient économique.
4 En outre, il existe un besoin de résoudre les problèmes précités pour des instruments à claviers aûtres que lè piano, dotés de cordes reliées à une table d'harmonie.
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant celle d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l'instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins un module de présynthèse adapté pour produire des coefficients de timbre représentatifs au moins de l'amortissement et/ou de la fréquence de chaque signal, dit partiel, sinusoïdal exponentiellement amorti composant un son, à partir de paramètres physiques comprenant :
au moins un paramètre physique, dit paramètre de table d'harmonie, caractéristique d'une table d'harmonie de l'instrument à simuler, représentatif d'une prôpriété physique mesurable de cette table d'harmonie ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, au moins un paramètre physique, dit paramètre de corde(s), caractéristique d'au moins une corde de l'instrument à
simuler, représentatif d'une propriété physique .mesurable de corde(s) ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, - au moins un module de production en temps réel de sôns par voie numérique adapté pour produire, selon les coefficients de timbre produits par le(s) module(s) de présynthèse, et à partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste, au moins un signal représentatif d'un son composé au moins d'une pluralité de pâ.rtiels.
Avantageusement un dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de saisie, par un utilisateur, d'au moins un paramètre physique, ledit module de présynthèse étant adapté pour produire les coefficients de timbre à partir des paramètres physiques saisis: Pour faciliter cette saisie, rien . 5 , n'empêche de déterminer et d'enregistrer des jeux de paramètres physiques lors de la fabrication d'un dispositif sur l'invention, ces jeux prédéterminés préalablement enregistrés pouvant être utilisés par l'utilisateur pour la saisie des paramètres physiques en vue de la détermination des coefficients de timbre par un module de présynthèse.
Lesdites propriétés physiques mesurables (de la table d'hannonie et/ou de corde(s)) correspondent à des propriétés mesurables rie permettant pas d'évaluer le comportement acoustique ou le son fourni sans résolution d'équations ; en particulier il ne s'agit pas de caractéristiques d'un son fourni par un instrument réel à clavier et à cordes à simuler, ni du comportement acoustique d'un instrument réel à clavier et à cordes à simuler. Il s'agit au contraire de propriétés physiques mesurables sur lesquelles le facteur de l'instrument et/ou l'accordeur de l'instrument pourrait intervenir physiquement dans le cas d'un instrument réel à clavier et à cordes.
Les paramètres physiques de table d'harmonie et de corde(s) conditionnent les caractéristiques physiques de l'instrument à
clavier et à
cordes à simuler, et sont indépendants du dispositif de simulation (les valeurs de ces paramètres physiques étant prédéterminées, ou déterminées ou modifiées par une saisie effectuée par l'utilisateur, constituant des valeurs d'entrée du module de présynthèse, et n'étant pas modifiées par un traitement numérique ultérieur), chacun de ces paramètres physiques pouvant être modifié indépendamment des autres pour obtenir une modification correspondante des sons produits.
L'invention permet ainsi de définir, notamment de manière intuitive, différentes sonorités d'instruments à clavier et à cordes et de produire des sons réalistes correspondant à ces différentes sonorités.
L'inventeur a pu mettre en oeuvre des dispositifs selon l'invention adaptés pour pouvoir reproduire avec un haut degré de fidélité la sonorité caractéristique de tout instrument réel mécanique à clavier et à
cordes de facture traditionnelle. Or, aucun dispositif antérieur connu de production de sons en temps réel ne permet d'obtenir un tel résultat en procédant à partir de paramètres physiques de table d'harmonie et de paramètres de corde(s).
De plus l'invention permet à l'utilisateur de saisir des valeurs desdits paramètres physiques qui ne correspondent pas nécessairement à
celles d'un instrument réel, et qui peuvent s'étendre à des valeurs extrêmes non rencontrées en réalité (par exemple des dimensions exagérément importantes, ou au contraire faibles, de la table d'harmonie), ou même à des valeurs fantaisistes non réalisables techniquement en pratique (terme quadratique égal à zéro, plusieurs cordes pour les basses fréquences, dimensions de la table d'harmonie normalement incompatibles avec la résistance à la traction des cordes...).
L'invention permet, ainsi d'explorer des sonorités d'instruments virtuels à
l'infini.
En.particulier, l'inventeur a déterminé qu'il est en pratique possible, pour le fonctionnement du module de présynthèse, d'utiliser une modélisation mécanique de l'instrument à clavier et à cordes à simuler décrivant chaque corde, la table d'harmonie et le couplage de l'ensemble des cordes et de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes.
A cet égard, il est à noter que l'invention va à l'encontre du préjugé antérieur selon lequel les modélisations mécaniques qui sont compatibles avec un traitement en temps réel devraient être nécessairement simplifiées, et seraient alors trop approximatives pour permettre de produire, en temps réel, des sons d'instruments à clavier et à cordes présentant un haut degré de réalisme ou reproduisant avec un haut degré de fidélité la sonorité d'un instrument à
clavier et à cordes connu de facture traditionnelle.
En outre, selon ce même préjugé, on sait que les modélisations les moins approximatives ne permettent pas de mettre en uvre un dispositif de production de sons d'instrument à clavier et à cordes en temps réel et nécessitent une puissance de calcul largement supérieure à celle des calculateurs actuels. En outre, selon ce même préjugé, on estime que la qualité
des sons produits selon dè tels modèles dépend dans une très large mesure de la précision de la modélisation mécanique, de sorte qu'il était présumé que toute imprécision à cet égard déboucherait sur une perte rédhibitoire . eri terme de qualité des sons produits.
A l'inverse, l'inventeur a déterminé qu'en réalité un dispositif selon l'invention peut comporter une capacité de mémoire modeste en comparaison des dispositifs connus procédant à partir de sons préenregistrés d'instruments à clavier et à cordes, notamment de pianô.
La modélisation mécanique précitée utilisée pour le module de présynthèse d'un dispositif selon l'invention peut être utilisée pour tout instrument à, clavier et à-cordes, tel que ae piano, le pantaléon, le clavecin, le clavicorde, le pianoforte... Le préjugé précité vise particulièrement les modèles mécaniques de pianos. En effet, la sonorité du piano est particulièrement riche et difficile à reproduire avec précision. Cette modélisation mécanique permet, dans un dispositif sur l'invention, de calculer des jeux de valeurs de coefficients de timbres distincts mémorisés, notamnïent sous forme d'une'table, en association avec des jeux de valeur correspondante pour les différents paramètres physiques que l'utilisateur peut modifier. On réalise ainsi une configuration initiale du module de présynthèse, de telle sorte que la détermination des coefficients de timbre à chaque modification d'un paramètre physique par l'utilisateur puisse être réalisée par le module de présynthèse directement par interpolation à partir de valeurs préenregistrées pour ces coefficients de timbre.
Avantageusement et selon l'invention, le(les) paramètre(s) de corde(s) est(sont) distinct(s) du(des) paramètre(s) de table d'harmonie.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de saisie d'au moins un paramètre de table d'harmonie.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de saisie d'au moins un paramètre de corde(s).
Avantageusement et selon l'invention, au moins un paramètre de cordes est représentatif d'un écart d'accordage, entre au moins deux cordes couplées correspondant à la note.
L'inventeur a pu obtenir des sons de piano réaliste en tenant '.compte de l'influence mutuelle des cordes d'un jeu de cordes couplées correspondant à la note de piano.
Avantageusement et selon l'invention, au moins un paramètre de table d'harmonie est représentatif d'au moins une propriété du matériau de la table d'harmonie.
En particulier, un paramètre de table d'harmonie peut être un facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie -ou bien une dimension de la table d'harmonie.
1.0 Avantageusement ,.et selon l'invention, les paramètres physiques comprennent, pour une pluralité de fréquences, au moins un paramètre de'table d'harmonie représentatif de l'-impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chacune de ces fréquences.
Avantageusement et selon l'invention :
- le dispositif est adapté pour produire des sons correspondant à une pluralité de notes d'instrument à clavier et à cordes, - les paramètres physiques peuvent comprendre, pour chaque note d'instrument à clavier et à cordes, au moins un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chaque fréquence d'une pluralité de fréquences associées à ladite note d'instrument à clavier et à cordes.
En particûlier, les paramètres physiques peuvent comprendre un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie pour chaque fréquence d'une pluralité de fréquences à chacune desquelles correspond au moins un partiel de la note.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens manuels de saisie.
Avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour déterminer à partir de valeurs saisies desdits liaramètres physiques, les valeurs d'une pluralité d'éléments modaux comprenant, outre lesdits coefficients de timbre, des paramètres de déplacements modaux représentatifs des modes propres du système couplé de la table d'harmonie et des cordes.
Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention le module de présynthèse est adapté pour déterminer les valeurs des éléments modaux- à
partir d'une constellation de points préalablement mémorisés chacun associant un jeu de valeurs des paramètres physiques pouvant être saisies par un utilisateur avec un jeu d'éléments modaux.
En outre, avantageusement et selon l'invention, les valeurs des éléments modaux de chaque point sont déterminées préalablement selon-une modélisation mécanique de l'instrument qui tient compte du couplage des cordes et de la table d'harmonie. Avantâ.geusement et selon l'invention, ladite modélisation mécanique prend en compte des écarts d'accordage entre les cordes d'unisson des notes.
Par ailleurs,~ avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour déterminer des paramètres d'excitation représentatifs de l'amplitude initiale an (p) et du déphasage 6n (p) de chaque partiel n des notes p.
Avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour exécuter au moins un processus de présynthèse en tâche de fond, c'est-à-dire non en temps réel. Ainsi, les coefficients de timbres sont déterminés par le module de présynthèse par un processus qui n'est pas un processus temps réel et qui n'affecte donc pas l'efficacité et la performance du module temps réel de production de sons.
Avantageusement et selon l'invention, chaque signal déclencheur est formé d'un message se rapportant à des actions d'un instrumentiste sur des touches d'un clavier -notamment un message MIDI-. Ces messages de déclenchement peuvent se présenter sous tout autre format que le standard MIDI.
Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention; le module de production réalise en temps réel la synthèse d'un signal représentatif d'un son de piano 'en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à produire et à une intensité
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant celle d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l'instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins un module de présynthèse adapté pour produire des coefficients de timbre représentatifs au moins de l'amortissement et/ou de la fréquence de chaque signal, dit partiel, sinusoïdal exponentiellement amorti composant un son, à partir de paramètres physiques comprenant :
au moins un paramètre physique, dit paramètre de table d'harmonie, caractéristique d'une table d'harmonie de l'instrument à simuler, représentatif d'une prôpriété physique mesurable de cette table d'harmonie ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, au moins un paramètre physique, dit paramètre de corde(s), caractéristique d'au moins une corde de l'instrument à
simuler, représentatif d'une propriété physique .mesurable de corde(s) ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, - au moins un module de production en temps réel de sôns par voie numérique adapté pour produire, selon les coefficients de timbre produits par le(s) module(s) de présynthèse, et à partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste, au moins un signal représentatif d'un son composé au moins d'une pluralité de pâ.rtiels.
Avantageusement un dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de saisie, par un utilisateur, d'au moins un paramètre physique, ledit module de présynthèse étant adapté pour produire les coefficients de timbre à partir des paramètres physiques saisis: Pour faciliter cette saisie, rien . 5 , n'empêche de déterminer et d'enregistrer des jeux de paramètres physiques lors de la fabrication d'un dispositif sur l'invention, ces jeux prédéterminés préalablement enregistrés pouvant être utilisés par l'utilisateur pour la saisie des paramètres physiques en vue de la détermination des coefficients de timbre par un module de présynthèse.
Lesdites propriétés physiques mesurables (de la table d'hannonie et/ou de corde(s)) correspondent à des propriétés mesurables rie permettant pas d'évaluer le comportement acoustique ou le son fourni sans résolution d'équations ; en particulier il ne s'agit pas de caractéristiques d'un son fourni par un instrument réel à clavier et à cordes à simuler, ni du comportement acoustique d'un instrument réel à clavier et à cordes à simuler. Il s'agit au contraire de propriétés physiques mesurables sur lesquelles le facteur de l'instrument et/ou l'accordeur de l'instrument pourrait intervenir physiquement dans le cas d'un instrument réel à clavier et à cordes.
Les paramètres physiques de table d'harmonie et de corde(s) conditionnent les caractéristiques physiques de l'instrument à
clavier et à
cordes à simuler, et sont indépendants du dispositif de simulation (les valeurs de ces paramètres physiques étant prédéterminées, ou déterminées ou modifiées par une saisie effectuée par l'utilisateur, constituant des valeurs d'entrée du module de présynthèse, et n'étant pas modifiées par un traitement numérique ultérieur), chacun de ces paramètres physiques pouvant être modifié indépendamment des autres pour obtenir une modification correspondante des sons produits.
L'invention permet ainsi de définir, notamment de manière intuitive, différentes sonorités d'instruments à clavier et à cordes et de produire des sons réalistes correspondant à ces différentes sonorités.
L'inventeur a pu mettre en oeuvre des dispositifs selon l'invention adaptés pour pouvoir reproduire avec un haut degré de fidélité la sonorité caractéristique de tout instrument réel mécanique à clavier et à
cordes de facture traditionnelle. Or, aucun dispositif antérieur connu de production de sons en temps réel ne permet d'obtenir un tel résultat en procédant à partir de paramètres physiques de table d'harmonie et de paramètres de corde(s).
De plus l'invention permet à l'utilisateur de saisir des valeurs desdits paramètres physiques qui ne correspondent pas nécessairement à
celles d'un instrument réel, et qui peuvent s'étendre à des valeurs extrêmes non rencontrées en réalité (par exemple des dimensions exagérément importantes, ou au contraire faibles, de la table d'harmonie), ou même à des valeurs fantaisistes non réalisables techniquement en pratique (terme quadratique égal à zéro, plusieurs cordes pour les basses fréquences, dimensions de la table d'harmonie normalement incompatibles avec la résistance à la traction des cordes...).
L'invention permet, ainsi d'explorer des sonorités d'instruments virtuels à
l'infini.
En.particulier, l'inventeur a déterminé qu'il est en pratique possible, pour le fonctionnement du module de présynthèse, d'utiliser une modélisation mécanique de l'instrument à clavier et à cordes à simuler décrivant chaque corde, la table d'harmonie et le couplage de l'ensemble des cordes et de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes.
A cet égard, il est à noter que l'invention va à l'encontre du préjugé antérieur selon lequel les modélisations mécaniques qui sont compatibles avec un traitement en temps réel devraient être nécessairement simplifiées, et seraient alors trop approximatives pour permettre de produire, en temps réel, des sons d'instruments à clavier et à cordes présentant un haut degré de réalisme ou reproduisant avec un haut degré de fidélité la sonorité d'un instrument à
clavier et à cordes connu de facture traditionnelle.
En outre, selon ce même préjugé, on sait que les modélisations les moins approximatives ne permettent pas de mettre en uvre un dispositif de production de sons d'instrument à clavier et à cordes en temps réel et nécessitent une puissance de calcul largement supérieure à celle des calculateurs actuels. En outre, selon ce même préjugé, on estime que la qualité
des sons produits selon dè tels modèles dépend dans une très large mesure de la précision de la modélisation mécanique, de sorte qu'il était présumé que toute imprécision à cet égard déboucherait sur une perte rédhibitoire . eri terme de qualité des sons produits.
A l'inverse, l'inventeur a déterminé qu'en réalité un dispositif selon l'invention peut comporter une capacité de mémoire modeste en comparaison des dispositifs connus procédant à partir de sons préenregistrés d'instruments à clavier et à cordes, notamment de pianô.
La modélisation mécanique précitée utilisée pour le module de présynthèse d'un dispositif selon l'invention peut être utilisée pour tout instrument à, clavier et à-cordes, tel que ae piano, le pantaléon, le clavecin, le clavicorde, le pianoforte... Le préjugé précité vise particulièrement les modèles mécaniques de pianos. En effet, la sonorité du piano est particulièrement riche et difficile à reproduire avec précision. Cette modélisation mécanique permet, dans un dispositif sur l'invention, de calculer des jeux de valeurs de coefficients de timbres distincts mémorisés, notamnïent sous forme d'une'table, en association avec des jeux de valeur correspondante pour les différents paramètres physiques que l'utilisateur peut modifier. On réalise ainsi une configuration initiale du module de présynthèse, de telle sorte que la détermination des coefficients de timbre à chaque modification d'un paramètre physique par l'utilisateur puisse être réalisée par le module de présynthèse directement par interpolation à partir de valeurs préenregistrées pour ces coefficients de timbre.
Avantageusement et selon l'invention, le(les) paramètre(s) de corde(s) est(sont) distinct(s) du(des) paramètre(s) de table d'harmonie.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de saisie d'au moins un paramètre de table d'harmonie.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de saisie d'au moins un paramètre de corde(s).
Avantageusement et selon l'invention, au moins un paramètre de cordes est représentatif d'un écart d'accordage, entre au moins deux cordes couplées correspondant à la note.
L'inventeur a pu obtenir des sons de piano réaliste en tenant '.compte de l'influence mutuelle des cordes d'un jeu de cordes couplées correspondant à la note de piano.
Avantageusement et selon l'invention, au moins un paramètre de table d'harmonie est représentatif d'au moins une propriété du matériau de la table d'harmonie.
En particulier, un paramètre de table d'harmonie peut être un facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie -ou bien une dimension de la table d'harmonie.
1.0 Avantageusement ,.et selon l'invention, les paramètres physiques comprennent, pour une pluralité de fréquences, au moins un paramètre de'table d'harmonie représentatif de l'-impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chacune de ces fréquences.
Avantageusement et selon l'invention :
- le dispositif est adapté pour produire des sons correspondant à une pluralité de notes d'instrument à clavier et à cordes, - les paramètres physiques peuvent comprendre, pour chaque note d'instrument à clavier et à cordes, au moins un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chaque fréquence d'une pluralité de fréquences associées à ladite note d'instrument à clavier et à cordes.
En particûlier, les paramètres physiques peuvent comprendre un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie pour chaque fréquence d'une pluralité de fréquences à chacune desquelles correspond au moins un partiel de la note.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend des moyens manuels de saisie.
Avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour déterminer à partir de valeurs saisies desdits liaramètres physiques, les valeurs d'une pluralité d'éléments modaux comprenant, outre lesdits coefficients de timbre, des paramètres de déplacements modaux représentatifs des modes propres du système couplé de la table d'harmonie et des cordes.
Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention le module de présynthèse est adapté pour déterminer les valeurs des éléments modaux- à
partir d'une constellation de points préalablement mémorisés chacun associant un jeu de valeurs des paramètres physiques pouvant être saisies par un utilisateur avec un jeu d'éléments modaux.
En outre, avantageusement et selon l'invention, les valeurs des éléments modaux de chaque point sont déterminées préalablement selon-une modélisation mécanique de l'instrument qui tient compte du couplage des cordes et de la table d'harmonie. Avantâ.geusement et selon l'invention, ladite modélisation mécanique prend en compte des écarts d'accordage entre les cordes d'unisson des notes.
Par ailleurs,~ avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour déterminer des paramètres d'excitation représentatifs de l'amplitude initiale an (p) et du déphasage 6n (p) de chaque partiel n des notes p.
Avantageusement et selon l'invention, le module de présynthèse est adapté pour exécuter au moins un processus de présynthèse en tâche de fond, c'est-à-dire non en temps réel. Ainsi, les coefficients de timbres sont déterminés par le module de présynthèse par un processus qui n'est pas un processus temps réel et qui n'affecte donc pas l'efficacité et la performance du module temps réel de production de sons.
Avantageusement et selon l'invention, chaque signal déclencheur est formé d'un message se rapportant à des actions d'un instrumentiste sur des touches d'un clavier -notamment un message MIDI-. Ces messages de déclenchement peuvent se présenter sous tout autre format que le standard MIDI.
Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention; le module de production réalise en temps réel la synthèse d'un signal représentatif d'un son de piano 'en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à produire et à une intensité
5 de frappe de cette note p, tels que déterminés par un signal déclencheur reçu.
Avantageusement un dispositif selon l'invention comprend un système informatique incorporant un logiciel de synthèse de sons simulant la sonorité d'un instrument à clavier, cordes et table d'harmonie, ce logiciel de synthèse de sons formant chaque module de présynthèse et chaque module de 10 production en temps réel de sons, et présentant une interface homme-rimachine adaptée pour permettre à un utilisateur de former des signaux déclencheur. et pour présenter lesdits moyens de saisie d'au moins un paramètre physique. Dans un mode de réalisation, l'instrument à simuler étant un piano, un dispositif sur l'invention comprend au moins un clavier électronique à touches mécaniques de piano. En variante, ce clavier numérique peut être simulé par l'interface homme-machine virtuelle du système informatique.
Avantageusement, dans une variante de l'invention, lesdits moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à
l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre f d, et/ou au moins un paramètre d'excitation aJZ, Bn déterminé par le module de présynthèse. Ainsi, l'utilisateur peut modifier l'un et/ou l'autre de ces coefficients ou paramètres selon des lois simples.
L'invention s'étend à un support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté pour pouvoir être lu dans un lecteur d'un dispositif informatique, et comprenant un programme d'ordinateur enregistré adapté pour pouvoir être chargé en mémoire vive dudit dispositif informatique lorsque ce support d'enregistrement est chargé dans ledit lecteur, caractérisé en ce que ce programme ordinateur est adapté pour que, lorsqu'il est chargé en mémoire vive , de ce. dispositif informatique, ce dernier constitue un dispositif de production par voie numérique de s'ignaux représentatifs de sons conforme à l'invention.
L'invention concerne également un dispositif et un support d'enregistrement caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon un prèmier exemple.de mise en uvre de l'invention;
- la figure 2 représente une interface graphique d'un logiciel, _ dit logiciel de synthèse de sons de piano, s'exécutant au sein d'un -microordinateur du dispositif de la figure 1, - la figure 3 est un graphique illustrant une fonction de pondéràtion, - la figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif selon un deuxième exemple de mise en uvre de l'invention, - la figure 5 représente un schéma algorithmique selon lequel un module de présynthèse, s'exécute au sein du microordinateur de la figure 1, - la figure 6 représente un schéma algorithmique selon lequel un module de production ein temps réel de sons, s'exécute au sein du microordinateur de la figure 1, - la figure 7 illustre une mise en oeuvre de la méthode des éléments finis pouvant être utilisée dans un module de présynthèse selon l'invention, - la figure 8 illustre une mise en oeuvre d'une méthode d'approximation pouvant être utilisée dans un .module de présynthèse selon l'invéntion.
Dans un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, un logiciel de synthèse de sons de piano est enregistré sôus la forme d'un ou plusieurs fichiers dans une mémoire 1 de masse d'un système informatique tel qu'un microordinateur 2 de type ordinateur personnel, dit PC. La mémoire de masse est adaptée pour pouvoir transmettre, à travers un bus 3 de données, les données exécutables correspondant à ces fichiers de sauvegarde vers une unité
de trâ.itement comprenant au moins un processeur, 5 et une mémoire 6 vive associée. Une telle transmission des données vers l'unité 4 de traitement peut être effectuée de manière traditionnelle en faisant appel à des fonctions systèmes d'un :10. système d'exploitation 7 chargé en mémoire vive et s'exécutant au moyen de l'unité 4 de traitement du microordinateur 2.
Selon le premier exemple de mise'en aeuvre de l'invention, le système 7 d'exploitation comporte des pilotes logiciels adaptés pour permettre l'utilisation de périphériques dont est équipé le microordinateur 2. Ces périphériques comprennent notamment une carté 8 graphique et son moniteur 9 associé, un clavier 10 alphanumérique, une souris 11, une interface 12 MIDI, la mémoire 1 de masse et une carte 13 audio. Ce microordinateur 2 comporte en outre des ports et contrôleurs d'entrée/sortie de données, bus et interfaces permettant la communication entre les périphériques précités et l'unité 4 de traitement.
Selon le premier exémple de mise en ceuvre de l'invention, le dispositif comporte en outre un amplificateur 14 audio auquel est raccordé
la carte 13 audio du microordinateur 2 par l'intermédiaire d'un câble 15 de transmission d'un signal audio. Cet amplificateur est lui-même raccordé à au moins un haut-parleur 16 auquel il transmet un signal audio amplifié en vue de traduire ce signal. sous la forme de sons audibles.
Selon le premier exemple de mise en uvre de l'invention, le dispositif comporte en outre un clavier, dit clavier 17 MIDI, compôrtant un port, dit interface MIDI OUT, de branchement en vue de la transmission de messages, dits messages MIDI, conformes au standard dénommé Interface Numérique d'Instrument de Musique (MIDI). Ces messages MIDI sont représentatifs d'événements, détectés par le clavier 17, produits suite à des actions de l'utilisateur sur des touches 23 ou au moyen de boutons 33 de commandes du clavier 17 MIDI. En particulier des messages MIDI, dits messages MIDI de performance musicale, se rapportant au jeu de l'instrumentiste (déclenchement d'une note, vitesse d'enfoncement de la touche correspondantes, relâchement d'une note, actionnement d'une pédale etc.) sont notamment détectées lors d'actions de l'instrumentiste sur des touches 23 du clavier.
L'interface MIDI OUT est raccordée au moyen d'un câble 10' adapté, dit çâble MIDI, à un port d'entrée, dit midi IN, de l'interface 12 MIDI du microordinateur. Ainsi, les messages MIDI produits par le clavier peuvent être transmis jusqu'à l'unité 4 de traitement.
Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté pour interpréter tout message MIDI de performance musicale reçu et produire des 15 signaux audio sous un format numérique. Les signaux produits sont transmis en direction de la carte audio, de l'amplificateur et d'au moins un haut-parleur (ou casque d'écoute) associé en vue d'une production en temps réel de sons de piano audibles.
Dans cet exemple de mise en oruvre de l'inventiori, les 20 messages MIDI de performance musicale générés et transmis par le clavier MIDI
vers l'unité de traitement forment des signaux déclencheurs se rapportant au jeu d'un instrumentiste et qui permettent, grâce au dispositif selon l'invention, de produire des signaux audio représentatifs de sons correspondants à ce jeu.
Bien entendu, ces messages de performance musicale représentatifs d'un jeu d'un 25 instrumentiste peuvent se présenter sous tout autre format que le standard MIDI.
En pratique, les signaux déclencheurs doivent être représentatifs au moins de la fréquence principale d'une note et de sa durée et, de préférence, également de son intensité (ou vélocité).
Les signaux audio sont chacun obtenus en effectuant la 30 somme de signaux, dits partiels, sinusoïdaux exponentiellement amortis et d'un signal de percussion. Chacun des partiels (identifié par l'indice n) est défini par deux coefficients : la` fréquencé, dite fréquence fn , et le coefficient d'amortissement, dit coefficient dn qui forment les coefficients de timbre selon l'invention. En pratique, chaque note p du piano à simuler est associée, dans le logiciel de synthèse de sons de piano, à un jeu de coefficients de timbre définissant une pluralité de partiels.
Chaque note p peut correspondre à une corde ou à plusieurs cordes, dites cordes d'unisson. Il est à noter que pour une note p comportant K
cordes d'unisson (K étànt un nombre entier supérieur ou égal à 1), il existe K
partiels n pour chaqüè harmonique de la note p. A titre d'exemple, pour une note La dont le fondamental- est à 440 Hz et qui est dotée de 3 cordes, il existe 3 modes correspondant à 3 partiels dont les fréquences sont voisines de 440 Hz, modes correspondant à 3 partiels dont les fréquences sont voisines de 880 Hz, etc.
Il est à noter que, le terme harmonique doit s'interpréter comme désignant le mode de vibration du système formé par le couplage de la table d'harmonie et des cordes de la note p correspondante. A cet égard, compte tenu de .l'inharmonicité, ce terme désigne des modés de vibration dont la fréquence n'est pas nécessairement un multiple entier de celle du mode fondamental.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, le signal audio correspondant à une note p de piano jouée est produit en fonction des coefficients de timbre et selon des paramètres de déclenchement de la note p (intensité de frappe de la corde notamment) tels que déterminé selon un message MIDI de performance musicale. Le signal audio produit peut être représenté
selon la formule (1) suivante valable pour un ou plusieurs canaux audio :
s(p, t) _1 an (p) exp(-d, (p)t) sin(2#'n (P)t + Bn (p)) + b(p, t) (1) n oü :
- -t représente le temps, - p est un signal déclencheur identifiant la note p, et comprenant au moins la hauteur de cette note p, et éventuellement la vélocité
et/ou la durée de la note p, - s(p, t) représente le signal audio produit, 5 - dn(p) représente le coefficient d'amortissement d'un partiel n correspondant à la note p, - fn (p) représente la fréquence de chaque partiel n correspondant à la note p, - an (p) représente l'amplitude initiale du partiel n de 10 la note p directement après l'impact du marteau sur les cordes de la note p, - 6n (p) représente le déphasage du partiel n de la note p, - b(p,t) représente la partie perrcussive du son (impact du marteau sur les cordes, la structure) et tout autre cômposante du son 15 de piano non (ou mal) modélisable par une décomposition en somme de sinus.
La grandeur s peut être une grandeur vectorielle, chaque composante correspondant à un canal de sortie audio. De ce fait, les grandeurs a,,, en et bn sont également vectorielles. A chaque composante de s, on lui associe la composante correspondante de an, Bn et bn.
Dans une telle représentation, le résonateur correspond aux coefficients dn (p) et fn (p) et l'excitateur correspond aux coefficients an (p) et Bn (p) . Le résonateur est l'opérateur associé au modèle, ses valeurs propres déterminant dn (p) et fn (p) . L'excitateur est le second membre du système mécanique associé, les coefficients de la solution de ce système dans la base de modes propres déterminant an (p) et Bn (p) .
La formule (1) précitée peut être tradu:ite sous la forme équivalente suivante :
s(p, t) = reel (y an (p) eXP(2zifIn (p)t - dn (p)t)) + b(P, t) (2) n où an (p) _ -ian (p)eXp(i 6n (p (3) Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté pour déterminer les valeurs des coefficients de timbre pour l'ensemble des notes du piano selon des paramètres physiques représentatifs de propriétés physiques quantifiables mesurables de l'instrument, ayant une influence sur le timbre des sons produits par un instrument réel correspondant, mais ne permettant pas d'évaluer le comportement acoustique ou le son fourni sans résolution d'équations.
Les paramètres physiques comprennent avantageusement des paramètres de la table d'harmonie, et en particuli'er des paramètres, dits paramètres d'impédance, chacun représentatif de l'impédance Znp que présente la table d'harmonie de piano pour un partiel n d'une note p de piano.
En outre, les paramètres physiques comprennent avantageusement des paramètres de corde(s), et en particulier des paramètres, dits paramètres d'accordage, chacun représentatif d'un écart d'accordage sp entre une pluralité de cordes de piano couplées correspondant à la note p.
Le dispositif selon l'invention est adapté pour permettre une saisie, par l'utilisateur (c'est-à-dire par l'instrumentiste) des paramètres physiques, de sorte qu'il en résulte une modification des valeurs dn (p) et fn (p) (notés dnp et fõp dans les figures 7 et 8) des coefficients de timbre et, par voie de conséquence, une modification du timbre des sons produits. Bien sûr, la modification du timbre des sons produits doit correspondre à la modification des paramètres physiques saisis par l'utilisateur.
En pratique, le logiciel de synthèse de sons de piano comprend un module, dit module 19 de présynthèse, apte à déterminer les valeurs à affecter aux coefficients de timbre en fonction des paramètres physiques selon une fonction, dite fonction d'interpolation. Dans le premier exemple de mise.en ceuvre de l'invention, la fonction d'interpolation permet de déterminer les valéurs d'une pluralité d'éléments modaux, à partir de valeurs saisies des paramètres physiques. Dans cet exemple, les éléments modaux comprennent les coefficients de timbre et des déplacements modaûx, représentatifs des modes propres, dits modes unp, du système couplé de la table d'harmonie et des cordes. Chacun de ces modes u,,p correspondant à un partiel n de la note p. Cette fonction d'interpolation est construite préalablement à la réalisation du dispositif selon l'invention de cet exemple au- moyen d'un calculateur à partir d'une constellation de points chacun associant un jeu de valeurs Znp , sp , des paramètres physiques avec un jeu de valeurs, fnp, d,, unp des éléments modaux.
Pour ce faire, ledit calculateur génèrè des coefficients numériques définissant cette fonction d'interpolation.
Pour la construction de la fonction d'interpolation, on peut utiliser des fonctions polynomiales à plusieurs variables, des fonctions de base radiales,... La construction de la cônstellaxion de points est basée sur des techniques connues en elles-mêmes telles que les hypercubes latins, le remplissage de l'espace (de l'anglais space filling ) ou la technique de grilles éparses (de l'anglais sparse grid ). Une fonction de régression linéaire peut aussi être considérée. Dans une variarite préférentielle, les dérivées successives des éléments modaux par rapport auxdits. paramètres physiques sont calculées pour la construction d'un polynôme de Taylor ou d'un approximant de Padé à
plusieurs variables. La constellation de points est alors remplacée par une constellation de directions de dérivation.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, les valeurs des éléments modaux de chaque point sont déterminées, préalablement à l' exécution de la méthode d'approximation, selon une modélisation mécanique du piano, à partir des paramètres physiques de ce dernier, et notamment des valeurs saisies par l'utilisateur. Cette modélisation mécanique est mise en oeuvre selon une méthode d'analyse numérique. La méthode d'analyse numérique peut être exécutée par un calculateur (non représenté sur les figures).
18 A titre d'exemple, une méthode des éléments finis peut -être mise en oeuvre pour modéliser la table d'harmonie et les cordes d'un pianô en vue de déterminer le comportement dynamique du système formé par la table d'harmonie et les cordes de façon à déterminer ses fréquences de résonance complexes ( fnp +idõp / 2z) ainsi que les dits modes propres u,p du système couplé de la table d'harmonie et des cordes. A cet égard, la publication PH.
GUILLAUME, Nonlinear eigenproblems, SIAM J. Matrix Anal. Appl. Vol 20 No 3 (1999), 575-595, décrit un procédé de calcul des valeurs propres complexes d'un système aux valeurs propres non linéaire, qui peut être utilisé dans la présente invention.
Des matrices de masse, de rigidité et d'amortissement nécessaires à la mise en uvre de la méthode des éléments finis sont établies selon un modèle de piano à simuler.
En particulier ces matrices sont déterminées en fonction de valeurs de paramètres, dits paramètres de modélisation de piano, de ce modèle de piano à simùler.
Selon le modèle de piano du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention, chaque note p correspond à une ou plusieurs cordes d'unisson sur lesquelles percute un marteau correspondant à cette note.
Conformément aux règles de l'art en matière de facture de pianos modernes, quelques notes graves du piano à simuler peuvent comprendre une ou deux cordes d'unisson tandis que les autres notes peuvent comprendre trois cordes d'unisson.
Dans le premier exemple, les paramètres de modélisation de piano comprennent le paramètre d'écart d'accordage S. entre les cordes d'unisson de la note p. En pratique ce paramètre peut correspondre à un facteur de pondération, dit facteur d'accordage, représentatif d'un écart d'accordage entre plusieurs cordes de la note. A titre d'exemple illustratif, dans le cas où trois cordes sont associées à la note, les tensions de ces cordes peuvent être :
déterminées selon les formules (3) et (4) suivantes :
TZ c g pTl (4) T3 -(2-sp)Ti (5) où:
- sp représente la valeur du facteur d'accordage, cette valeur étant un nombre réel positif inférieur à l'unité, - T, est représentatif de la tension d'une première corde dont l'àccordage est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde correspond à la fréquence fondamentale de la note p correspondante, tel que déterminé selon un tempérament prédéterminé du piano à simuler, - T2 est représentatif de la tension d'une deuxième corde dont l'accordage est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde est de fréquence supérieure à la fréquence fondamentale de la note p correspondanté, - T3 est représentatif de la tension d'une troisième corde dont l'accordage-est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde est de fréquence inférieure à la fréquence fondamentale de la note p correspondante.
En outre, les paramètres de modélisation de piano du premier exemple de mise en oeuvre de l'invention comprennent au moins un paramètre de modélisation de la table d'harmonie. En particulier, un facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie. peut constituer un paramètre de modélisation de la table d'harmonie.
Dans le premier exemple de mise en oruvre de l'invention, les matrices de masse, de rigidité et d'amortissement sont établies selon les dimensions et la structure des cordes et de la table d'harmonie, ainsi que du tenseur de Hooke de ces éléments du piano tel que déterminé selon le modèle du piano à simuler et les valeurs des paramètres de modélisation de piano.
La méthode des éléments finis est mise en oeuvre pour déterminer, pour chaque note p du piano à simuler, une valeur d'impédance Znp de la table d'harmonie pour chaque partiel n de la riote p. Ces valeurs Znp d'impédance de table d'harmonie sont représentatives de propriétés physiques de la table d'harmonie.
Le modèle de piano du premier exemple de mise en oeuvre 5 de l'invention est un modèle proche de la réalité.
En particulier, chaque corde du piano peut être modélisée en tant que poutre élastique. L'inventeur a pu constater que l'utilisation d'un tel modèle permet de traduire l'effet d'inharmonicité se produisant en raison de la rigidité non négligeable de la corde en flexion, ainsi '.que 1'effet quadratique dû à
10 l'interaction avec Ie chevalet. Ce dernier effet. sonore est d'autant plus perceptible que l'amplitude de vibration de la corde est importante, donc que les notes sont jouées fortement.
En outre, dans la modélisation utilisée dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, chaque corde est considérée comme 15 étant encastrée au niveau de la pointe d'accroche et du sillet. Cette pointe d'accroche et le sillet peuvent être considérées comme totalement immobiles de sorte que la position de la corde au niveau du sillet et la position de la corde au niveau de la pointe d'accroche forment, dans le modèle du premier exemple, des conditions aux limites de la corde. Par ailleurs, chaque corde est considérée 20 comme étant rigidement reliée avec le chevalet de la. table d'harmonie par l'intermédiaire des pointes de chevalet conformes aux règles de l'art en matière de facture de piano.
Ainsi, cette modélisation tient compte du couplage des , cordes du piano et de la table d'harmonie. Ce couplage est procuré dans les pianos de facture traditionnelle au niveau du chevalet en raison d'un forçage de la position de chaque corde en cet endroit. Le modèle permet de tenir compte de l'influence mutuelle des cordes du piano, notamment le phénomène de résonance par sympathie entre les notes et l'influence mutuelles des cordes d'unisson d'une même note. L'inventeur a pu constater que la prise, en compte, dans la modélisation, de ce couplage des cordes et de la table d'harmonie ainsi que des écarts d'accordage entre les cordes d'unisson des notes permet d'obtenir un dispositif produisant des sons de piano réalistes.
Un modèle de coque peut être employé pour représenter par éléments finis la table d'harmonie, y compris le sillet et le chevalet de cette table d'harmonie. Un modèle laminaire de rang 1 peut en outre être utilisé pour tenir compte de l'orientation de la fibre de la table d'harmonie avec des renforts dans la direction orthogonale.
La table d'harmonie peut également être modélisée par un matériau isotrope avec un ajout de renforts dans la direction de la fibre et dans la direction orthogonale. Enfin, on peut utiliser un modèle en trois dimensions, dit modèle 3D, isotrope ou non.
La méthode des élélnents finis est mise en ceuvre à
plusieurs reprises en faisant varier, après chaque étape d'analyse (itération), la valeur d'au moins un paramètre de modélisation de piano de façon à modifier * les propriétés physiques du piano. Les matrices de la méthode des éléments finis sont redéfinies en conséquence après chacune des étapes d'analyse. Une pluralité de points représentatifs de différentes configurations mécaniques de piano (telles que définies par les valeurs Z,, sP, des paramètres physiques) et du comportement acoustique correspondant (tel que défini par les valeurs fnp, d np , des coefficients de timbre obtenues à partir des valeurs Znp , sp , des paramètres physiques ) sont ainsi déterminés.
La méthode des éléments finis est répétée un grand nombre de fois. Il s'agit de fournir un nombre de points distincts permettant de définir la fonction d'interpolation avec suffisamment de précision de sorte qu'elle permette d'obtenir, à partir d'un jeu de valeurs ZnP, sp, des paramètres physiques, qui correspondent aux valeurs pouvant être saisies par l'utilisateur, des valeurs fnp , dnp , unp des éléments modaux représentatifs de la configuration mécanique correspondant à ces valeurs des paramètres physiques. L'ensemble de ces valeurs associées est déterminé par calculs préalables et ses valeurs et leurs correspondances sont utilisées par un processus d'interpolation du module de présynthèse.
La figure 7 illustre une mise en ceuvre de la méthode des éléments finis pouvant être utilisée pour réaliser un module de présynthèse selon l'invention. Dans cette figure un procédé mettant en oeuvre la méthode est représentée par un bloc schématique 300 recevant en entrée les valeurs p ,pQ, ,pA ,Eõ= ,Ãp;= =,EP des paramètres de modélisation de piano et produisant, pour chaque partiel n de chaque note p, les valeurs unP , fnP, dnp, correspondantes des éléments modaux ainsi que les valeurs ZnP correspondantes des paramètres d'impédance: Dans la figure 7:
- pQ. représente un paramètre de modélisation de la table d'harmonie identifié par l'indice a, par exemple le facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie, - A représente le nombre de paramètres de modélisation de la table d'harmonie, - sP représente l'écart d'accordage d'une note p de la table d'harmonie, - P représente le nombre de notes du piano à
simuler, - N représente le nombre de partiels par note, - Znp représente le paramètre d'impédance correspondant au partiel n de la note p, - unp représente le mode propre du partiel n de la note p.
Le processus défini par la figure 7 est exécuté sur un calculateur de grande puissance qui n'est pas représenté. Ces calculs sont effectués au préalable et non en temps réel, leurs résultats sont enregistrés dans une mémoire de masse accessible au module de production des sons, de telle sorte que ce module de production des sons peut générer des sons d'instruments à
cordes et à clavier en temps réel.
La figure 8 illustre la mise en oeuvre d'une méthode d'approximation pouvant être utilisée pour réaliser un module de présynthèse selon l'invention. Dans cette figure un procédé mettant en oeuvre la méthode d'approximation est représenté par un bloc schématique 400 recevant en entrée les valeurs Z,,,,='=,Znp,,===,ZNPJ,11,===,pl,== ,PJ des paramètres physiques et produisant une fonction permettant de déterminer les valeurs correspondantes unp , fnp, dnp , des éléments modaux correspondant à chaque partiel n de chaque note p. Dans la figure 8:
- j est un indice identifiant un point obtenu lors d'une étape d'analyse correspondante de la méthodes des éléments finis, - J représente le nombre de points obtenus au moyen de la méthode des éléments finis, - P représente le nombre de notes du piano à
simuler.
En pratique, la fonction d'interpolation peut être déterminée au moyen d'une technique de kriegage, de réseaux neuronaux, d'une machine à support vectoriel, dite SVM, d'une fonction de masse radiale, dite RBF, ou de toute interpolation adaptée.
En alternative, la technique des dérivées successives peut être mise en oeuvre (cf. PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Solution to the time-harmonic Maxwell's equations in a waveguide, use of higher order derivatives for solving the discrete problem, SIAM Journal on Numerical Analysis, 34-4 (1997), 1306-1330 - PH. GUILLAUME, Nonlinear eigenproblems, SIAM J. Matrix Anal. Appl. Vol 20 No 3 (1999), 575-595 - J. D.
BELEY, C. BROUDISCOU, PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, F.
THEVENON, Application de la Méthode des Dérivées d'Ordre Elevé 'à
l'Optimisation des Structures, REVUE EUROPEENNE DES ELEMENTS
FINIS, 5(1996), 537-567 - M. MASMOUDI and PH. GUILLAUME, Sensitivity Computâ.tion and Automatic Differentiation, Control and Cybernetics, 25 (1996) No 5, 831-866 - M. MASMOUDI, PH. GUILLAUME and C.= BROUDISCOU, Automatic differentiation and shape optimization, J. Herskovitz(ed.), Advances in Structural Optimization, 413-446, Kluwer Academic Publishers, Printed in the Netherlands, 1995 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Computation of high order derivatives in optimal shape design, Numerishe Mathematik, Vol. 67 No 2 (1994), 231-250, 1994 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Calcul numérique des dérivées d'ordre supérieur en conception optimale de formes, C.R. Acad.
Sci.
Paris, t.316 Série I(1993), 1091-1096 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Dér ivées d'ordre supérieur en optimisation de domaines, C.R. Acad. Sci.
Paris, t.315, Série I(1992), 859-862 - C. BROUDISCOU, M. MASMOUDI and PH.
GUILLAUME, Application of automatic differentiation to Optimal Shape Design,. J. Herskovitz(ed.), Advances in Structural Optïmization, 413-446, Kluwer Academic Publishers, Printed in the Netherlands, 1995). Conformément à cétte méthode, un calcul des dérivées successives des coefficients de timbre par rapport aux paramètres physiques peut être réalisé pour une modélisation du piano selon les éléments finis en vue de construire un polynôme de Taylor ou un approximant de Padé. Un tel polynôme ou un tel approximant forme uine fonction d'interpolation selon l'invention.
En alternative, la méthode de Padé généralisée à plusieurs variables peut être utilisée en tant que méthode d'approximâ.tion (cf. PH.
GUILLAUME, Nested Multivariate Padé Approximants, Journal of Computational and Applied Mathematics, 82 (1997), 149-158 - PH.
GUILLAUME, A. HUARD, V. ROBIN, Generalized Multivariate Padé
Approximants, J. Approx. Theory, Vol. 95, No. 2 (1998), 203-214 - PH.
GUILLAUME, Convergence of the Nested Multivariate Padé Approximants, J.
Approx. Theory, Vol. 94, No. 3 (1998), 455-466 - PH. GUILLAUME, A.
HUARD, Multivariate Padé approximation, Journal of Computational and Applied Mathematics 121 (2000), 197-219).
En outre, les points à partir desquels est mise en oeuvre la méthode d'approximation peuvent êtré déterminés par toute autre méthode que la méthode des éléments finis. En particulier, toute méthode permettant de déterminer le comportement dynamique, les modes u np et les fréquences de 5 résonance complexes, peut être utilisée. A titre d'exemple, les points peuvent être déterminées en procédant selon des méthodes spectrales ou utilisant le principe des différences finies. En outre, des circuits équivalents, des treillis de poutre ou de barres équivalents, un calcul analytique ou spectral, peuvent être employés.
Dans un dispositif: selon l'invention, une saisie de 10 paramètres physiques peut être réâ.lisée par l'utilisateur par tout inoyen.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, une telle saisie peut être réalisée directement par l'utilisateur à partir de dispositifs d'interface homme machine dont est équipé le micrôordinateur, notamment l'écran 9 et la souris 11. En pratique,; le logiciel de synthèse de sons 15 de piano du premier exemple de mise en oeuvre de l'irivention peut définir une interface graphique s'affichant sur le moniteur 9 lors de l'exécution du logiciel de synthèse de sons de piano. Cette interface comporte une pluralité
d'éléments graphiques représentant des boutons 30, 31, 32, 34, montés sur glissières, identifiés à l'attention de l'utilisateur par des éléments 25 textuels.
20 Dans le premier exemple .de mise en oeuvre de l'invention, le logiciel de synthèse de sons de piano comprend des fichiers de sauvegarde définissant, pour chaque note p du piano, des valeurs par défaut pour les paramètres d'accordage. La position d'un bouton 34 de l'interface graphique du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention permet de déterminer la valeur 25 d'un facteur de pondération. Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté
pour multiplier ce facteur de pondération avec chacune des valeurs par défaut des paramètres d'accordage. Les valeurs issues de cette multiplication correspondent à des valeurs sp saisies des paramètres d'accordage en vue de la détermination des valeurs unp , d np , fnp , des éléments modaûx au moyen de la fonction d'interpolation.
Dans le premier exemple de mise en ceuvre de l'invention, la saisie des valeurs d'impédance Znp des paramètres mécaniques est réalisée' pour chaque note p selon une fonction, dite fonction de pondération. Cette fonction de pondération définit un facteur de pondération pour chaque valeur d'impédance d'une pluralité de valeurs d'impédances par défaut correspondant chacune à un partiel n de cette note p. La position de boutons 30, 31, 32 de l'interface graphique du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention permet à l'utilisateur de modifier les fonctions de pondération de sorte que les valeurs d'impédances obtenues par pondération, selon ces fonctions, des valeurs :
d'impédance par défaut correspondent à des valeurs ZnP saisies des paramètres d'impédance. Ces valeurs Znp saisies sont employées pour déterminer les valeurs Llnp , dnP, fnp, des éléments modaux au moyen de la fonction d'interpolation.
En pratique, les valeurs d'impédances par défaut peuvent être lues par le logiciel de synthèse de sons de piano dans des fichiers de sauvegarde. Ces valeurs d'impédance par défaut peuvent être les valeurs Znpi déterminées lors d'une analyse numéro j par la méthode des éléments finis. En outre, le logiciel de synthèse de sons de piano du premier exemple peut comprendre des fichiers de sauvegarde définissarit, pour chaque note p du piano, des valeurs par défaut de paramètres de la fonction de pondération correspondante. Chaque fonction de pondération définit une valeur du facteur de pondération a-p (h) pour chaque harmonique de la note p en fonction dù rang h de l'harmonique. Le facteur de pondération a-p (h) ainsi défini pour chaque harmonique est employé pour pondérer les modules des valeurs d'impédances par défaut des K partiels de la note p correspondant à cet harmonique.
Chaque fonction de pondération peut être une fonction affine continue composée de deux parties. La figure 3 illustre une telle fonction ayant le facteur de pondération ap (h) en ordonnée et le rang h des harmoniques en abscisse. Une première partie 42 constante définit, un facteur de pondération constant pour les harmoniques de rang faible. Une deuxième partie 43 définit un facteur de pondéràtion décroissant avec le rang h des harmoniques de rang élevé.
Chaque fonction de pondération peut être définie au moyen de trois paramètres de fonction de pondération. Un premier paramètre, dit constante 40 de pondération, détermine la valeur du facteur de pondération pour les harmoniques" de rang faible. Un deuxième paramètre, dit indice 41 de coupure, détermine le rang à partir duquel la fonction de pondération devient décroissante. Cet indice correspond au rang maximum des harmoniques de rang faible. Un troisième paramètre, dit facteur de qualité, détermine la pente de la deuxième partie 43 de la fonction affine.
Trois boutons 30, 31, 32 de l'interface graphique forment des moyens de saisie des paramètres des fonctions de pondération de toutes les notes. En pratique, la position de chaque bouton par rapport à sa glissière peut être représentativé` d'un facteur de pondération à appliquer aux valeurs par défaut de paramètres des fonctions de pondération. Ainsi chacun des trois boutons 30, 31, 32 permet de. modifier, de manière uniforme ou non, les paramètres des fonctions de pondération de l'ensemble des notes du piano : le premier bouton permet de modifier les constantes 40 de pondération de ces fonctions, le deuxième bouton 31 permet de modifier les indices 41 de coupure de ces fonctions et le troisiéme bouton 32 permet de modifier les facteurs de qualité
de _ces fonctions.
Les boutons 30, 31, 32 et 34 de l'interface graphique ainsi que les périphériques permettant leur manipulation (notamment la souris 11, le clavier 10 et l'écran 9) forment des moyens de saisie de paramètres physiques selon l'inventibn.
Le logiciel de synthèse de sons de piano perniet ainsi à
l'utilisateur d'effectuer des modifications des propriétés physiques du piano affectant de manière uniforme ou non une pluralité des notes du piano en agissant sur un nombre réduit de moyens de saisie, tels que les boutons 30, 31, 32 et 34 de l'interface graphique.
Rien n'empêche de doter le logiciel de synthèse de sons de piano de moyens de saisie (tels que les boutons 30, 3 T, 32 et 34 précités) des paramètres de table d'harmonie et des paramètres de cordes pour chaque note p du piano en vue de permettre à l'utilisateur de défmir avec plus de précision les propriétés physiques du piano.
En outre, rien n'empêche de définir chaque fonction de pondération selon un plus grand nombre de paramètres de fonction de pondération en vue de permettre à l'utilisateur de définir avec plus de précision les propriétés physiques de la table d'harmonie en fonction des rangs des harmoniqués de chaque note.
En outre, les fonctions de pondération des notes du piano peuvent être déterminées par tout autre moyen de contrôle que les boutons 30, 31, 32. A titre d'exemple, l'interface graphique peut comporter une représentation graphique de chaque fonction de pondération sous la forme d'une courbe continue s'étendant dans un plan doté d'une abscisse correspondant au rang h des harmoniques et d'une ordonnée correspondant au facteur 07 p (h) de pondération. En pratique, cette courbe peut être de type spline cubique et l'interface graphique peut comporter des éléments graphiques, dits poignées, correspondant chacun à un point de contrôle de la spline cubique.
En alternative ou en combinaison, des moyens 33 manuels de commande du clavier MIDI peuvent être employés pour générer des messages MIDI correspondant à des modifications à apporter aux paramètres physiques, le logiciel de synthèse de sons de piano étant alors adapté pour interpréter de tels messages MIDI et réaliser une saisie correspondante des paramètres physiques.
Dans ce cas, les boutons 33 de commande du clavier 17, l'interface 12 MIDI et un module logiciel (non représenté) d'interprétation des messages MIDI
correspondant à des commandes de saisie des paramètres physiques, forment des moyens de saisie du dispositif selon l'invention.
En outre, en variante rien n'empêçhe d'effectuer automatiquement une séquence de modifications des propriétés physiques au moyen par exemple d'un logiciel séquenceur MIDI (non représenté), s'exécutant au sein du microordinateur 2 et adapté pour transmettre au logiciel de synthèse de sons de piano'des messages MIDI correspondants préalablement enregistrés dans un fichier de sauvegarde. Il est à noter que rien n'empêche par ailleurs de transmettre, au moyen d'un tel logiciel séquenceur MIDI, une séquence de messages MIDI de performance musicale préalablement enregistrés dans un fichier de sauvegarde. Les messages MIDI de performance musicale ainsi transmis forment des signaux déclencheurs selon l'invention.
Le logiciel de synthèse de sons de piano peut être .10 pro.grammé pour créer, suite -à .son chargement en mémoire; des processus s'exécutant au sein de l'unité 4 de traitement avec d'autres processus, notamment des processus systèmes, selon un ordonnancement dont la gestion est assurée par le système 7 d'exploitation.
Le module 19 de présynthèse exécute un premier processus, dit processus de présynthèse, qui est adapté pour fournir les valeurs d np , des coefficients de timbre correspondant à des valeurs à p, Z,, de paramètres physiques saisis. Ce processus de présynthèse ne s'exécute pas en temps réel, mais au contraire comme une tâche de fond.
La figure 5 représente un schéma algorithmique selon , lequel le processus de présynthèse s'exécute. Suite à sa création par le module 19 de présynthèse du logiciel de synthèse de sons de piano, le processus de présynthèse est programmé pour effectuer une étape d'initialisation 101 dans laquelle ce processus lit les fichiers de sauvegarde les valeurs par défaut des paramètres d'accordage, les valeurs d'impédances par défaut et les valeurs par défaut des paramètres des fonctions de pondération.
Dans une étape 103 subséquente à l'étape 101, le processus de présynthèse détermine, tel que précédeniment décrit, les valeurs fnp, dnp , unp , des éléments modaux à partir des valeurs s p, Znp, saisies des paramètres physiques, puis enregistre ces valeurs fnp, d np , unp , à l'attention du processus temps réel de production des sons. En pratique, ces données peuvent être enregistrées dans un fichier de transfert 'de données accessible au processus temps réel de production des sôns de façoin à permettre une récupération de ces données par ce dernier processus.
Il est à noter que la fonction d'interpolation permet de 5 déterminer, avec une faible charge de calcul, les valeurs fn~ , d np , unp , des éléments modaux correspondant au jeu de valeurs des paramètres physiques.
En outre, .dans l'étape 103, le processus de présynthèse traite, pour chaque note p du piano, une pluralité de signaux, dits signaux excitateurs Ep, (t) , chacun représentatif de l'excitation des cordes de la note p 10 selon une inténsité de frappe I de cette note. En pratique, ces signaux excit'ateürs peuvent être mesurés directeni.ent sur un piano de facture traditionnelle en utilisant un dispôsitif mécanique automatique et réglable d'enfoncement des notes du piano, ces signaux excitateurs étant enregistrés dans des fichiers de sauvegardes. Il est à noter à cet égard que ces signaux excitateurs ne sont jamais 15 utilisés dans un dispositif selon l'invention en tant que signal audio.
A partir de chacun de ces signaux excitateurs E p, (t) , le processus de présynthèse détermine les valeurs de paramètres, dits paramètres d'excitation, représentatifs de l'amplitude initiale an (p) et du déphasage 9n (p) de chaque partiel n des notes p. En pratique, le processus de présynthèse traite 20 chaque signal excitateur Ep, (t) selon les modes propres u, de la note p correspondante, conformément à la méthode modale. En un point x donné de la table d'harmonie, le déplacement u(x,t) se décompose sous la forme suivante u(x, t) = Re(J an exp(2i ir( fn + idn )t)) (6) n où les an sont fournis par les formules (1), (2) .et (3) de l'analyse modale 25 mentionnées ci-dessus.
Chaque jeu de valeurs des paramètres d'excitation an (p) et 9n (p) ainsi obtenu pour chaque note p est enregistré à l'attention du processus de production dans un tableau selon lequel les jeux de valeurs sont classés en fonction de l'intensité frappe I du signal excitateur EpI (t) .
En variante, les paramètres d'excitation peuvent être obtenus de toute autre façon, par exemple à partir d'un modèle -physique représentatif de l'interaction corde-marteau.
Dans une étape 104, subséquente à l'étape 103, le processus de présynthèse se place en attente de la réception d'un signal selon lequel au moins un paramètre physique a été saisi. Un tel signal peut être transmis au module de présynthèse suite à tout déplacement d'un des bôutons 30, 31, 32, 34, de l'interface graphique. Suite à la réception d'un tel signal de commande, le processus de présynthèse exéçute de nouveau l'étape 103 et les étapes subséquentes.
Dans l'exemple, le module de présynthèse détermine ainsi de nouvelles valeurs de, coefficients de timbre et de paramètres d'excitation à
chaque modification d'un paramètre physique, telle que déterminée par une saisie de l'utilisateur à l'aide des moyens de saisie (souris, clavier, interface graphique...) ou par un logiciel transmettant des signaux correspondants (séquenceur MIDI par exemple) à un module logiciel (non représenté) de production de sons de piano, adapté pour interpréter les signaux et effectuer une saisie correspondante des paramètres physique.
De préférence, suite à chaque enregistrement des valeurs des coefficients de timbre effectué à l'étape 103, et avant de se placer en position d'attente selon l'étape 104, le module de présynthèse est adapté pour transmettre une interruption au module de production de sons pour lui signifier que des nouvelles valeurs de coefficients de timbre et de paramètres d'excitation sont disponibles.
Le processus de présynthèse s'exécute de préférence continuellement jusqu'à ce que le logiciel de synthèse de sons de piano lui signale de se terminer.
Le logiciel de synthèse de sons de piano comprend en outre un module 20 de production en temps réel par voie numérique de signaux audio représentatifs des sons. Ce module 20 temps réel de production de sons crée, en mémoire vive, au moins un processus temps réel de production des sons tel que mentionné ci-dessus, adapté pour pouvoir lire les valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation produits par le processus de présynthèse et produire des signaux audio numériques en fonction des signaux déclencheurs (représentatifs du jeu d'un instrumentiste) reçus. Ce processus 20 de production de sons en temps réel génère les signaux audio, par synthèse additive selon les formules (1), (2) et (3) mentionnées ci-dessus, c'est-à-dire en cumulant~ les partiels,à partir des coefficients de timbre et des signaux déclencheurs. Ce calcul temps réel est très simple et ne requiert qu'une très faible puissance de calcul.
La figure 6 représente un schéma algorithmique selon lequel le processus temps réel de production des sons s'exécute. Lors d'une étape d'initialisation 201 ayant lieu suite à la création du processus de production par le logiciel de synthèse de sons de piano, le processus temps réel de production des sons récupère les valeurs de coefficients de timbre et des paramètres d'excitation enregistrées à son attention par le processus de présynthèse.. A cet égard, il est à
noter que le processus temps réel de production des sons peut être adapté pour attendre de recevoir un signal transmis par le processus de présynthèse lui indiquant que de telles données sont effectivement disponibles.
Dans l'étape 202 subséquente à l'étape 201, le processus temps réel de production des sons se place en état d'attente de la réception d'un signal déclencheur.
Dans l'étape 203 subséquente à l'étape 202, le processus temps réel de production des sons réalise, conformément à la formule précédemment décrite, la synthèse d'un signal s(p,t) représentatif d'un son de piano en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à produire et à une intensité de frappe de cette note p telles que déterminées par un signal déclencheur reçu. De préférence, le processus temps réel de produ.ction des sons est adapté pour sélectionner les valeurs des paramètres d'excitation correspondant à une intensité I de frappe la plus proche de celle déterminée par le signa.l déclencheur reçu.
Un son percussif b(p,t) est ajouté à la somme des partiels.
Un même son préenregistré peut être combiné à chacun des signaux sommés correspondant aux. notes produites. De préférence, une pluralité de bruits b( p, t) de percussion sont enregistrés pour différentes. notes p. Rien n'empêche en outre d'enregistrer différents bruits de percussion correspondant chacun à
différentes forces d'impact du marteau sur les cordes en vue* de produire un son percussif pour chaque note p jouéepâr l'instrumentiste en tradùisant de manière plus réaliste les nuances de son jeu.
Suite à l'exécution de l'étape 203, le processus temps, réel de production des sons exécute à nouveau l'étape 202.
Le processus temps réel de production des sons s'exécute de préférence continuellement jusqu'à ce que le logiciel de synthèse de sons de piano lui signale de se terminer.
De préférence, plusieurs processus temps réel de production des sons peuvent être créés en vue d'une exécution concurrente de ces processus sur un même processeur ou d'une exécution parallèle de cés processus sur plusieurs processeurs. En particulier, un processus temps réel de production des sons peut être créé pour chaque note p de piano de façon à permettre la production simultanée de plusieurs signaux audio correspondant chacun à une note p de piano. Ces signaux audio peuvent être sommés, par exemple au moyen d'un module matériel de mixage de la carte son, en vue de produire le signal audio transmis vers l'amplificateur.
Les ordinateurs personnels exécutent généralement de nombreux processus qui peuvent gêner le déroulement d'un logiciel de synthèse de sons de piano tel que celui du premier exemple de l'invention. Pour pallier à
cet inconvénient, le système informatique peut être réalisé sous la forme d'un système dédié, spécialement configuré pour exécuter un logiciel de synthèse de sons de piano tel que celui du premier exemple mise en uvre de l'invention.
En particulier, un tel système peut être réalisé au moyen d'un microordinateur équipé d'un système d'exploitation bridé de façon à pouvoir exécuter uniquement le logiciel de synthèse de son de piano. De préférence un tel système peut être configuré pour permettre d'éventuelles mise à jours et le transfert de fichiers de sauvegarde.
Selon un deuxième exemple de mise en uvre de l'invention, le dispositif selon l'invention peut être réalisé sous la forme d'un clavier électronique (figure 4) de touches mécaniques de piano comportant un module (non.,représenté) de traitement numérique, similaire à l'unitécentrale du premier exemple de mise en ceuvre. Ce module peut être adapté pour exécuter un logiciel embarqué similaire au logiciel du premier exemple de mise en uvre de l'invention. En outre, ce clavier peut comporter des boutons 130, 131, 132 de contrôle de paramètres de fonctions de pondération similaires à celles du logiciel du premier exémple de mise en oeuvre. En outre, ce clavier peut comporter un bouton 134 de contrôle de l'écart d'accordage entre les cordes d'unisson des notes de piano.
Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre au sein d'un système dit silencieux permettant de jouer sur le clavier d'un piano acoustique sans importuner son entourage. Un tel système peut comprendre un mécâ.nisme d'arrêt des marteaux du piano acoustique avant tout impact sur les cordes et des capteurs disposés au niveau du clavier. Dans cet exemple, un boîtier formant un dispositif selon l'invention est adapté pour produire des sons de piano selon des signaux déclencheurs générés par les capteurs. Ces sons. de piano peuvent être amplifiés et transmis à un casque d'écoute branché sur le boîtier.
Des moyens de saisie d'un tel dispositif peuvent être fournis sous une forme similaire à ceux du deuxième exemple de mise en uvre de l'invention.
Les dispositifs donnés en exemple permettent de réaliser une saisie manuelle des paramètres physiques au moyen du clavier, de la souris... Rien n'empêche de mettre en uvre un dispositif selon l'invention '35 adapté pour permettre à un utilisateur d'effectuer une telle saisie par tout autre moyen adapté, par exemple au moyen d'un système de reconnaissance vocale.
Aussi, en alternative, rien n'empêche d'utiliser tout autre moyen qu'une fonction d'interpolation pour calculer les coefficients de timbre directement à partir des paramètres physiques. On peut par exemple utiliser un modèle réduit du système dynamique couplant les cordes et la table d'harmonie de l'instrument à cordes et à clavier.
Aussi, en alternative, rien n'empêche d'utiliser toute autre méthode permettant de déterminer les valeurs des paramètres d'excitation a,, (p) 10; et en (p) sans nécessiter le traitement par analyse modalé de signaux excitateurs mesurés. On peut par exemple utiliser un modèle réduit non linéaire de l'interaction entre le marteau et les cordes permettant de calculer directement les amplitudes et les phases relatives à chaque partiel pour différentes forces de frappe du marteau. Dans une telle mise en aeuvre, un filtre équaliseur peut simuler l'effet de la table d'harmonie selon les fréquences d'excitation, et la décomposition modale de l'excitation devient alors inutile.
Par ailleurs, rien n'empêche d'employer des paramètres physiques autres que ceux du premier exemple de l'invention. Les paramètres physiques selon l'invention penvent correspondre à toute autre propriété
physique mesurable de la. table d'harmonie ou des cordes de piano ayant une influence sur le timbre des sons produits par un piano.
En particulier les paramètres de table d'harmonie peuvent être rèprésentatifs de propriétés physiques de la table d'harmonie correspondant à
des choix de facture d'instrument. Ces paramètres physiques comprennent notamment des paramètres représentatifs de la structure, du comportement sous contraintes, du comportement vibratoire, de la dimension, des matériaux, de l'agencement de la table d'harmonie ainsi que dés pièces qui la constituent. A
titre d'exemple, la dimension de la table d'harmonie dans le sens de l'épaisseur, de la longueur ou de la largeur peut constituer un paramètre de table d'harmonie selon l'invention. En pratique, un facteur multiplicatif d'une dimension de la table d'harmonie peut constituer un tel paramètre physique. Par ailléurs, des paramètres représentatifs de la forme de certaines parties dé la table d'harmonie peuvent constituer des paramètres de table d'harmonie selon l'invention. En pratique, un facteur multiplicatif des rayons de courbures du contour de la table d'harmonie vue de face peut constituer un tel paramètre physique. Aussi, un facteur de pondération des valeurs de la matrice du tenseur de Hooke peut constituer un paramètre de table d'harmonie selon l'invention.
En outre, les paramètres de table d'harmonie peuvent être représentatifs de propriétés physiques de la table d'harmonie non liées à des choix de facture. A titre, d'exemple, un paramètre de table d'harmonie peut être représentatif d'un taux d'humidité de la table d'harmonie:
Rien n'empêche d'employer des paramètres de corde(s) autre(s) que les paramètres d'accordage du premier exemple de mise en oeuvre de l'invention. En particulier, un paramètre représentatif de la tension d'une corde de piano peut être employé pour chaque corde du pian'o. Il est à noter que de tels paramètres constitue, dans le cas de notes à laquelle sont associées plusieurs cordes du piano, des paramètres de cordes représentatifs d'écarts d'accordage entre ces cordes d'unissons des notes d'un piano.
En outre, des paramètres de corde(s) représentatifs du tempérament du piano peuvent çonstituer des paramètres de cordes selon l'invention.
Outre des paramètres physiques représentatifs = du réglage (tensions, accordage, tempérament...) des cordes de l'instrument, les paramètres de cordes peuvent être représentatifs de choix de facture de l'instrumein.t. A
titre d'exemple, des paramètres représentatifs du nombre de cordes pour chaque note, des paramètres représentatifs de la position de chaque corde par rapport à la table d'harmonie etc., peuvent constituer des paramètres de cordes selon l'invention.
Il est à noter qu'un dispositif selon l'invention peut être .utilisé par des facteurs de piano en tant qu'outil de simulation des pianos acoustiques en vue de leur conception, pour avoir une représentation de la sonorité susceptible d'être produite avant la construction de l'instrument.
Les moyens == de saisie du dispositif selon l'invention peuvent être spécialement adaptés pour une telle utilisation. A cet égard, le dispositif peut comporter une grande quantité de moyens de saisie permettant de déterminer avec précision une grande quantité de propriétés physiques du piano entrant dans les choix de conception du facteur de piano. A titre d'exemple, le dispositif peut comporter plusieurs moyens de saisie pour déterminer avec précision les dimensions des cordes et des diverses pièces de la table d'harmonie. En outre, le dispositif peut comporter plusieurs moyens de saisie pour déterminer avec précision les .10 propriétés du matériau composant chaque pièce de la table d'harmonie et les cordes. Le dispositif peut en outre comporter des moyens de saisie correspondant à d'autres paramètres, tels que la tension de chaque corde...
Par ailleurs, dans une variante de l'invention, les moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre fn , d,, et/ou au moins un paramètre d'excitation a73 , 8, déterminé par le module de présynthèse. Par exemple, il peut être prévu, dans l'interface représentée figure 2, un curseur de modification pour chaque coefficient de timbre et pour chaqiie paramètre d'excitation. A titre d'exemple de réalisation, il peut être prévu un curseur perméttant de modifier chaque harmonique (pour toutes les notes), ou une représentation graphique de la courbe des harmoniques de chaque note pouvant être ajustée par l'utilisateur...
Il est à noter que les moyens de saisie d'un dispositif selon l'invention peuvent être spécifiquement adaptés en vue d'une utilisation du dispositif en tant qu'outil pédagogique dans le cadre de cours dispensés pour former des accordeurs de pianos ainsi que dans des écoles de musiques.
Les exemples précités de mise en ceuvre de l'invention peuvent être transposés à des instruments à clavier et à cordes autres que le piano, par exemple le pantaléon, le clavecin, le clavicorde, le pianoforte....
A
titre d'exemple non limitatif, la modélisation par éléments finis du premier exemple susmentionné peut être. modifiée en conséquence. Les signaux excitateurs de cet exemple peuverit être en ôutre mesurés sur l'instrument à
clavier correspondant.
L'invention s'étend à un support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté pour pouvoir être lu dans un lecteur d'un dispositif informatique, et comprenant un programme d'ordinateur enregistré adapté pour pouvoir être chargé én mémoire vive dudit dispositif infonnatique lorsque ce support d'enregistrement est chargé -dans ledit lecteur, ce programme ordinateur étant adapté , pour que, lorsqu'il est chargé en mémoire vive de ce dispositif informatique, ce dernier constitue un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons conforme à l'invention. Autrement dit, le support d'enregistrement contient le logiciel de synthèse de sons de piano tel que décrit ci-dessus. Ledit dispositif informatique peut être un ordinateur associé ou non à un clavier électronique comme: mentionné ci-dessus.
Avantageusement un dispositif selon l'invention comprend un système informatique incorporant un logiciel de synthèse de sons simulant la sonorité d'un instrument à clavier, cordes et table d'harmonie, ce logiciel de synthèse de sons formant chaque module de présynthèse et chaque module de 10 production en temps réel de sons, et présentant une interface homme-rimachine adaptée pour permettre à un utilisateur de former des signaux déclencheur. et pour présenter lesdits moyens de saisie d'au moins un paramètre physique. Dans un mode de réalisation, l'instrument à simuler étant un piano, un dispositif sur l'invention comprend au moins un clavier électronique à touches mécaniques de piano. En variante, ce clavier numérique peut être simulé par l'interface homme-machine virtuelle du système informatique.
Avantageusement, dans une variante de l'invention, lesdits moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à
l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre f d, et/ou au moins un paramètre d'excitation aJZ, Bn déterminé par le module de présynthèse. Ainsi, l'utilisateur peut modifier l'un et/ou l'autre de ces coefficients ou paramètres selon des lois simples.
L'invention s'étend à un support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté pour pouvoir être lu dans un lecteur d'un dispositif informatique, et comprenant un programme d'ordinateur enregistré adapté pour pouvoir être chargé en mémoire vive dudit dispositif informatique lorsque ce support d'enregistrement est chargé dans ledit lecteur, caractérisé en ce que ce programme ordinateur est adapté pour que, lorsqu'il est chargé en mémoire vive , de ce. dispositif informatique, ce dernier constitue un dispositif de production par voie numérique de s'ignaux représentatifs de sons conforme à l'invention.
L'invention concerne également un dispositif et un support d'enregistrement caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon un prèmier exemple.de mise en uvre de l'invention;
- la figure 2 représente une interface graphique d'un logiciel, _ dit logiciel de synthèse de sons de piano, s'exécutant au sein d'un -microordinateur du dispositif de la figure 1, - la figure 3 est un graphique illustrant une fonction de pondéràtion, - la figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif selon un deuxième exemple de mise en uvre de l'invention, - la figure 5 représente un schéma algorithmique selon lequel un module de présynthèse, s'exécute au sein du microordinateur de la figure 1, - la figure 6 représente un schéma algorithmique selon lequel un module de production ein temps réel de sons, s'exécute au sein du microordinateur de la figure 1, - la figure 7 illustre une mise en oeuvre de la méthode des éléments finis pouvant être utilisée dans un module de présynthèse selon l'invention, - la figure 8 illustre une mise en oeuvre d'une méthode d'approximation pouvant être utilisée dans un .module de présynthèse selon l'invéntion.
Dans un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, un logiciel de synthèse de sons de piano est enregistré sôus la forme d'un ou plusieurs fichiers dans une mémoire 1 de masse d'un système informatique tel qu'un microordinateur 2 de type ordinateur personnel, dit PC. La mémoire de masse est adaptée pour pouvoir transmettre, à travers un bus 3 de données, les données exécutables correspondant à ces fichiers de sauvegarde vers une unité
de trâ.itement comprenant au moins un processeur, 5 et une mémoire 6 vive associée. Une telle transmission des données vers l'unité 4 de traitement peut être effectuée de manière traditionnelle en faisant appel à des fonctions systèmes d'un :10. système d'exploitation 7 chargé en mémoire vive et s'exécutant au moyen de l'unité 4 de traitement du microordinateur 2.
Selon le premier exemple de mise'en aeuvre de l'invention, le système 7 d'exploitation comporte des pilotes logiciels adaptés pour permettre l'utilisation de périphériques dont est équipé le microordinateur 2. Ces périphériques comprennent notamment une carté 8 graphique et son moniteur 9 associé, un clavier 10 alphanumérique, une souris 11, une interface 12 MIDI, la mémoire 1 de masse et une carte 13 audio. Ce microordinateur 2 comporte en outre des ports et contrôleurs d'entrée/sortie de données, bus et interfaces permettant la communication entre les périphériques précités et l'unité 4 de traitement.
Selon le premier exémple de mise en ceuvre de l'invention, le dispositif comporte en outre un amplificateur 14 audio auquel est raccordé
la carte 13 audio du microordinateur 2 par l'intermédiaire d'un câble 15 de transmission d'un signal audio. Cet amplificateur est lui-même raccordé à au moins un haut-parleur 16 auquel il transmet un signal audio amplifié en vue de traduire ce signal. sous la forme de sons audibles.
Selon le premier exemple de mise en uvre de l'invention, le dispositif comporte en outre un clavier, dit clavier 17 MIDI, compôrtant un port, dit interface MIDI OUT, de branchement en vue de la transmission de messages, dits messages MIDI, conformes au standard dénommé Interface Numérique d'Instrument de Musique (MIDI). Ces messages MIDI sont représentatifs d'événements, détectés par le clavier 17, produits suite à des actions de l'utilisateur sur des touches 23 ou au moyen de boutons 33 de commandes du clavier 17 MIDI. En particulier des messages MIDI, dits messages MIDI de performance musicale, se rapportant au jeu de l'instrumentiste (déclenchement d'une note, vitesse d'enfoncement de la touche correspondantes, relâchement d'une note, actionnement d'une pédale etc.) sont notamment détectées lors d'actions de l'instrumentiste sur des touches 23 du clavier.
L'interface MIDI OUT est raccordée au moyen d'un câble 10' adapté, dit çâble MIDI, à un port d'entrée, dit midi IN, de l'interface 12 MIDI du microordinateur. Ainsi, les messages MIDI produits par le clavier peuvent être transmis jusqu'à l'unité 4 de traitement.
Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté pour interpréter tout message MIDI de performance musicale reçu et produire des 15 signaux audio sous un format numérique. Les signaux produits sont transmis en direction de la carte audio, de l'amplificateur et d'au moins un haut-parleur (ou casque d'écoute) associé en vue d'une production en temps réel de sons de piano audibles.
Dans cet exemple de mise en oruvre de l'inventiori, les 20 messages MIDI de performance musicale générés et transmis par le clavier MIDI
vers l'unité de traitement forment des signaux déclencheurs se rapportant au jeu d'un instrumentiste et qui permettent, grâce au dispositif selon l'invention, de produire des signaux audio représentatifs de sons correspondants à ce jeu.
Bien entendu, ces messages de performance musicale représentatifs d'un jeu d'un 25 instrumentiste peuvent se présenter sous tout autre format que le standard MIDI.
En pratique, les signaux déclencheurs doivent être représentatifs au moins de la fréquence principale d'une note et de sa durée et, de préférence, également de son intensité (ou vélocité).
Les signaux audio sont chacun obtenus en effectuant la 30 somme de signaux, dits partiels, sinusoïdaux exponentiellement amortis et d'un signal de percussion. Chacun des partiels (identifié par l'indice n) est défini par deux coefficients : la` fréquencé, dite fréquence fn , et le coefficient d'amortissement, dit coefficient dn qui forment les coefficients de timbre selon l'invention. En pratique, chaque note p du piano à simuler est associée, dans le logiciel de synthèse de sons de piano, à un jeu de coefficients de timbre définissant une pluralité de partiels.
Chaque note p peut correspondre à une corde ou à plusieurs cordes, dites cordes d'unisson. Il est à noter que pour une note p comportant K
cordes d'unisson (K étànt un nombre entier supérieur ou égal à 1), il existe K
partiels n pour chaqüè harmonique de la note p. A titre d'exemple, pour une note La dont le fondamental- est à 440 Hz et qui est dotée de 3 cordes, il existe 3 modes correspondant à 3 partiels dont les fréquences sont voisines de 440 Hz, modes correspondant à 3 partiels dont les fréquences sont voisines de 880 Hz, etc.
Il est à noter que, le terme harmonique doit s'interpréter comme désignant le mode de vibration du système formé par le couplage de la table d'harmonie et des cordes de la note p correspondante. A cet égard, compte tenu de .l'inharmonicité, ce terme désigne des modés de vibration dont la fréquence n'est pas nécessairement un multiple entier de celle du mode fondamental.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, le signal audio correspondant à une note p de piano jouée est produit en fonction des coefficients de timbre et selon des paramètres de déclenchement de la note p (intensité de frappe de la corde notamment) tels que déterminé selon un message MIDI de performance musicale. Le signal audio produit peut être représenté
selon la formule (1) suivante valable pour un ou plusieurs canaux audio :
s(p, t) _1 an (p) exp(-d, (p)t) sin(2#'n (P)t + Bn (p)) + b(p, t) (1) n oü :
- -t représente le temps, - p est un signal déclencheur identifiant la note p, et comprenant au moins la hauteur de cette note p, et éventuellement la vélocité
et/ou la durée de la note p, - s(p, t) représente le signal audio produit, 5 - dn(p) représente le coefficient d'amortissement d'un partiel n correspondant à la note p, - fn (p) représente la fréquence de chaque partiel n correspondant à la note p, - an (p) représente l'amplitude initiale du partiel n de 10 la note p directement après l'impact du marteau sur les cordes de la note p, - 6n (p) représente le déphasage du partiel n de la note p, - b(p,t) représente la partie perrcussive du son (impact du marteau sur les cordes, la structure) et tout autre cômposante du son 15 de piano non (ou mal) modélisable par une décomposition en somme de sinus.
La grandeur s peut être une grandeur vectorielle, chaque composante correspondant à un canal de sortie audio. De ce fait, les grandeurs a,,, en et bn sont également vectorielles. A chaque composante de s, on lui associe la composante correspondante de an, Bn et bn.
Dans une telle représentation, le résonateur correspond aux coefficients dn (p) et fn (p) et l'excitateur correspond aux coefficients an (p) et Bn (p) . Le résonateur est l'opérateur associé au modèle, ses valeurs propres déterminant dn (p) et fn (p) . L'excitateur est le second membre du système mécanique associé, les coefficients de la solution de ce système dans la base de modes propres déterminant an (p) et Bn (p) .
La formule (1) précitée peut être tradu:ite sous la forme équivalente suivante :
s(p, t) = reel (y an (p) eXP(2zifIn (p)t - dn (p)t)) + b(P, t) (2) n où an (p) _ -ian (p)eXp(i 6n (p (3) Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté pour déterminer les valeurs des coefficients de timbre pour l'ensemble des notes du piano selon des paramètres physiques représentatifs de propriétés physiques quantifiables mesurables de l'instrument, ayant une influence sur le timbre des sons produits par un instrument réel correspondant, mais ne permettant pas d'évaluer le comportement acoustique ou le son fourni sans résolution d'équations.
Les paramètres physiques comprennent avantageusement des paramètres de la table d'harmonie, et en particuli'er des paramètres, dits paramètres d'impédance, chacun représentatif de l'impédance Znp que présente la table d'harmonie de piano pour un partiel n d'une note p de piano.
En outre, les paramètres physiques comprennent avantageusement des paramètres de corde(s), et en particulier des paramètres, dits paramètres d'accordage, chacun représentatif d'un écart d'accordage sp entre une pluralité de cordes de piano couplées correspondant à la note p.
Le dispositif selon l'invention est adapté pour permettre une saisie, par l'utilisateur (c'est-à-dire par l'instrumentiste) des paramètres physiques, de sorte qu'il en résulte une modification des valeurs dn (p) et fn (p) (notés dnp et fõp dans les figures 7 et 8) des coefficients de timbre et, par voie de conséquence, une modification du timbre des sons produits. Bien sûr, la modification du timbre des sons produits doit correspondre à la modification des paramètres physiques saisis par l'utilisateur.
En pratique, le logiciel de synthèse de sons de piano comprend un module, dit module 19 de présynthèse, apte à déterminer les valeurs à affecter aux coefficients de timbre en fonction des paramètres physiques selon une fonction, dite fonction d'interpolation. Dans le premier exemple de mise.en ceuvre de l'invention, la fonction d'interpolation permet de déterminer les valéurs d'une pluralité d'éléments modaux, à partir de valeurs saisies des paramètres physiques. Dans cet exemple, les éléments modaux comprennent les coefficients de timbre et des déplacements modaûx, représentatifs des modes propres, dits modes unp, du système couplé de la table d'harmonie et des cordes. Chacun de ces modes u,,p correspondant à un partiel n de la note p. Cette fonction d'interpolation est construite préalablement à la réalisation du dispositif selon l'invention de cet exemple au- moyen d'un calculateur à partir d'une constellation de points chacun associant un jeu de valeurs Znp , sp , des paramètres physiques avec un jeu de valeurs, fnp, d,, unp des éléments modaux.
Pour ce faire, ledit calculateur génèrè des coefficients numériques définissant cette fonction d'interpolation.
Pour la construction de la fonction d'interpolation, on peut utiliser des fonctions polynomiales à plusieurs variables, des fonctions de base radiales,... La construction de la cônstellaxion de points est basée sur des techniques connues en elles-mêmes telles que les hypercubes latins, le remplissage de l'espace (de l'anglais space filling ) ou la technique de grilles éparses (de l'anglais sparse grid ). Une fonction de régression linéaire peut aussi être considérée. Dans une variarite préférentielle, les dérivées successives des éléments modaux par rapport auxdits. paramètres physiques sont calculées pour la construction d'un polynôme de Taylor ou d'un approximant de Padé à
plusieurs variables. La constellation de points est alors remplacée par une constellation de directions de dérivation.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, les valeurs des éléments modaux de chaque point sont déterminées, préalablement à l' exécution de la méthode d'approximation, selon une modélisation mécanique du piano, à partir des paramètres physiques de ce dernier, et notamment des valeurs saisies par l'utilisateur. Cette modélisation mécanique est mise en oeuvre selon une méthode d'analyse numérique. La méthode d'analyse numérique peut être exécutée par un calculateur (non représenté sur les figures).
18 A titre d'exemple, une méthode des éléments finis peut -être mise en oeuvre pour modéliser la table d'harmonie et les cordes d'un pianô en vue de déterminer le comportement dynamique du système formé par la table d'harmonie et les cordes de façon à déterminer ses fréquences de résonance complexes ( fnp +idõp / 2z) ainsi que les dits modes propres u,p du système couplé de la table d'harmonie et des cordes. A cet égard, la publication PH.
GUILLAUME, Nonlinear eigenproblems, SIAM J. Matrix Anal. Appl. Vol 20 No 3 (1999), 575-595, décrit un procédé de calcul des valeurs propres complexes d'un système aux valeurs propres non linéaire, qui peut être utilisé dans la présente invention.
Des matrices de masse, de rigidité et d'amortissement nécessaires à la mise en uvre de la méthode des éléments finis sont établies selon un modèle de piano à simuler.
En particulier ces matrices sont déterminées en fonction de valeurs de paramètres, dits paramètres de modélisation de piano, de ce modèle de piano à simùler.
Selon le modèle de piano du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention, chaque note p correspond à une ou plusieurs cordes d'unisson sur lesquelles percute un marteau correspondant à cette note.
Conformément aux règles de l'art en matière de facture de pianos modernes, quelques notes graves du piano à simuler peuvent comprendre une ou deux cordes d'unisson tandis que les autres notes peuvent comprendre trois cordes d'unisson.
Dans le premier exemple, les paramètres de modélisation de piano comprennent le paramètre d'écart d'accordage S. entre les cordes d'unisson de la note p. En pratique ce paramètre peut correspondre à un facteur de pondération, dit facteur d'accordage, représentatif d'un écart d'accordage entre plusieurs cordes de la note. A titre d'exemple illustratif, dans le cas où trois cordes sont associées à la note, les tensions de ces cordes peuvent être :
déterminées selon les formules (3) et (4) suivantes :
TZ c g pTl (4) T3 -(2-sp)Ti (5) où:
- sp représente la valeur du facteur d'accordage, cette valeur étant un nombre réel positif inférieur à l'unité, - T, est représentatif de la tension d'une première corde dont l'àccordage est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde correspond à la fréquence fondamentale de la note p correspondante, tel que déterminé selon un tempérament prédéterminé du piano à simuler, - T2 est représentatif de la tension d'une deuxième corde dont l'accordage est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde est de fréquence supérieure à la fréquence fondamentale de la note p correspondanté, - T3 est représentatif de la tension d'une troisième corde dont l'accordage-est tel que le mode de vibration fondamental de cette corde est de fréquence inférieure à la fréquence fondamentale de la note p correspondante.
En outre, les paramètres de modélisation de piano du premier exemple de mise en oeuvre de l'invention comprennent au moins un paramètre de modélisation de la table d'harmonie. En particulier, un facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie. peut constituer un paramètre de modélisation de la table d'harmonie.
Dans le premier exemple de mise en oruvre de l'invention, les matrices de masse, de rigidité et d'amortissement sont établies selon les dimensions et la structure des cordes et de la table d'harmonie, ainsi que du tenseur de Hooke de ces éléments du piano tel que déterminé selon le modèle du piano à simuler et les valeurs des paramètres de modélisation de piano.
La méthode des éléments finis est mise en oeuvre pour déterminer, pour chaque note p du piano à simuler, une valeur d'impédance Znp de la table d'harmonie pour chaque partiel n de la riote p. Ces valeurs Znp d'impédance de table d'harmonie sont représentatives de propriétés physiques de la table d'harmonie.
Le modèle de piano du premier exemple de mise en oeuvre 5 de l'invention est un modèle proche de la réalité.
En particulier, chaque corde du piano peut être modélisée en tant que poutre élastique. L'inventeur a pu constater que l'utilisation d'un tel modèle permet de traduire l'effet d'inharmonicité se produisant en raison de la rigidité non négligeable de la corde en flexion, ainsi '.que 1'effet quadratique dû à
10 l'interaction avec Ie chevalet. Ce dernier effet. sonore est d'autant plus perceptible que l'amplitude de vibration de la corde est importante, donc que les notes sont jouées fortement.
En outre, dans la modélisation utilisée dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, chaque corde est considérée comme 15 étant encastrée au niveau de la pointe d'accroche et du sillet. Cette pointe d'accroche et le sillet peuvent être considérées comme totalement immobiles de sorte que la position de la corde au niveau du sillet et la position de la corde au niveau de la pointe d'accroche forment, dans le modèle du premier exemple, des conditions aux limites de la corde. Par ailleurs, chaque corde est considérée 20 comme étant rigidement reliée avec le chevalet de la. table d'harmonie par l'intermédiaire des pointes de chevalet conformes aux règles de l'art en matière de facture de piano.
Ainsi, cette modélisation tient compte du couplage des , cordes du piano et de la table d'harmonie. Ce couplage est procuré dans les pianos de facture traditionnelle au niveau du chevalet en raison d'un forçage de la position de chaque corde en cet endroit. Le modèle permet de tenir compte de l'influence mutuelle des cordes du piano, notamment le phénomène de résonance par sympathie entre les notes et l'influence mutuelles des cordes d'unisson d'une même note. L'inventeur a pu constater que la prise, en compte, dans la modélisation, de ce couplage des cordes et de la table d'harmonie ainsi que des écarts d'accordage entre les cordes d'unisson des notes permet d'obtenir un dispositif produisant des sons de piano réalistes.
Un modèle de coque peut être employé pour représenter par éléments finis la table d'harmonie, y compris le sillet et le chevalet de cette table d'harmonie. Un modèle laminaire de rang 1 peut en outre être utilisé pour tenir compte de l'orientation de la fibre de la table d'harmonie avec des renforts dans la direction orthogonale.
La table d'harmonie peut également être modélisée par un matériau isotrope avec un ajout de renforts dans la direction de la fibre et dans la direction orthogonale. Enfin, on peut utiliser un modèle en trois dimensions, dit modèle 3D, isotrope ou non.
La méthode des élélnents finis est mise en ceuvre à
plusieurs reprises en faisant varier, après chaque étape d'analyse (itération), la valeur d'au moins un paramètre de modélisation de piano de façon à modifier * les propriétés physiques du piano. Les matrices de la méthode des éléments finis sont redéfinies en conséquence après chacune des étapes d'analyse. Une pluralité de points représentatifs de différentes configurations mécaniques de piano (telles que définies par les valeurs Z,, sP, des paramètres physiques) et du comportement acoustique correspondant (tel que défini par les valeurs fnp, d np , des coefficients de timbre obtenues à partir des valeurs Znp , sp , des paramètres physiques ) sont ainsi déterminés.
La méthode des éléments finis est répétée un grand nombre de fois. Il s'agit de fournir un nombre de points distincts permettant de définir la fonction d'interpolation avec suffisamment de précision de sorte qu'elle permette d'obtenir, à partir d'un jeu de valeurs ZnP, sp, des paramètres physiques, qui correspondent aux valeurs pouvant être saisies par l'utilisateur, des valeurs fnp , dnp , unp des éléments modaux représentatifs de la configuration mécanique correspondant à ces valeurs des paramètres physiques. L'ensemble de ces valeurs associées est déterminé par calculs préalables et ses valeurs et leurs correspondances sont utilisées par un processus d'interpolation du module de présynthèse.
La figure 7 illustre une mise en ceuvre de la méthode des éléments finis pouvant être utilisée pour réaliser un module de présynthèse selon l'invention. Dans cette figure un procédé mettant en oeuvre la méthode est représentée par un bloc schématique 300 recevant en entrée les valeurs p ,pQ, ,pA ,Eõ= ,Ãp;= =,EP des paramètres de modélisation de piano et produisant, pour chaque partiel n de chaque note p, les valeurs unP , fnP, dnp, correspondantes des éléments modaux ainsi que les valeurs ZnP correspondantes des paramètres d'impédance: Dans la figure 7:
- pQ. représente un paramètre de modélisation de la table d'harmonie identifié par l'indice a, par exemple le facteur de pondération des valeurs du tenseur de Hooke de la table d'harmonie, - A représente le nombre de paramètres de modélisation de la table d'harmonie, - sP représente l'écart d'accordage d'une note p de la table d'harmonie, - P représente le nombre de notes du piano à
simuler, - N représente le nombre de partiels par note, - Znp représente le paramètre d'impédance correspondant au partiel n de la note p, - unp représente le mode propre du partiel n de la note p.
Le processus défini par la figure 7 est exécuté sur un calculateur de grande puissance qui n'est pas représenté. Ces calculs sont effectués au préalable et non en temps réel, leurs résultats sont enregistrés dans une mémoire de masse accessible au module de production des sons, de telle sorte que ce module de production des sons peut générer des sons d'instruments à
cordes et à clavier en temps réel.
La figure 8 illustre la mise en oeuvre d'une méthode d'approximation pouvant être utilisée pour réaliser un module de présynthèse selon l'invention. Dans cette figure un procédé mettant en oeuvre la méthode d'approximation est représenté par un bloc schématique 400 recevant en entrée les valeurs Z,,,,='=,Znp,,===,ZNPJ,11,===,pl,== ,PJ des paramètres physiques et produisant une fonction permettant de déterminer les valeurs correspondantes unp , fnp, dnp , des éléments modaux correspondant à chaque partiel n de chaque note p. Dans la figure 8:
- j est un indice identifiant un point obtenu lors d'une étape d'analyse correspondante de la méthodes des éléments finis, - J représente le nombre de points obtenus au moyen de la méthode des éléments finis, - P représente le nombre de notes du piano à
simuler.
En pratique, la fonction d'interpolation peut être déterminée au moyen d'une technique de kriegage, de réseaux neuronaux, d'une machine à support vectoriel, dite SVM, d'une fonction de masse radiale, dite RBF, ou de toute interpolation adaptée.
En alternative, la technique des dérivées successives peut être mise en oeuvre (cf. PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Solution to the time-harmonic Maxwell's equations in a waveguide, use of higher order derivatives for solving the discrete problem, SIAM Journal on Numerical Analysis, 34-4 (1997), 1306-1330 - PH. GUILLAUME, Nonlinear eigenproblems, SIAM J. Matrix Anal. Appl. Vol 20 No 3 (1999), 575-595 - J. D.
BELEY, C. BROUDISCOU, PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, F.
THEVENON, Application de la Méthode des Dérivées d'Ordre Elevé 'à
l'Optimisation des Structures, REVUE EUROPEENNE DES ELEMENTS
FINIS, 5(1996), 537-567 - M. MASMOUDI and PH. GUILLAUME, Sensitivity Computâ.tion and Automatic Differentiation, Control and Cybernetics, 25 (1996) No 5, 831-866 - M. MASMOUDI, PH. GUILLAUME and C.= BROUDISCOU, Automatic differentiation and shape optimization, J. Herskovitz(ed.), Advances in Structural Optimization, 413-446, Kluwer Academic Publishers, Printed in the Netherlands, 1995 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Computation of high order derivatives in optimal shape design, Numerishe Mathematik, Vol. 67 No 2 (1994), 231-250, 1994 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Calcul numérique des dérivées d'ordre supérieur en conception optimale de formes, C.R. Acad.
Sci.
Paris, t.316 Série I(1993), 1091-1096 - PH. GUILLAUME, M. MASMOUDI, Dér ivées d'ordre supérieur en optimisation de domaines, C.R. Acad. Sci.
Paris, t.315, Série I(1992), 859-862 - C. BROUDISCOU, M. MASMOUDI and PH.
GUILLAUME, Application of automatic differentiation to Optimal Shape Design,. J. Herskovitz(ed.), Advances in Structural Optïmization, 413-446, Kluwer Academic Publishers, Printed in the Netherlands, 1995). Conformément à cétte méthode, un calcul des dérivées successives des coefficients de timbre par rapport aux paramètres physiques peut être réalisé pour une modélisation du piano selon les éléments finis en vue de construire un polynôme de Taylor ou un approximant de Padé. Un tel polynôme ou un tel approximant forme uine fonction d'interpolation selon l'invention.
En alternative, la méthode de Padé généralisée à plusieurs variables peut être utilisée en tant que méthode d'approximâ.tion (cf. PH.
GUILLAUME, Nested Multivariate Padé Approximants, Journal of Computational and Applied Mathematics, 82 (1997), 149-158 - PH.
GUILLAUME, A. HUARD, V. ROBIN, Generalized Multivariate Padé
Approximants, J. Approx. Theory, Vol. 95, No. 2 (1998), 203-214 - PH.
GUILLAUME, Convergence of the Nested Multivariate Padé Approximants, J.
Approx. Theory, Vol. 94, No. 3 (1998), 455-466 - PH. GUILLAUME, A.
HUARD, Multivariate Padé approximation, Journal of Computational and Applied Mathematics 121 (2000), 197-219).
En outre, les points à partir desquels est mise en oeuvre la méthode d'approximation peuvent êtré déterminés par toute autre méthode que la méthode des éléments finis. En particulier, toute méthode permettant de déterminer le comportement dynamique, les modes u np et les fréquences de 5 résonance complexes, peut être utilisée. A titre d'exemple, les points peuvent être déterminées en procédant selon des méthodes spectrales ou utilisant le principe des différences finies. En outre, des circuits équivalents, des treillis de poutre ou de barres équivalents, un calcul analytique ou spectral, peuvent être employés.
Dans un dispositif: selon l'invention, une saisie de 10 paramètres physiques peut être réâ.lisée par l'utilisateur par tout inoyen.
Dans le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, une telle saisie peut être réalisée directement par l'utilisateur à partir de dispositifs d'interface homme machine dont est équipé le micrôordinateur, notamment l'écran 9 et la souris 11. En pratique,; le logiciel de synthèse de sons 15 de piano du premier exemple de mise en oeuvre de l'irivention peut définir une interface graphique s'affichant sur le moniteur 9 lors de l'exécution du logiciel de synthèse de sons de piano. Cette interface comporte une pluralité
d'éléments graphiques représentant des boutons 30, 31, 32, 34, montés sur glissières, identifiés à l'attention de l'utilisateur par des éléments 25 textuels.
20 Dans le premier exemple .de mise en oeuvre de l'invention, le logiciel de synthèse de sons de piano comprend des fichiers de sauvegarde définissant, pour chaque note p du piano, des valeurs par défaut pour les paramètres d'accordage. La position d'un bouton 34 de l'interface graphique du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention permet de déterminer la valeur 25 d'un facteur de pondération. Le logiciel de synthèse de sons de piano est adapté
pour multiplier ce facteur de pondération avec chacune des valeurs par défaut des paramètres d'accordage. Les valeurs issues de cette multiplication correspondent à des valeurs sp saisies des paramètres d'accordage en vue de la détermination des valeurs unp , d np , fnp , des éléments modaûx au moyen de la fonction d'interpolation.
Dans le premier exemple de mise en ceuvre de l'invention, la saisie des valeurs d'impédance Znp des paramètres mécaniques est réalisée' pour chaque note p selon une fonction, dite fonction de pondération. Cette fonction de pondération définit un facteur de pondération pour chaque valeur d'impédance d'une pluralité de valeurs d'impédances par défaut correspondant chacune à un partiel n de cette note p. La position de boutons 30, 31, 32 de l'interface graphique du premier exemple de mise en ceuvre de l'invention permet à l'utilisateur de modifier les fonctions de pondération de sorte que les valeurs d'impédances obtenues par pondération, selon ces fonctions, des valeurs :
d'impédance par défaut correspondent à des valeurs ZnP saisies des paramètres d'impédance. Ces valeurs Znp saisies sont employées pour déterminer les valeurs Llnp , dnP, fnp, des éléments modaux au moyen de la fonction d'interpolation.
En pratique, les valeurs d'impédances par défaut peuvent être lues par le logiciel de synthèse de sons de piano dans des fichiers de sauvegarde. Ces valeurs d'impédance par défaut peuvent être les valeurs Znpi déterminées lors d'une analyse numéro j par la méthode des éléments finis. En outre, le logiciel de synthèse de sons de piano du premier exemple peut comprendre des fichiers de sauvegarde définissarit, pour chaque note p du piano, des valeurs par défaut de paramètres de la fonction de pondération correspondante. Chaque fonction de pondération définit une valeur du facteur de pondération a-p (h) pour chaque harmonique de la note p en fonction dù rang h de l'harmonique. Le facteur de pondération a-p (h) ainsi défini pour chaque harmonique est employé pour pondérer les modules des valeurs d'impédances par défaut des K partiels de la note p correspondant à cet harmonique.
Chaque fonction de pondération peut être une fonction affine continue composée de deux parties. La figure 3 illustre une telle fonction ayant le facteur de pondération ap (h) en ordonnée et le rang h des harmoniques en abscisse. Une première partie 42 constante définit, un facteur de pondération constant pour les harmoniques de rang faible. Une deuxième partie 43 définit un facteur de pondéràtion décroissant avec le rang h des harmoniques de rang élevé.
Chaque fonction de pondération peut être définie au moyen de trois paramètres de fonction de pondération. Un premier paramètre, dit constante 40 de pondération, détermine la valeur du facteur de pondération pour les harmoniques" de rang faible. Un deuxième paramètre, dit indice 41 de coupure, détermine le rang à partir duquel la fonction de pondération devient décroissante. Cet indice correspond au rang maximum des harmoniques de rang faible. Un troisième paramètre, dit facteur de qualité, détermine la pente de la deuxième partie 43 de la fonction affine.
Trois boutons 30, 31, 32 de l'interface graphique forment des moyens de saisie des paramètres des fonctions de pondération de toutes les notes. En pratique, la position de chaque bouton par rapport à sa glissière peut être représentativé` d'un facteur de pondération à appliquer aux valeurs par défaut de paramètres des fonctions de pondération. Ainsi chacun des trois boutons 30, 31, 32 permet de. modifier, de manière uniforme ou non, les paramètres des fonctions de pondération de l'ensemble des notes du piano : le premier bouton permet de modifier les constantes 40 de pondération de ces fonctions, le deuxième bouton 31 permet de modifier les indices 41 de coupure de ces fonctions et le troisiéme bouton 32 permet de modifier les facteurs de qualité
de _ces fonctions.
Les boutons 30, 31, 32 et 34 de l'interface graphique ainsi que les périphériques permettant leur manipulation (notamment la souris 11, le clavier 10 et l'écran 9) forment des moyens de saisie de paramètres physiques selon l'inventibn.
Le logiciel de synthèse de sons de piano perniet ainsi à
l'utilisateur d'effectuer des modifications des propriétés physiques du piano affectant de manière uniforme ou non une pluralité des notes du piano en agissant sur un nombre réduit de moyens de saisie, tels que les boutons 30, 31, 32 et 34 de l'interface graphique.
Rien n'empêche de doter le logiciel de synthèse de sons de piano de moyens de saisie (tels que les boutons 30, 3 T, 32 et 34 précités) des paramètres de table d'harmonie et des paramètres de cordes pour chaque note p du piano en vue de permettre à l'utilisateur de défmir avec plus de précision les propriétés physiques du piano.
En outre, rien n'empêche de définir chaque fonction de pondération selon un plus grand nombre de paramètres de fonction de pondération en vue de permettre à l'utilisateur de définir avec plus de précision les propriétés physiques de la table d'harmonie en fonction des rangs des harmoniqués de chaque note.
En outre, les fonctions de pondération des notes du piano peuvent être déterminées par tout autre moyen de contrôle que les boutons 30, 31, 32. A titre d'exemple, l'interface graphique peut comporter une représentation graphique de chaque fonction de pondération sous la forme d'une courbe continue s'étendant dans un plan doté d'une abscisse correspondant au rang h des harmoniques et d'une ordonnée correspondant au facteur 07 p (h) de pondération. En pratique, cette courbe peut être de type spline cubique et l'interface graphique peut comporter des éléments graphiques, dits poignées, correspondant chacun à un point de contrôle de la spline cubique.
En alternative ou en combinaison, des moyens 33 manuels de commande du clavier MIDI peuvent être employés pour générer des messages MIDI correspondant à des modifications à apporter aux paramètres physiques, le logiciel de synthèse de sons de piano étant alors adapté pour interpréter de tels messages MIDI et réaliser une saisie correspondante des paramètres physiques.
Dans ce cas, les boutons 33 de commande du clavier 17, l'interface 12 MIDI et un module logiciel (non représenté) d'interprétation des messages MIDI
correspondant à des commandes de saisie des paramètres physiques, forment des moyens de saisie du dispositif selon l'invention.
En outre, en variante rien n'empêçhe d'effectuer automatiquement une séquence de modifications des propriétés physiques au moyen par exemple d'un logiciel séquenceur MIDI (non représenté), s'exécutant au sein du microordinateur 2 et adapté pour transmettre au logiciel de synthèse de sons de piano'des messages MIDI correspondants préalablement enregistrés dans un fichier de sauvegarde. Il est à noter que rien n'empêche par ailleurs de transmettre, au moyen d'un tel logiciel séquenceur MIDI, une séquence de messages MIDI de performance musicale préalablement enregistrés dans un fichier de sauvegarde. Les messages MIDI de performance musicale ainsi transmis forment des signaux déclencheurs selon l'invention.
Le logiciel de synthèse de sons de piano peut être .10 pro.grammé pour créer, suite -à .son chargement en mémoire; des processus s'exécutant au sein de l'unité 4 de traitement avec d'autres processus, notamment des processus systèmes, selon un ordonnancement dont la gestion est assurée par le système 7 d'exploitation.
Le module 19 de présynthèse exécute un premier processus, dit processus de présynthèse, qui est adapté pour fournir les valeurs d np , des coefficients de timbre correspondant à des valeurs à p, Z,, de paramètres physiques saisis. Ce processus de présynthèse ne s'exécute pas en temps réel, mais au contraire comme une tâche de fond.
La figure 5 représente un schéma algorithmique selon , lequel le processus de présynthèse s'exécute. Suite à sa création par le module 19 de présynthèse du logiciel de synthèse de sons de piano, le processus de présynthèse est programmé pour effectuer une étape d'initialisation 101 dans laquelle ce processus lit les fichiers de sauvegarde les valeurs par défaut des paramètres d'accordage, les valeurs d'impédances par défaut et les valeurs par défaut des paramètres des fonctions de pondération.
Dans une étape 103 subséquente à l'étape 101, le processus de présynthèse détermine, tel que précédeniment décrit, les valeurs fnp, dnp , unp , des éléments modaux à partir des valeurs s p, Znp, saisies des paramètres physiques, puis enregistre ces valeurs fnp, d np , unp , à l'attention du processus temps réel de production des sons. En pratique, ces données peuvent être enregistrées dans un fichier de transfert 'de données accessible au processus temps réel de production des sôns de façoin à permettre une récupération de ces données par ce dernier processus.
Il est à noter que la fonction d'interpolation permet de 5 déterminer, avec une faible charge de calcul, les valeurs fn~ , d np , unp , des éléments modaux correspondant au jeu de valeurs des paramètres physiques.
En outre, .dans l'étape 103, le processus de présynthèse traite, pour chaque note p du piano, une pluralité de signaux, dits signaux excitateurs Ep, (t) , chacun représentatif de l'excitation des cordes de la note p 10 selon une inténsité de frappe I de cette note. En pratique, ces signaux excit'ateürs peuvent être mesurés directeni.ent sur un piano de facture traditionnelle en utilisant un dispôsitif mécanique automatique et réglable d'enfoncement des notes du piano, ces signaux excitateurs étant enregistrés dans des fichiers de sauvegardes. Il est à noter à cet égard que ces signaux excitateurs ne sont jamais 15 utilisés dans un dispositif selon l'invention en tant que signal audio.
A partir de chacun de ces signaux excitateurs E p, (t) , le processus de présynthèse détermine les valeurs de paramètres, dits paramètres d'excitation, représentatifs de l'amplitude initiale an (p) et du déphasage 9n (p) de chaque partiel n des notes p. En pratique, le processus de présynthèse traite 20 chaque signal excitateur Ep, (t) selon les modes propres u, de la note p correspondante, conformément à la méthode modale. En un point x donné de la table d'harmonie, le déplacement u(x,t) se décompose sous la forme suivante u(x, t) = Re(J an exp(2i ir( fn + idn )t)) (6) n où les an sont fournis par les formules (1), (2) .et (3) de l'analyse modale 25 mentionnées ci-dessus.
Chaque jeu de valeurs des paramètres d'excitation an (p) et 9n (p) ainsi obtenu pour chaque note p est enregistré à l'attention du processus de production dans un tableau selon lequel les jeux de valeurs sont classés en fonction de l'intensité frappe I du signal excitateur EpI (t) .
En variante, les paramètres d'excitation peuvent être obtenus de toute autre façon, par exemple à partir d'un modèle -physique représentatif de l'interaction corde-marteau.
Dans une étape 104, subséquente à l'étape 103, le processus de présynthèse se place en attente de la réception d'un signal selon lequel au moins un paramètre physique a été saisi. Un tel signal peut être transmis au module de présynthèse suite à tout déplacement d'un des bôutons 30, 31, 32, 34, de l'interface graphique. Suite à la réception d'un tel signal de commande, le processus de présynthèse exéçute de nouveau l'étape 103 et les étapes subséquentes.
Dans l'exemple, le module de présynthèse détermine ainsi de nouvelles valeurs de, coefficients de timbre et de paramètres d'excitation à
chaque modification d'un paramètre physique, telle que déterminée par une saisie de l'utilisateur à l'aide des moyens de saisie (souris, clavier, interface graphique...) ou par un logiciel transmettant des signaux correspondants (séquenceur MIDI par exemple) à un module logiciel (non représenté) de production de sons de piano, adapté pour interpréter les signaux et effectuer une saisie correspondante des paramètres physique.
De préférence, suite à chaque enregistrement des valeurs des coefficients de timbre effectué à l'étape 103, et avant de se placer en position d'attente selon l'étape 104, le module de présynthèse est adapté pour transmettre une interruption au module de production de sons pour lui signifier que des nouvelles valeurs de coefficients de timbre et de paramètres d'excitation sont disponibles.
Le processus de présynthèse s'exécute de préférence continuellement jusqu'à ce que le logiciel de synthèse de sons de piano lui signale de se terminer.
Le logiciel de synthèse de sons de piano comprend en outre un module 20 de production en temps réel par voie numérique de signaux audio représentatifs des sons. Ce module 20 temps réel de production de sons crée, en mémoire vive, au moins un processus temps réel de production des sons tel que mentionné ci-dessus, adapté pour pouvoir lire les valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation produits par le processus de présynthèse et produire des signaux audio numériques en fonction des signaux déclencheurs (représentatifs du jeu d'un instrumentiste) reçus. Ce processus 20 de production de sons en temps réel génère les signaux audio, par synthèse additive selon les formules (1), (2) et (3) mentionnées ci-dessus, c'est-à-dire en cumulant~ les partiels,à partir des coefficients de timbre et des signaux déclencheurs. Ce calcul temps réel est très simple et ne requiert qu'une très faible puissance de calcul.
La figure 6 représente un schéma algorithmique selon lequel le processus temps réel de production des sons s'exécute. Lors d'une étape d'initialisation 201 ayant lieu suite à la création du processus de production par le logiciel de synthèse de sons de piano, le processus temps réel de production des sons récupère les valeurs de coefficients de timbre et des paramètres d'excitation enregistrées à son attention par le processus de présynthèse.. A cet égard, il est à
noter que le processus temps réel de production des sons peut être adapté pour attendre de recevoir un signal transmis par le processus de présynthèse lui indiquant que de telles données sont effectivement disponibles.
Dans l'étape 202 subséquente à l'étape 201, le processus temps réel de production des sons se place en état d'attente de la réception d'un signal déclencheur.
Dans l'étape 203 subséquente à l'étape 202, le processus temps réel de production des sons réalise, conformément à la formule précédemment décrite, la synthèse d'un signal s(p,t) représentatif d'un son de piano en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à produire et à une intensité de frappe de cette note p telles que déterminées par un signal déclencheur reçu. De préférence, le processus temps réel de produ.ction des sons est adapté pour sélectionner les valeurs des paramètres d'excitation correspondant à une intensité I de frappe la plus proche de celle déterminée par le signa.l déclencheur reçu.
Un son percussif b(p,t) est ajouté à la somme des partiels.
Un même son préenregistré peut être combiné à chacun des signaux sommés correspondant aux. notes produites. De préférence, une pluralité de bruits b( p, t) de percussion sont enregistrés pour différentes. notes p. Rien n'empêche en outre d'enregistrer différents bruits de percussion correspondant chacun à
différentes forces d'impact du marteau sur les cordes en vue* de produire un son percussif pour chaque note p jouéepâr l'instrumentiste en tradùisant de manière plus réaliste les nuances de son jeu.
Suite à l'exécution de l'étape 203, le processus temps, réel de production des sons exécute à nouveau l'étape 202.
Le processus temps réel de production des sons s'exécute de préférence continuellement jusqu'à ce que le logiciel de synthèse de sons de piano lui signale de se terminer.
De préférence, plusieurs processus temps réel de production des sons peuvent être créés en vue d'une exécution concurrente de ces processus sur un même processeur ou d'une exécution parallèle de cés processus sur plusieurs processeurs. En particulier, un processus temps réel de production des sons peut être créé pour chaque note p de piano de façon à permettre la production simultanée de plusieurs signaux audio correspondant chacun à une note p de piano. Ces signaux audio peuvent être sommés, par exemple au moyen d'un module matériel de mixage de la carte son, en vue de produire le signal audio transmis vers l'amplificateur.
Les ordinateurs personnels exécutent généralement de nombreux processus qui peuvent gêner le déroulement d'un logiciel de synthèse de sons de piano tel que celui du premier exemple de l'invention. Pour pallier à
cet inconvénient, le système informatique peut être réalisé sous la forme d'un système dédié, spécialement configuré pour exécuter un logiciel de synthèse de sons de piano tel que celui du premier exemple mise en uvre de l'invention.
En particulier, un tel système peut être réalisé au moyen d'un microordinateur équipé d'un système d'exploitation bridé de façon à pouvoir exécuter uniquement le logiciel de synthèse de son de piano. De préférence un tel système peut être configuré pour permettre d'éventuelles mise à jours et le transfert de fichiers de sauvegarde.
Selon un deuxième exemple de mise en uvre de l'invention, le dispositif selon l'invention peut être réalisé sous la forme d'un clavier électronique (figure 4) de touches mécaniques de piano comportant un module (non.,représenté) de traitement numérique, similaire à l'unitécentrale du premier exemple de mise en ceuvre. Ce module peut être adapté pour exécuter un logiciel embarqué similaire au logiciel du premier exemple de mise en uvre de l'invention. En outre, ce clavier peut comporter des boutons 130, 131, 132 de contrôle de paramètres de fonctions de pondération similaires à celles du logiciel du premier exémple de mise en oeuvre. En outre, ce clavier peut comporter un bouton 134 de contrôle de l'écart d'accordage entre les cordes d'unisson des notes de piano.
Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre au sein d'un système dit silencieux permettant de jouer sur le clavier d'un piano acoustique sans importuner son entourage. Un tel système peut comprendre un mécâ.nisme d'arrêt des marteaux du piano acoustique avant tout impact sur les cordes et des capteurs disposés au niveau du clavier. Dans cet exemple, un boîtier formant un dispositif selon l'invention est adapté pour produire des sons de piano selon des signaux déclencheurs générés par les capteurs. Ces sons. de piano peuvent être amplifiés et transmis à un casque d'écoute branché sur le boîtier.
Des moyens de saisie d'un tel dispositif peuvent être fournis sous une forme similaire à ceux du deuxième exemple de mise en uvre de l'invention.
Les dispositifs donnés en exemple permettent de réaliser une saisie manuelle des paramètres physiques au moyen du clavier, de la souris... Rien n'empêche de mettre en uvre un dispositif selon l'invention '35 adapté pour permettre à un utilisateur d'effectuer une telle saisie par tout autre moyen adapté, par exemple au moyen d'un système de reconnaissance vocale.
Aussi, en alternative, rien n'empêche d'utiliser tout autre moyen qu'une fonction d'interpolation pour calculer les coefficients de timbre directement à partir des paramètres physiques. On peut par exemple utiliser un modèle réduit du système dynamique couplant les cordes et la table d'harmonie de l'instrument à cordes et à clavier.
Aussi, en alternative, rien n'empêche d'utiliser toute autre méthode permettant de déterminer les valeurs des paramètres d'excitation a,, (p) 10; et en (p) sans nécessiter le traitement par analyse modalé de signaux excitateurs mesurés. On peut par exemple utiliser un modèle réduit non linéaire de l'interaction entre le marteau et les cordes permettant de calculer directement les amplitudes et les phases relatives à chaque partiel pour différentes forces de frappe du marteau. Dans une telle mise en aeuvre, un filtre équaliseur peut simuler l'effet de la table d'harmonie selon les fréquences d'excitation, et la décomposition modale de l'excitation devient alors inutile.
Par ailleurs, rien n'empêche d'employer des paramètres physiques autres que ceux du premier exemple de l'invention. Les paramètres physiques selon l'invention penvent correspondre à toute autre propriété
physique mesurable de la. table d'harmonie ou des cordes de piano ayant une influence sur le timbre des sons produits par un piano.
En particulier les paramètres de table d'harmonie peuvent être rèprésentatifs de propriétés physiques de la table d'harmonie correspondant à
des choix de facture d'instrument. Ces paramètres physiques comprennent notamment des paramètres représentatifs de la structure, du comportement sous contraintes, du comportement vibratoire, de la dimension, des matériaux, de l'agencement de la table d'harmonie ainsi que dés pièces qui la constituent. A
titre d'exemple, la dimension de la table d'harmonie dans le sens de l'épaisseur, de la longueur ou de la largeur peut constituer un paramètre de table d'harmonie selon l'invention. En pratique, un facteur multiplicatif d'une dimension de la table d'harmonie peut constituer un tel paramètre physique. Par ailléurs, des paramètres représentatifs de la forme de certaines parties dé la table d'harmonie peuvent constituer des paramètres de table d'harmonie selon l'invention. En pratique, un facteur multiplicatif des rayons de courbures du contour de la table d'harmonie vue de face peut constituer un tel paramètre physique. Aussi, un facteur de pondération des valeurs de la matrice du tenseur de Hooke peut constituer un paramètre de table d'harmonie selon l'invention.
En outre, les paramètres de table d'harmonie peuvent être représentatifs de propriétés physiques de la table d'harmonie non liées à des choix de facture. A titre, d'exemple, un paramètre de table d'harmonie peut être représentatif d'un taux d'humidité de la table d'harmonie:
Rien n'empêche d'employer des paramètres de corde(s) autre(s) que les paramètres d'accordage du premier exemple de mise en oeuvre de l'invention. En particulier, un paramètre représentatif de la tension d'une corde de piano peut être employé pour chaque corde du pian'o. Il est à noter que de tels paramètres constitue, dans le cas de notes à laquelle sont associées plusieurs cordes du piano, des paramètres de cordes représentatifs d'écarts d'accordage entre ces cordes d'unissons des notes d'un piano.
En outre, des paramètres de corde(s) représentatifs du tempérament du piano peuvent çonstituer des paramètres de cordes selon l'invention.
Outre des paramètres physiques représentatifs = du réglage (tensions, accordage, tempérament...) des cordes de l'instrument, les paramètres de cordes peuvent être représentatifs de choix de facture de l'instrumein.t. A
titre d'exemple, des paramètres représentatifs du nombre de cordes pour chaque note, des paramètres représentatifs de la position de chaque corde par rapport à la table d'harmonie etc., peuvent constituer des paramètres de cordes selon l'invention.
Il est à noter qu'un dispositif selon l'invention peut être .utilisé par des facteurs de piano en tant qu'outil de simulation des pianos acoustiques en vue de leur conception, pour avoir une représentation de la sonorité susceptible d'être produite avant la construction de l'instrument.
Les moyens == de saisie du dispositif selon l'invention peuvent être spécialement adaptés pour une telle utilisation. A cet égard, le dispositif peut comporter une grande quantité de moyens de saisie permettant de déterminer avec précision une grande quantité de propriétés physiques du piano entrant dans les choix de conception du facteur de piano. A titre d'exemple, le dispositif peut comporter plusieurs moyens de saisie pour déterminer avec précision les dimensions des cordes et des diverses pièces de la table d'harmonie. En outre, le dispositif peut comporter plusieurs moyens de saisie pour déterminer avec précision les .10 propriétés du matériau composant chaque pièce de la table d'harmonie et les cordes. Le dispositif peut en outre comporter des moyens de saisie correspondant à d'autres paramètres, tels que la tension de chaque corde...
Par ailleurs, dans une variante de l'invention, les moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre fn , d,, et/ou au moins un paramètre d'excitation a73 , 8, déterminé par le module de présynthèse. Par exemple, il peut être prévu, dans l'interface représentée figure 2, un curseur de modification pour chaque coefficient de timbre et pour chaqiie paramètre d'excitation. A titre d'exemple de réalisation, il peut être prévu un curseur perméttant de modifier chaque harmonique (pour toutes les notes), ou une représentation graphique de la courbe des harmoniques de chaque note pouvant être ajustée par l'utilisateur...
Il est à noter que les moyens de saisie d'un dispositif selon l'invention peuvent être spécifiquement adaptés en vue d'une utilisation du dispositif en tant qu'outil pédagogique dans le cadre de cours dispensés pour former des accordeurs de pianos ainsi que dans des écoles de musiques.
Les exemples précités de mise en ceuvre de l'invention peuvent être transposés à des instruments à clavier et à cordes autres que le piano, par exemple le pantaléon, le clavecin, le clavicorde, le pianoforte....
A
titre d'exemple non limitatif, la modélisation par éléments finis du premier exemple susmentionné peut être. modifiée en conséquence. Les signaux excitateurs de cet exemple peuverit être en ôutre mesurés sur l'instrument à
clavier correspondant.
L'invention s'étend à un support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté pour pouvoir être lu dans un lecteur d'un dispositif informatique, et comprenant un programme d'ordinateur enregistré adapté pour pouvoir être chargé én mémoire vive dudit dispositif infonnatique lorsque ce support d'enregistrement est chargé -dans ledit lecteur, ce programme ordinateur étant adapté , pour que, lorsqu'il est chargé en mémoire vive de ce dispositif informatique, ce dernier constitue un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons conforme à l'invention. Autrement dit, le support d'enregistrement contient le logiciel de synthèse de sons de piano tel que décrit ci-dessus. Ledit dispositif informatique peut être un ordinateur associé ou non à un clavier électronique comme: mentionné ci-dessus.
Claims (17)
1/- Dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons ayant une sonorité simulant celle d'un instrument à clavier et à cordes reliées à une table d'harmonie de l'instrument, ces sons correspondant chacun à une note de l'instrument, comprenant :
- au moins un module de production en temps réel de sons par voie numérique adapté pour produire au moins un signal représentatif d'un son à partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste, et par utilisation de coefficients représentatifs d'au moins un paramètre physique, dit paramètre de corde(s), caractéristique d'au moins une corde de l'instrument à simuler, représentatif d'une propriété physique mesurable de corde(s) ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, caractérisé en ce que :
- il comprend au moins un module de présynthèse adapté pour produire des coefficients de timbre représentatifs de l'amortissement de chaque partiel sinusoïdal exponentiellement amorti composant un son et des coefficients de timbre représentatifs de la fréquence de chaque partiel, à
partir de paramètres physiques comprenant :
au moins un paramètre physique, dit paramètre de table d'harmonie, caractéristique d'une table d'harmonie de l'instrument à simuler, représentatif d'une propriété physique mesurable de cette table d'harmonie ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, au moins un paramètre de corde(s), - au moins un module de production en temps réel de sons par voie numérique est adapté pour produire au moins un signal représentatif d'un son composé au moins d'une pluralité de partiels, selon les coefficients de timbre produits par le(s) module(s) de présynthèse, et à
partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste.
- au moins un module de production en temps réel de sons par voie numérique adapté pour produire au moins un signal représentatif d'un son à partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste, et par utilisation de coefficients représentatifs d'au moins un paramètre physique, dit paramètre de corde(s), caractéristique d'au moins une corde de l'instrument à simuler, représentatif d'une propriété physique mesurable de corde(s) ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, caractérisé en ce que :
- il comprend au moins un module de présynthèse adapté pour produire des coefficients de timbre représentatifs de l'amortissement de chaque partiel sinusoïdal exponentiellement amorti composant un son et des coefficients de timbre représentatifs de la fréquence de chaque partiel, à
partir de paramètres physiques comprenant :
au moins un paramètre physique, dit paramètre de table d'harmonie, caractéristique d'une table d'harmonie de l'instrument à simuler, représentatif d'une propriété physique mesurable de cette table d'harmonie ayant une influence sur le timbre des sons produits par l'instrument, au moins un paramètre de corde(s), - au moins un module de production en temps réel de sons par voie numérique est adapté pour produire au moins un signal représentatif d'un son composé au moins d'une pluralité de partiels, selon les coefficients de timbre produits par le(s) module(s) de présynthèse, et à
partir d'au moins un signal déclencheur se rapportant au jeu d'un instrumentiste.
2/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30, 31, 32, 34, 9, 10, 11, 33, 134, 131, 130, 132) de saisie, par un utilisateur, d'au moins un paramètre physique, ledit module de présynthèse étant adapté pour produire les coefficients de timbre à partir des paramètres physiques saisis.
3/- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le(les) paramètre(s) de corde(s) est(sont) distinct(s) du(des) paramètre(s) de table d'harmonie.
4/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (30, 31, 32, 9, 10, 11, 33, 130, 131, 132) de saisie d'au moins un paramètre de table d'harmonie.
5/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (34, 9, 10,11, 33, 134) de saisie d'au moins un paramètre de corde(s).
6/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un paramètre de cordes est représentatif d'un écart d'accordage entre au moins deux cordes couplées correspondant à la note.
7/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un paramètre de table d'harmonie est représentatif d'au moins une propriété du matériau de la table d'harmonie.
8/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les paramètres physiques comprennent, pour une pluralité
de fréquences, au moins un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chacune de ces fréquences.
de fréquences, au moins un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie de l'instrument à clavier et à cordes pour chacune de ces fréquences.
9/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les paramètres physiques comprennent, pour chaque note, au moins un paramètre de table d'harmonie représentatif de l'impédance de la table d'harmonie pour chaque fréquence d'une pluralité de fréquences associées à ladite note.
10/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les coefficients de timbre sont au moins représentatifs de l'amortissement et de la fréquence de chaque partiel.
11/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10, 11, 30 à 32, 130, 131, 132, 134) manuels de saisie.
12/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le module de présynthèse est adapté pour déterminer à
partir de valeurs saisies desdits paramètres physiques, les valeurs d'une pluralité
d'éléments modaux comprenant, outre lesdits coefficients de timbre, des paramètres de déplacements modaux représentatifs des modes propres du système couplé de la table d'harmonie et des cordes.
partir de valeurs saisies desdits paramètres physiques, les valeurs d'une pluralité
d'éléments modaux comprenant, outre lesdits coefficients de timbre, des paramètres de déplacements modaux représentatifs des modes propres du système couplé de la table d'harmonie et des cordes.
13/- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le module de présynthèse est adapté pour déterminer les valeurs des éléments modaux à partir d'une constellation de points préalablement mémorisés chacun associant un jeu de valeurs des paramètres physiques pouvant être saisies par un utilisateur avec un jeu de valeurs d'éléments modaux.
14/- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les valeurs des éléments modaux de chaque point sont déterminées préalablement selon une modélisation mécanique de l'instrument qui tient compte du couplage des cordes et de la table d'harmonie.
15/- Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite modélisation mécanique prend en compte des écarts d'accordage entre les cordes d'unisson des notes.
16/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le module de présynthèse est adapté pour déterminer des paramètres d'excitation représentatifs de l'amplitude initiale .alpha.n(p) et du déphasage .theta.n(p) de chaque partiel n des notes.
17/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le module de présynthèse est adapté pour exécuter au moins un processus de présynthèse en tâche de fond.
181- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que chaque signal déclencheur est formé d'un message se rapportant à des actions d'un instrumentiste sur des touches d'un clavier -notamment un message MIDI-.
191- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que le module de production réalise en temps réel la synthèse d'un signal représentatif d'un son de piano en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à
produire et à une intensité de frappe de cette note p tels que déterminés par un signal déclencheur reçu.
20/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le module de production est adapté pour produire un signal audio selon la formule (1):
où :
- t représente le temps, - p est signal déclencheur identifiant la note p, et comprenant au moins la hauteur de cette note p, et éventuellement la vélocité
et/ou la durée de la note p, - s(p,t) représente le signal audio produit, - d n (p) représente le coefficient d'amortissement d'un partiel n correspondant à la note p, - f n (p) représente la fréquence de chaque partiel n correspondant à la note p, - a n (p) représente l'amplitude initiale du partiel n de la note p directement après l'impact du marteau sur les cordes de la note, -.theta.n (p) représente le déphasage du partiel n de la note p, b(p,t) représente la partie percussive du son et toute autre composante du son non (ou mal) modélisable par une décomposition en somme de sinus.
21/- Dispositif selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend un système informatique incorporant un logiciel de synthèse de sons simulant la sonorité d'un instrument à
clavier, cordes et table d'harmonie, ce logiciel de synthèse de sons formant chaque module de présynthèse et chaque module de production en temps réel de sons, et présentant une interface homme-machine adaptée pour permettre à un utilisateur de former des signaux déclencheur et pour présenter lesdits moyens de saisie d'au moins un paramètre physique.
21/- Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'instrument à clavier et à cordes à simuler est un piano, et en ce qu'il comprend au moins un clavier électronique à touches mécaniques de piano.
23/- Dispositif selon l'une des revendications un à 22, caractérisé en ce que lesdits moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre .function.n, .differential.n et/ou au moins un paramètre d'excitation .alpha.n, .theta.n déterminé par le module de présynthèse.
24/- Support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté
pour pouvoir être lu dans un lecteur d'un dispositif informatique, et comprenant un programme d'ordinateur enregistré adapté pour pouvoir être chargé en mémoire vive dudit dispositif informatique lorsque ce support d'enregistrement est chargé dans ledit lecteur, caractérisé en ce que ce programme d'ordinateur est adapté pour que, lorsqu'il est chargé en mémoire vive de ce dispositif informatique, ce dernier constitue un dispositif de production par voie numérique de signaux représentatifs de sons conforme à l'une des revendications 1 à 23.
181- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que chaque signal déclencheur est formé d'un message se rapportant à des actions d'un instrumentiste sur des touches d'un clavier -notamment un message MIDI-.
191- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que le module de production réalise en temps réel la synthèse d'un signal représentatif d'un son de piano en fonction des valeurs des coefficients de timbre et des paramètres d'excitation correspondant à une note p à
produire et à une intensité de frappe de cette note p tels que déterminés par un signal déclencheur reçu.
20/- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le module de production est adapté pour produire un signal audio selon la formule (1):
où :
- t représente le temps, - p est signal déclencheur identifiant la note p, et comprenant au moins la hauteur de cette note p, et éventuellement la vélocité
et/ou la durée de la note p, - s(p,t) représente le signal audio produit, - d n (p) représente le coefficient d'amortissement d'un partiel n correspondant à la note p, - f n (p) représente la fréquence de chaque partiel n correspondant à la note p, - a n (p) représente l'amplitude initiale du partiel n de la note p directement après l'impact du marteau sur les cordes de la note, -.theta.n (p) représente le déphasage du partiel n de la note p, b(p,t) représente la partie percussive du son et toute autre composante du son non (ou mal) modélisable par une décomposition en somme de sinus.
21/- Dispositif selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend un système informatique incorporant un logiciel de synthèse de sons simulant la sonorité d'un instrument à
clavier, cordes et table d'harmonie, ce logiciel de synthèse de sons formant chaque module de présynthèse et chaque module de production en temps réel de sons, et présentant une interface homme-machine adaptée pour permettre à un utilisateur de former des signaux déclencheur et pour présenter lesdits moyens de saisie d'au moins un paramètre physique.
21/- Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'instrument à clavier et à cordes à simuler est un piano, et en ce qu'il comprend au moins un clavier électronique à touches mécaniques de piano.
23/- Dispositif selon l'une des revendications un à 22, caractérisé en ce que lesdits moyens de saisies comprennent des moyens adaptés pour permettre à l'utilisateur de modifier, avant son utilisation par le module de production en temps réel, au moins un coefficient de timbre .function.n, .differential.n et/ou au moins un paramètre d'excitation .alpha.n, .theta.n déterminé par le module de présynthèse.
24/- Support d'enregistrement -notamment du type amovible (CD-ROM, DVD, clé USB, disque dur électronique externe...)- adapté
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |