Dernière mise à jour : 04/01/2009
Présentation
Quelle drôle d'idée, en effet... Un instrument qui fait
office de piano quand il est disposé horizontalement, et qui
fait office de harpe quand il est disposé verticalement. Il ne
s'agit donc pas du tout d'un instrument du même type que la Harpe
laser de Jean-Michel
Jarre, non non non !
- En position Harpe, une harpe en forme de
harpe, avec des faisceaux lasers en guise de cordes.
- En position Piano, les faisceaux font office de touches.
L'idée de départ fut la suivante : d'un côté
tous les lasers, de l'autre côté tous les capteurs.
Après une discussion fort interressante avec une joueuse de
harpe professionnelle et avec son mari (également musicien), il
s'est avéré que cette configuration posait pas mal de
problèmes de jouabilité. La plupart des harpes
possèdent une corde pour les notes non altérée, et
un ensemble de clapets (ou pédalier) pour altérer les
notes désirées (pour passer de DO à DO# par
exemple). D'autre part, la régularité des espaces entre
faisceaux n'est pas conforme à la réalité, si l'on
décide d'utiliser des faisceaux pour les notes
altérées (DO#, RE#, etc). Le risque de toucher deux
faisceaux (DO et DO# par exemple) est loin d'être nul. Nous avons
donc imaginé un système mécanique horizontal
intermédiaire, supportant les capteurs de lumière, et
pouvant coulisser de bas en haut. En bas de cet axe
intermédiaire, les notes non altérées (DO, RE, MI,
etc). Au dessus de cet axe, les notes altérées (DO#, RE#,
etc). Cela donnant un truc du genre suivant :
Cette façon de faire
présenterait les avantages suivants :
- en mode Piano, cela ressemble physiquement à quelque chose que
l'on connait, et les espaces entre "touches" sont standards. Il est
possible de déplacer l'axe A-A' afin d'adapter l'ensemble aux
mains de l'utilisateur.
- en mode Harpe, l'axe est complètement descendu vers le bas
(sur le dessin ci-avant, le haut devient le bas, cf position du pied en
mode harpe). Seules les notes non altérées peuvent alors
être jouées. Pour les notes altérées, il
sera fait appel à un pédalier. Ce pédalier
permettra soit d'élever d'un demi-ton chaque note de
façon individuelle (7 pédales), ou de rappeler une
configuration pré-enregistrée d'une tonalité
donnée (par exemple LA majeur).
- dans les deux modes; la présence de leds situées sur
l'axe central permet de localiser aisement les notes. Une couleur
différente sera affectée aux différentes notes :
Rouge pour le DO, Bleue pour le FA et verte pour toutes les autres.
Mais conduirait à ajouter
les
difficultés de réalisation suivantes :
- l'axe central supportant tous les capteurs sera relié à
l'électronique via un nombre de fils important. Ces derniers
devront donc être très fins et solides en même temps
(ne pas casser lors du déplacement de l'axe).
- Une électronique supplémentaire sera nécessaire
afin de gérer les altérations des notes (et les
mémoires de tonalité) en mode Harpe. Pas impossible, mais
beaucoup de composants en plus.
Lasers utilisés
J'ai commandé un peu plus de cent pointeurs
lasers,
que j'ai commencé à démonter afin de ne conserver
que la "tête" laser, pour les aligner ensuite sur un socle.
Avertissement : La lumière émise par
les lasers, même s'il s'agit de "petits" pointeurs laser de 1mW,
est dangeureuse pour les yeux. Ne jamais diriger un laser sur
quelqu'un, et ne jamais regarder un laser directement en face, vous
vous bruleriez les yeux !!!
Je sais déjà ce que vont rétorquer les adeptes des
lasers 1W : "Tu ne verras rien, il faudra plein de fumée pour
voir les faisceaux et la fumée obscurcira les capteurs". Et si
je voyais les choses autrement, hum ?
Sensibilité à la vélocité
L'instrument
sera sensible
à la vélocité ! Et oui,
produire des notes par simple coupure d'un faisceau me paraissait un
peu limite pour un instrument de ce type, dont la réalisation et
mise au point me prendront très certainement beaucoup de temps.
Tant de temps pour au final obtenir des sons "tout plats" ne
m'interresse pas trop. Alors, j'ai pensé à un
système tout bête pour ajouter la détection de la
"force de frappe" (très drôle, je sais), simple mais
nécessitant toutefois le doublement du nombre de faisceaux
laser. J'ai bien pensé à une solution alternative moins
consommatrice en lasers, mais elle me semble déjà moins
fiable en pratique (utilisation de seulement 4 ou 5 faisceaux
perpendiculaires aux faisceaux des notes). Le principe repose dans tous
les cas sur la mesure du temps séparant la coupure des deux
faisceaux d'une même note. Pour la gestion du temps qui
s'écoule entre la coupure des deux faisceaux, j'utiliserai la
fonction toute prête de l'électronique de mon clavier
MK149, voir paragraphe suivant.
Midification
Une personne, sur un forum
de AudioFanzine, a un jour avancé l'idée qu'il
était sans doute possible d'utiliser l'électronique d'un
clavier MIDI bon marché pour avoir la fonction de conversion
Capteurs / MIDI toute faite. C'est cette approche que j'ai retenue.
Dans un premier temps, j'ai désossé mon petit clavier
Evolution MK149 pour voir
s'il était à la hauteur, ce qui me semblait être le
cas. L'electronique de décodage des touches est confiée
à un CI spécialisé, (2ème photo), une diode
de commutation classique (style 1N4148) est affectée à
chaque touche. Afin d'économiser
sur le nombre de liaisons électriques, le constructeur a
utilisé le multiplexage, qui consiste à rendre communes
certaines broches, sous forme de "tableau croisé". Ici, le
multiplexage s'effectue sur 12 colonnes (12 contacts pour 6 notes d'une
gamme) et 9 rangées (8 demi-octaves + 1 note). Ce qui signifie
que seuls 21 cables de liaison suffisent pour gérer les 98
contacts. Sans multiplexage, le nombre de liaisons nécessaires
aurait été de 99 (98 contacts plus le commun). Bon, tout
cela pour dire que j'ai confirmation que je peux utiliser
l'électronique de ce clavier pour Midifier le Piano-Harpe.
On voit nettement sur la quatrième photo, les deux contacts qui
se font
quand on appuie sur une touche. Le premier contact (situé
à droite sur
la photo), est plus "court", c'est celui qui s'établie en
premier. Le
second contact (situé à gauche sur la photo) est plus
"long" et
s'établie avec un petit temps de retard. C'est ce temps de
retard qui
détermine la vitesse d'enfoncement de la touche et par
déduction, sa
force (vélocité). Chacun de ces contacts (deux par touche
donc) sera affecté à une cellule photosensible.
Nouveauté 13/12/2006
Je viens d'acheter pour pas bien cher (un grand merci à
Jean-Michel) un clavier MIDI qui sera finalement celui que je
sacrifierai. Mon clavier Evolution MK149 a donc obtenu un
sursis.
Ce nouveau clavier est conçu selon le même principe que
mon MK149, si ce n'est qu'il possède plus de commandes
peut-être.
Un matriçage à diode est là aussi mis en oeuvre
(deux diodes par touches, photo à gauche ci-dessous) pour
limiter le nombre
de fils de liaison entre les touches et le circuit de codage MIDI
(photo à droite ci-dessous), ce dernier circuit étant le
seul que je conserverai d'entre tous.
Mais je pense à une chose... Le clavier est doté de
potentiomètres pour le pitch-bend et pour la modulation, et de
commandes d'accord (Tune et Octave). N'aurais-je point là la
possibilité d'utiliser ces entrées du contrôleur
MIDI pour la gestion des altérations en mode Harpe ? Moi qui
m'étais embêté à concevoir un système
de pédalier avec plein de commutateurs analogiques, je crois que
je tiens là une solution bien plus simple et bien plus
élégante... Je crois bien que finalement les
entrées "Touches" du controleur MIDI ne seront pas les seules
à être exploitées.
Gestion du sens de coupure des faisceaux
Si en mode Piano le faisceau le plus haut est toujours coupé
avant le
faisceau d'en dessous, il n'en n'est pas de même en mode Harpe,
où le
faisceau de droite est coupé en premier si on avance les doigts
de la
droite vers la gauche, et où le faisceau de droite est
coupé en second
si on avance les doigts de la gauche vers la droite. Comme le circuit
controleur (de codage) MIDI ne fonctionne pas dans les deux sens, j'ai
du réaliser un circuit de routage qui oriente correctement les
deux infos vers le circuit de codage MIDI. Le circuit suivant assure ce
rôle, il sera dupliqué en autant
d'exemplaires qu'il y aura de notes.
Possédant quelques transistors FET de type J112,
particulièrement adaptés à de la commutation
(résistance ON de 50 ohms), je ferai quelques tests pour voir si
je peux les utiliser en remplacement des portes analogiques CD4066.
Côté optique...
Placement des lasers
Pas le choix avec la nouvelle orientation prise avec l'axe central. En
position Piano, l'épaisseur du socle qui se retrouve
à l'avant ne doit pas être trop importante pour ne pas
gêner les mains. Je ferai peut-être appel à un
dispositif optique (miroir incliné à 45° sur toute la
longueur pour
dévier les faisceaux) si cela s'avère nécessaire.
Côté cellules photosensibles, j'ajouterai certainement un
cache transparent fin pour
faciliter le nettoyage de la poussière qui ne manquera pas de se
déposer à cet endroit. Ben entendu, ce cache ne devra pas
diffuser trop la lumière pour ne pas risquer de baver trop
à côté.
Choix des cellules
photosensibles
Côté réception, on a le choix : cellule
photovoltaique, photorésistance, phototransistor, photodiode,
et... Led. Une led en récepteur de lumière ? Oui, c'est
possible. Une led possède en effet la particularité de
générer une tension continue (sous un courant très
faible, de quelques uA) quand elle est soumise à un
éclairement
suffisant. J'explore donc cette voie, sachant qu'il est relativement
simple d'avoir une commande de "puissance" par simple adjonction d'un
transistor Darlington (amplification de courant) ou d'un AOP
(monté en comparateur de tension).
Donc, des leds...
J'ai pour le moment testé une dizaine de leds
différentes, seules les
rouges bien sûr réagissent au faisceau laser rouge. Toutes
celles que
j'ai testées délivrent une tension de l'ordre du volt
(une ou deux
montent à 1,8V).
J'ai acheté en toute confiance une centaine de leds à
bout plat, en me disant que la mise au point mécanique serait
plus facile (photos ci-avant). Mais malheureusement pour moi, ces leds
délivrent au grand maximum 100 mV en plein éclairement
(contre 10 mV à lumière ambiante). Je dis malheureusement
car le seuil de commutation sera un poil plus difficile à
stabiliser, mais ça fonctionne tout de même. [Hors-sujet]
Avez-vous remarqué l'apparence de la led prise en photo quand
elle est éclairée par le laser ? Ca lui donne un aspect
granuleux interressant, on a l'impression qu'elle se
désagrège. [/Hors-sujet].
Voilà, j'ai commencé à fixer quelques leds sur un
petit bout de circuit imprimé.
Mais je déchante un peu, là... Je me rends compte que
ça fait un peu trop "épais" pour les doigts. Du coup, je
me demande si je ne vais pas plutôt utiliser des leds miniatures
comme je l'avais pensé tout au début :
Bon, j'avoue ne pas comparer le comparable, puisque les leds 3 mm
à bout plat sont montées sur support, les miniatures ne
l'étant pas. Mais même sans les supports pour chacunes,
ça fait une sacrée différence ! J'ai acheté
ces leds un peu trop vite, semblerait-il. Ca m'apprendra !!! Pour ce
qui est des leds miniatures, je les ai bien sûr essayées,
et ça fonctionne très bien. Le seul inconvénient
avec ces dernières est que leurs pattes sont toutes
espacées de 2,54mm, ce qui rend bien plus compliquée leur
implantation sur un CI d'expérimentation à bandes...
05/05/2007 : un gentilhomme vient de me faire don d'une centaine de
leds miniatures rouges, pour ce projet de harpe qu'il a
découvert par hasard. Un grand merci à toi,
Frédéric !
Et
l'electronique...
Pour l'instant, j'ai
testé les darlingtons inclus dans des CI de type ULN2002 et
ULN2003, mais l'amplification en courant n'est pas suffisante (et
pourtant...). Il faut dire que ces circuits sont tout de même
plus fait pour travailler avec des courants de commande de quelques
centaines de uA à quelques mA. J'ai également
essayé avec des AOP de type
LM318 et LM324, ainsi qu'avec des comparateurs de tension de type
LM339 et LM393, ça fonctionne très bien avec ces
quatre composants. A ces cent circuits s'ajoutera un autre module qui
délivrera la tension de référence. Je pourrai
ainsi ajuster celle-ci pour l'ensemble des circuit de réception,
à l'aide d'un seul potentiomètre ajustable (multitours).
J'ai cherché à diminuer le nombre de composants pour
chaque module de réception, sachant que c'est 100 exemplaires de
chaque récepteur qu'il me faudra
réaliser... Après divers essais avec des circuits
à base d'amplis ou comparateurs intégrés et de
transistors FET (qui conviennent très bien aussi pour cet
usage), je pense rester sur un des schémas
présentés ci-avant, très certainement
avec des composants version CMS.
Eblouissement et temps de
réponse
L'éblouissement d'une cellule photosensible peut conduire
à réduire son temps de réaction (retour à
l'état initial retardée après disparition de
l'éclairement). Si cela s'avere gênant, j'ajouterai un
filtre supplémentaire devant les cellules afin d'atténuer
la puissance du flux
lumineux, et diminuer ainsi l'effet de "surexposition / saturation"
lumineuse. Ceci dit, cette caractéristique est certainement plus
gênante pour des fréquences de commutation rapides, ce qui
je l'espère ne sera pas le cas ici...
Alors, un circuit imprimé ?
Je vais finalement réaliser un ensemble de circuits
imprimés qui supporteront les
leds miniatures et les comparateurs de tension LM393 en version CMS
(j'en ai acheté un lot de 450 sur internet pour 6 euros). Je
dessine
actuellement le CI qui supportera tout ça, il y aura quatre
blocs de deux circuits imprimés, un par octave. Pour des raisons
évidentes de commodité (question circuits
imprimés), j'ai décidé de réduire le nombre
de notes, qui passe ainsi de 49
à 48 (4 x 12 notes).
Le début de circuit imprimé ci-avant est probablement obsolète.
J'avais prévu à l'origine de placer les leds et les
circuits intégrés comparateurs sur une même carte,
mais je pense que je vais finalement superposer deux cartes distinctes
: une supportant les leds et l'autre les comparateurs de tension.
Nouvelle idée ?
Au moment où je me suis lancé dans ce projet, j'ignorais
totalement si cette idée avait déjà vu le
jour ailleurs. J'ai maintenant la réponse, deux personnes
m'ayant écrit pour me signaler que ce type de "jouet" existait
déjà, mais avec un nombre moins important de "cordes"
(lié au fait qu'un seul laser était utilisé pour
l'ensemble des cordes, via élements optiques) et sans gestion de
vélocité. Un fabricant de harpes m'a contacté pour
me souhaiter bonne chance, en précisant que certains joueurs
professionnels avaient trouvé injouable ce genre de chose.
Même si au final il ne s'agira pas d'un instrument, et bien ma
foi, cela fera un bel objet de décoration dans le salon ;-).
