L’invention concerne le domaine des instruments de musique, et plus particulièrement celui des instruments de musique électroniques. Plus précisément, l’invention porte sur un piano électronique doté d’un clavier mécanique, dans lequel le son est généré de manière électronique. Ce clavier peut être pliable.

Etat de la technique Dans un piano électronique le son est généré de manière électronique ; un tel piano ne comporte pas de cordes mises en vibration par l’actionnement des touches. Un clavier pour piano électronique comprend un agencement de touches, typiquement blanches et noires, de manière à ressembler à un clavier de piano mécanique de type courant. Ces touches s’étendent en règle générale sur plusieurs octaves ; l’étendue du clavier d’un piano électrique peut être de 88 touches, comme sur un piano mécanique de type courant, ou elle peut être différente, et dans ce cas le plus souvent plus petite. Le terme « piano numérique » est souvent utilisé pour des pianos électroniques conçus pour offrir des possibilités de jeux similaires à celles d'un piano mécanique de type courant. Dans un clavier pour piano électronique, l’abaissement (enfoncement) d’une touche actionne en règle générale un capteur ou un interrupteur associé à cette touche, et de même, le relâchement (relèvement) de ladite touche actionne un capteur ou interrupteur associé à cette touche. Ce principe est connu et utilisé depuis longtemps, voir par exemple EP 0263494 (Yamaha Corporation). On utilise de préférence deux interrupteurs, afin de pouvoir déterminer la vélocité de l’abaissement de la touche (qui, dans un piano acoustique, influe de manière déterminante sur le son obtenu). Les capteurs ou les interrupteurs actionnés par le relâchement de la touche peuvent être les mêmes que ceux qui sont actionnés par l’abaissement de la touche. On peut aussi utiliser un capteur différent ou des interrupteurs différents.

Les capteurs ou interrupteurs génèrent un signal électrique qui est transmis vers un microprocesseur ou, de manière préférée, vers un circuit logique programmable. Ce signal électrique représente typiquement l'état d'enfoncement ou de relâchement de la touche. Pour générer le son, ce signal est lié à l’indentification de la touche qui en a été à l’origine et prend une valeur correspondant à une durée d'enfoncement/relâchement et/ou une vitesse d'enfoncement/relâchement, sachant que chaque touche représente une fréquence acoustique de base différente. Le brevet EP 0 727 766 B1 (Fatar S.r.l.) décrit un clavier pour piano électronique, dans lequel le marteau actionné par la touche du clavier actionne un interrupteur revêtu de caoutchouc qui est monté sur une carte électronique.

On connaît également un clavier électronique largement répandu, vendu par la société FATAR, dans lequel les touches sont montées sur une carte électronique comprenant pour chaque touche une membrane souple avec deux interrupteurs décalés. La membrane peut être en caoutchouc, et c’est pour cette raison que l’homme du métier appelle cet ensemble d’interrupteurs des « rubbers ». Ce clavier électronique peut être intégré dans des pianos électroniques. Un tel piano électronique est vendu par exemple par la société Studiologic. Dans ces pianos électriques, chaque interrupteur est relié à une unité de traitement du signal électrique, qui comporte un composant intelligent programmable de type microcontrôleur ou microprocesseur ou circuit logique programmable (par exemple un FPGA). Lorsque l’algorithme de scrutation détecte un appui de touche, il mesure précisément le temps entre l’enfoncement du premier et du deuxième interrupteur, et vice versa lors du relâchement de la touche.

Pour chaque touche du clavier électronique on a donc les relations :

Temps d’enfoncement de la touche n° x = mesure du temps entre l’enfoncement du premier interrupteur associé à cette touche, et le deuxième interrupteur ;

Temps de relâchement de la touche n° x = mesure du temps entre le relâchement du deuxième interrupteur associé à cette touche et dudit premier interrupteur.

Ces temps d’enfoncement et de relâchement permettent également de calculer la vitesse d’enfoncement et de relâchement. Le système associe donc les informations « Note appuyée ou relâchée » à la vitesse d’enfoncement ou de relâchement. Si la touche reste appuyée ou relâchée on ne transmet pas d’information : l’information envoyée au système est une information transitoire. De plus si un seul des deux interrupteurs est enfoncé ou relâché, on ne transmet pas d'information. En général le temps d’enfoncement est converti en valeur normalisée selon le protocole de la norme MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 1.0, connue de l’homme du métier, sur 7 bits (valeur de 0 à 127) qui correspond à la valeur de vélocité de la note. Cette norme prévoit également un format de codage étendu de la vélocité sur 14 bits, dont l’utilisation améliore la précision.

Sur un tel clavier de taille standard avec 88 touches il y a donc 2 x 88 = 176 interrupteurs. Certains claviers utilisent même des solutions basées sur trois interrupteurs ; soit un total de 264 interrupteurs pour 88 touches. Il est compliqué de relier tous ces interrupteurs au même système de commande intelligent, et ainsi la plupart des systèmes utilisent un multiplexage à base de diodes.

Le problème est que les architectures connues avec un système de multiplexage ne permettent pas de capter l'information de vélocité avec une précision suffisante pour être compatibles avec la précision recherchée par le pianiste professionnel.

Par ailleurs, les systèmes connus ne sont pas directement compatibles avec un clavier électronique modulaire ou pliable.

Le document ES 1183 512 U (Pocketpiano) décrit un piano pliable avec des touches magnétiques formées d’un film élastique, comprenant un module principal et plusieurs modules secondaires qui peuvent être raccordés latéralement pour former un clavier. Chaque module secondaire comprend un microcontrôleur. Le signal transite d’un module à l’autre pour être recueilli dans le microcontrôleur du module principal, qui transfère le signal par une liaison sans fils vers un amplificateur externe.

WO 2014/122642 (Lifshitz & Lerner) décrit un autre clavier modulaire comprenant des segments pouvant être raccordés par un système de connecteurs de type mâle - femelle, l’un desdits segments comprenant une électronique de contrôle. Dans ces systèmes, la transmission des données et leur traitement est trop lent pour être compatible avec les exigences d’un pianiste professionnel qui recherche une restitution de son d’une qualité comparable à celle d’un piano de concert.

La présente invention vise à proposer un système qui permet d’accroître la précision dans la détection de la vitesse d’enfoncement et de relâchement des touches, et dans lequel le temps de traitement du signal et des données reste suffisamment court pour que le temps de latence entre l’action du pianiste sur le clavier et la traduction en son audible soit inférieur au temps de traitement du cerveau humain. Un tel système doit permettre de proposer un piano électronique capable de restituer un son d’une qualité comparable à celle d’un piano de concert.

Objets de l’invention

Selon l’invention, le problème est résolu par une combinaison de plusieurs moyens qui coopèrent.

Le piano électronique selon l’invention comprend une pluralité de touches aptes à être actionnées par un pianiste. Chaque touche comprend au moins un, et de préférence au moins deux, dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des interrupteur ou capteurs). Lesdits dispositifs génèrent un signal électrique qui est ensuite traité, comme cela sera expliqué ci-dessous, pour en déduire un paramètre représentatif de la vélocité de la touche ou d’un autre élément mécanique actionné par la touche lors de son enfoncement et/ou lors de son relâchement, tel qu’un levier. De manière avantageuse, les signaux électriques en provenance de chaque touche sont transmis à une unité de traitement de type microcontrôleur, à un microprocesseur ou à un circuit programmable, par l’intermédiaire de drivers différentiels installés entre les cartes électroniques clavier et la carte centrale.

Selon une première caractéristique, essentielle, de l’invention, tous les dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des interrupteurs ou capteurs) des touches sont reliés à une ou plusieurs unités de traitement du signal électrique et au moins les données issues d’une partie des dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des interrupteurs ou capteurs) sont traitées en parallèle. Ladite unité de traitement du signal électrique comprend un composant intelligent programmable, et peut notamment être un microcontrôleur ou un microprocesseur ou encore un circuit logique programmable (tel qu’un FGPA (Field-Programmable Gâte Array)).

Selon une deuxième caractéristique, essentielle, de l’invention, le clavier est subdivisé en plusieurs sous-parties, et une carte intelligente est intégrée dans chaque sous-partie du clavier. On appelle ici « carte intelligente » une carte qui intègre un microcontrôleur ou un microprocesseur ou un circuit programmable associé à un logiciel, qui est typiquement un logiciel embarqué. Cette carte est typiquement alimentée par la carte centrale.

Selon une troisième caractéristique de l’invention, les données sont traitées successivement à au moins deux niveaux : d’abord les signaux générés par le (ou les) dispositif(s) de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche [tels que des interru pteur(s) ou capteur(s)] d’une touche sont traités par une première carte associée à cette touche (sachant que cette carte reçoit les signaux de plusieurs touches contiguës), et ensuite les données générées par ladite première carte (qui fait partie d’une pluralité de cartes appelées ici « cartes électroniques clavier ») sont transmises à une carte centrale, qui génère des données, qui sont typiquement au format MIDI, qui peuvent ensuite être exploitées par une carte son.

Les informations de détection de chaque touche sont transmises en tant que signaux électriques à une unité de traitement du signal électrique telle qu’un microcontrôleur ou un microprocesseur ou un circuit programmable (de type FPGA par exemple). Afin de garantir l’intégrité des signaux on préfère utiliser des drivers différentiels, ce qui permet d’éviter des erreurs d’interprétation de trame. Ces drivers sont installés entre les cartes clavier et la carte centrale.

Le fait de relier chaque touche à l’entrée d’une unité de traitement du signal et d’utiliser une pluralité de cartes clavier permet un traitement des informations relatif au mouvement des touches qui se fait en parallèle et non en mode séquentiel. En particulier, les touches du clavier sont réparties par blocs, avec une unité de traitement du signal par bloc ; le nombre de ces blocs peut être entre 1 et n pour n touches, mais on préfère utiliser n= 2 ou n= 4.

Un premier objet de l’invention est un piano électronique comprenant un clavier électronique, un système électronique central et une pluralité de sous-parties de clavier, chacune de ces sous-parties de clavier comprenant une au moins une carte électronique clavier et une pluralité de touches qui se succèdent, ledit piano électronique étant caractérisé en ce que

- chacune de ces sous-parties de clavier comprend au moins une carte électronique clavier qui lui est propre et qui est configurée pour transmettre des données numériques audit système électronique central ;

- chaque touche d’une sous-partie du clavier est reliée à une carte électronique clavier de ladite sous-partie ;

- chaque carte électronique clavier est configurée pour générer pour chaque touche de ladite sous-partie un bloc d’information exprimant la vitesse d’enfoncement et la vitesse de relâchement ;

- lesdits blocs d’information sont transmis audit système électronique central.

Lesdits blocs d’information peuvent comprendre un identifiant de la touche. Chacune des cartes électroniques clavier est reliée audit système électronique central configuré pour traiter les données d’enfoncement et de relâchement des touches et de leur vitesse associée qui lui sont transmises par lesdites cartes électroniques clavier, la liaison entre lesdites cartes électroniques clavier (24, 25a, 25b, 26) et ledit système électronique central (51) étant une liaison série bidirectionnelle asynchrone différentielle.

Ledit système électronique central effectue un traitement de concaténation de l’ensemble desdits blocs d’information pour créer un nouveau signal digital, qui est de préférence au format MIDI. Selon un aspect de l’invention, ledit système électronique central comprend une carte de centralisation, à laquelle est reliée chacune des cartes électroniques clavier par ladite liaison série bidirectionnelle, à laquelle sont transmis lesdits blocs d’information, et qui est configurée pour traiter les données d’enfoncement et de relâchement des touches et de leur vitesse associée qui lui sont transmises par lesdites cartes électroniques clavier.

Selon un autre aspect de l’invention, la transmission des données entre les cartes électroniques clavier et la carte de centralisation se fait par une liaison bidirectionnelle de type SPI - Serial Peripheral Interface.

Selon un autre aspect de l’invention, les signaux échangés entre ledit système électronique central et lesdites cartes électroniques clavier sont transformées par un jeu de drivers différentiels. Typiquement chaque carte électronique clavier est en relation fonctionnelle avec au moins un driver différentiel. Les données émanant du système central et les données émanant des cartes électroniques clavier sont transmises simultanément.

Selon un autre aspect de l’invention, chaque carte électronique clavier est en relation fonctionnelle avec deux drivers différentiels, dont le premier transforme les données émanant de la carte électronique clavier vers le système central, et le deuxième transforme les données émanant du système central vers la carte électronique clavier, lesdits premiers et deuxièmes drivers différentiels pouvant se trouver sur chacune desdits cartes électroniques clavier.

Selon un autre aspect de l’invention, les données digitales émanant d’une carte électronique clavier à destination du système central sont transformées par un premier driver différentiel, qui est en relation fonctionnelle avec ladite carte, en deux signaux différentiels transportés chacun sur son propre conducteur, lesdits deux signaux différentiels étant ensuite transformés par un deuxième driver différentiel, qui est en relation fonctionnelle avec ledit système central, en un signal digital. De même, les données digitales émanant du système central à destination d’une carte électronique clavier sont transformées par un premier driver différentiel, qui est en relation fonctionnelle avec ledit système central, en deux signaux différentiels transportés chacun sur son propre conducteur, lesdits deux signaux différentiels étant ensuite transformés par un deuxième driver différentiel, qui est en relation fonctionnelle avec ladite carte électronique clavier, en un signal digital. Dans un mode de réalisation, ledit piano électronique comprend trois sous-parties de clavier, dont deux sous-parties d’extrémités, respectivement de gauche et de droite, dont chacune est dotée de sa carte électronique clavier, et une sous-partie centrale de clavier, comprenant un nombre de touches plus grand que chacune des sous-parties d’extrémités de clavier, et qui est dotée de deux cartes électroniques clavier, dont chacune est associée à un groupe de touches successives de ladite sous-partie centrale de clavier.

Ledit piano électronique peut comprendre, en outre, au moins un haut-parleur. Avantageusement, il comprend un haut-parleur de gauche et un haut-parleur de droite ; il peut comprendre en outre au moins un haut-parleur de basses. Ce dernier peut être intégré dans un pied apte à soutenir ledit piano électronique.

Ledit haut-parleur de gauche est avantageusement intégré dans un bloc de gauche qui comprend ledit ensemble extrémité gauche dudit clavier, ledit ensemble extrémité gauche comprenant également ledit clavier partie extrémité gauche. Ledit haut-parleur de droite est avantageusement intégré dans un bloc de droite qui comprend ledit ensemble extrémité droite dudit clavier, ledit ensemble extrémité droite comprenant également ledit clavier partie extrémité droite.

Dans un mode de réalisation avantageux, ladite sous-partie centrale du clavier est intégrée dans un bloc central qui comprend par ailleurs ledit système central et un générateur de son. Ledit générateur de son est relié auxdits haut-parleurs de droite et de gauche par l’intermédiaire d’un amplificateur.

Chacune des cartes clavier est reliée à une carte de centralisation configurée pour traiter les données d’enfoncement et de relâchement des touches et de leur vitesse associée qui lui sont transmises par lesdites cartes clavier.

Ledit système central génère des données au format MIDI qui sont ensuite exploitées par ledit générateur de son.

Ledit système central comprend ladite carte de centralisation et/ou ledit amplificateur.

Pour réaliser un piano électronique selon l’invention qui soit pliable, on peut relier chacune des sous-parties d’extrémité de clavier est reliée à la partie centrale de clavier par des charnières, de manière à permettre le pliage du clavier.

Dans un piano électronique pliable selon l’invention, l’échange de données entre chacune des sous-parties d’extrémité de clavier et la partie centrale du clavier peut être effectué de préférence par une liaison filaire, de préférence en utilisant un moyen sélectionne dans le groupe formé par : les pointes ou surfaces de contact, éventuellement montées sur ressort et/ou intégrées dans des connecteurs magnétiques, les câbles flexibles, les câbles en nappe, de préférence intégrée dans la charnière.

Description des figures

L’invention sera décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels:

[Fig. 1] représente de manière schématique la structure d’un piano électronique selon l’invention.

[Fig. 2] représente de manière schématique la structure fonctionnelle d’un clavier électronique conforme à la figure 1.

[Fig. 3] donne une représentation plus complète de la structure fonctionnelle d’un piano électronique conforme à la figure 2.

[Fig. 4] donne une représentation schématique de l’interface entre la carte de centralisation et les cartes électroniques clavier.

[Fig. 5] représente de manière schématique la double transformation d’un signal binaire « 1 » lors de son transfert à travers deux drivers différentiels.

Les références numériques suivantes sont utilisées dans la présente description:

I Piano électronique selon l’invention 10 Clavier électronique

I I Ensemble partie centrale de 10

12 Ensemble extrémité gauche de 10

13 Ensemble extrémité droite de 10

14 Pied

15 Alimentation électrique

20 Clavier électronique

21 Clavier partie centrale

22 Clavier partie extrémité gauche

23 Clavier partie extrémité droite

24 Carte électronique clavier extrémité gauche 25a Carte électronique clavier centre gauche 25b Carte électronique clavier centre droite

26 Carte électronique clavier extrémité droite

27 Carte centrale 41 Bloc central

42 Bloc de gauche

43 Bloc de droite

44 Carte de centralisation

45 Interface entrée - sortie

51 Système central

52 Haut-parleur de gauche

53 Haut-parleur de droite

54 Amplificateur

56 Générateur de son

57 Haut-parleur de basses 60,61 Moyen de liaison filaire 124,1251,1252,126 Microcontrôleurs des cartes 24, 25a, 25b, 26

144 Microcontrôleur de la carte 44 180,181,182,183,184,185,186,187 Driver différentiel 190,191,192,193,194,195,196,197 Driver différentiel

Description détaillée

La figure 1 montre de manière schématique la structure d’un piano électronique 1 selon l’invention. Il comprend un clavier électronique 10, un pied 14 et une alimentation électrique 15. Le pied 14 est optionnel ; il est de préférence détachable du clavier 10, ce qui permet de poser le clavier 10 sur une table, et ce qui facilite le transport. L’alimentation électrique 15 peut notamment être un système d'alimentation reliée au secteur, ou une batterie rechargeable. Le clavier électronique 10 comprend un ensemble partie centrale 11, un ensemble extrémité gauche 12, et un ensemble extrémité droite 13.

A titre d’exemple, pour un clavier comprenant 88 touches, l’ensemble extrémité gauche 12 et l’ensemble extrémité droite 13 peuvent comprendre chacun entre 18 et 24 touches, de préférence le même nombre de touches pour chacun de ces deux ensembles 12,13, et l’ensemble partie centrale 11 comprend les autres touches. Ainsi, on peut prévoir 20 touches dans chacun des ensembles extrémité gauche 12 et droite 13, et 48 touches dans l’ensemble partie centrale 11. Il est également possible de réaliser un tel clavier avec un nombre de touches qui est inférieur ou supérieur à 88.

Dans un mode de réalisation particulier, l’ensemble extrémité droite 13 et l’ensemble extrémité gauche 12 sont pliables par rapport à l’ensemble partie centrale 11, par exemple à l’aide de charnières. La figure 2 montre de manière schématique la structure fonctionnelle d’un clavier électronique 20 conforme à la figure 1. L’ensemble clavier électronique 20 comprend un clavier partie extrémité gauche 22, qui interagit avec sa carte électronique clavier extrémité gauche 24, et un clavier partie extrémité droite 23, qui interagit avec sa carte électronique clavier extrémité droite 26.

L’ensemble piano électronique 20 comprend par ailleurs un clavier partie centrale 21, qui interagit avec sa carte électronique clavier partie centrale. Dans l’exemple de la figure 2, ladite carte électronique clavier partie centrale comprend une carte électronique clavier centre gauche 25a, et une carte électronique clavier centre droite 25b, dont chacune interagit avec les touches formant la partie gauche et droite, respectivement, du clavier partie centrale 21.

Lesdites cartes électroniques clavier se situent avantageusement au-dessous de la partie du clavier avec laquelle elles interagissent, notamment en lui transmettant des données. Chaque touche actionne au moins un dispositif de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels qu’un interrupteur ou capteur) ; dans un mode de réalisation avantageux il s’agit de deux dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que d’interrupteurs et/ou capteurs). Les capteurs peuvent par exemple être des capteurs optiques ou laser. Chaque dispositif de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels qu’un interrupteur ou capteur) de chaque touche dispose de sa propre entrée sur la carte électronique clavier à laquelle il transmet des données. Cela assure une lecture parallèle de tous les dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que d’interrupteurs et/ou capteurs).

Chacune des cartes électroniques clavier transmet des données à une carte centrale 27, et est alimentée, directement ou indirectement, par cette dernière. Plus précisément, la carte centrale 27 communique avec une liaison série bidirectionnelle asynchrone différentielle (avantageusement de type SPO, CLK data in - data out) avec les cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26 afin de limiter les temps de latence. Le temps de remontée des données des cartes clavier 24, 25a, 25b, 26 à la carte centrale 27 est insignifiant. Les fonctions de la carte centrale 27 peuvent être assurées par plusieurs cartes.

Ainsi, chacune des différentes sous-parties du clavier est dotée de sa ou de ses propre(s) carte(s) intelligente(s). Les différentes sous-parties du clavier peuvent être reliées par des dispositifs qui permettent le pliage du clavier (tels que des charnières), mais cela n’est qu’un mode de réalisation particulier, sachant que les sous-parties du clavier n’ont pas besoin d’être matérialisées autrement que par le fait qu’elles regroupent une pluralité de touches voisines qui sont reliées à une même carte intelligente.

A titre d’exemple, si dans le mode de réalisation de la figure 2 le clavier électronique 20 est un clavier pliable en trois segments 21 , 22, 23, le clavier partie extrême gauche 22 est matérialisé par sa propre carte électronique 24, et le clavier partie extrémité droite 23 est matérialisé par sa propre carte électronique 26, et ces deux sous-parties 22, 23 peuvent être reliés à la partie centrale 21 du clavier par une charnière (non montrée sur le figures) ; le clavier partie centrale 21 est subdivisé en deux sous-parties, mais cette subdivision n’est matérialisée que par le fait que chaque sous-partie dispose de sa propre carte électronique 25a, 25b intelligente. Chacune de ces cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26 comporte un microcontrôleur ou un microprocesseur ou un circuit programmable avec un logiciel embarqué ; il en est de même de la carte centrale.

La figure 3 montre de manière schématique et de manière plus complète, la structure fonctionnelle d’un piano électronique 1 selon l’invention, conforme à la figure 2. Le clavier comprend un bloc de gauche 42, un bloc de droite 43 et un bloc central 41. Le bloc de droite 43 et le bloc de gauche 42 peuvent être reliés au bloc central 41 par des charnières, ce qui rend le piano électronique selon l’invention pliable. L’invention s’applique de la même manière à un piano électronique qui n’est pas pliable.

Ledit bloc de gauche 42 comprend le clavier partie extrémité gauche 22 avec sa carte électronique clavier extrémité gauche 24, et le haut-parleur gauche 52. Ledit bloc de droite

43 comprend le clavier partie extrémité droite 23 avec sa carte électronique clavier extrémité droite 26, et le haut-parleur droite 53. Ledit bloc de central 41 comprend le clavier partie centrale 21 avec ses deux cartes électroniques, à savoir sa carte électronique clavier centre gauche 25a et sa carte électronique clavier centre droite 25b.

Le bloc central 41 comprend par ailleurs un système appelé ici « système central » 51 (ou « carte centrale »). Ce dernier comprend une carte de centralisation 44 des données provenant des différentes parties du clavier, qui reçoit des données de chacune des cartes électroniques clavier 25a, 25b, 24, 26. Ladite carte de centralisation 44 communique, d’une part, avec le générateur de son 56, et d’autre part avec une interface entrée - sortie 45 ; cette dernière fait avantageusement partie du système central 51. La carte de centralisation

44 peut faire partie de la carte centrale 27, ou peut correspondre à la carte centrale 27. Lesdites cartes électroniques clavier 25a, 25b, 24, 26 comprennent avantageusement au moins une unité de traitement du signal électrique, qui peut notamment être un composant intelligent programmable, tel qu’un circuit logique programmable, par exemple un composant de type FPGA (Field-Programmable Gâte Array), ou encore un microcontrôleur. Ainsi, les données en provenance des dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des interrupteurs et/ou capteurs), relatif à la vitesse d’enfoncement et de relâchement des touches, peuvent être collectées et stockées en parallèle.

Chacune des cartes électroniques clavier 25a, 25b, 24, 26 est reliée à la carte de centralisation 44 ; cette liaison se fait par une liaison série bidirectionnelle asynchrone différentielle, au sein de laquelle les paquets de données contenant les informations provenant des interrupteurs ou capteurs des touches du clavier sont émises et transportées de façon asynchrone. La carte de centralisation remplit plusieurs fonctions. D’une manière générale, elle récupère les informations provenant des cartes +électroniques clavier 25a, 25b, 24, 26, elle transforme les données au format MIDI, puis elle stocke ces données. Plus précisément, la carte de centralisation 44 des donnés clavier traite les données d’enfoncement et de relâchement des touches et de leur vitesse associée, qui lui sont transmises par les cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26. Cela sera expliqué ci- dessous en plus grand détail en relation avec la figure 4.

Pour résoudre la problématique de réduction de la latence tout en augmentant la sécurité de la transmission des données entre les cartes électroniques clavier et la carte de centralisation, on utilise une liaison bidirectionnelle de type SPI (Serial Peripheral Interface). Elle fonctionne selon un protocole qui permet de sérialiser les données issues de la lecture des touches du clavier. Les circuits communiquent selon un schéma maître - esclave. On utilise trois conducteurs communs et un conducteur par esclave : a) un premier conducteur commun qui transporte un signal d’horloge (signal désigné SCK - Serial ClocK), ce signal étant généré par le maître ; b) un deuxième conducteur commun qui transporte les données allant du maître vers l’esclave (signal désigné MOSI - Master Out, Slave In), ce signal étant généré par le maître ; c) un troisième conducteur commun qui transporte les données allant de l’esclave vers le maître (signal désigné MISO - Master In, Slave Out), ce signal étant généré par l’esclave ; d) un conducteur pour sélectionner l’esclave avec lequel communique le maître (signal désigné SS - Slave Select), ce signal étant généré par le maître.

Ce protocole permet de communiquer très rapidement entre le maître et l’esclave ; la fréquence peut atteindre 10 MHz. En particulier, les données MISO et MOSI peuvent être émises en même temps, le protocole étant synchrone. Cependant, cette structure présente deux problèmes résiduels. D’une part, la distance entre le maître et l’esclave doit être très courte pour pouvoir garantir cette vitesse dans des bonnes conditions de sécurité. Or, dans le clavier pliable selon l’invention, le signal doit transiter par des moyens de transmission filaire qui assurent la communication entre les ensembles extrémité gauche 12 ou droite 13 vers l’ensemble partie centrale 11 ; ces moyens de transmission filaires sont assez longs et risquent d’augmenter le temps de latence du système de transmission. Par ailleurs, ces moyens de transmission filaire étant assez longs, ils augmentent le risque de perturbation électromagnétique du signal.

Dans le cadre de la présente invention ce problème est résolu par l’association d’un protocole de type SPI, qui est performant par sa rapidité pour réduire la latence, à un mode différentiel qui assure au protocole SPI la fiabilité du signal sur une longue distance. Pour la transmission des données on utilise au moins deux conducteurs au lieu d’un seul pour chacun des quatre signaux a),b),c),d). Pour gérer le mode différentiel on utilise un driver (adaptateur de signaux) qui transforme dans un sens un conducteur en deux conducteurs différentiels, et dans l’autre sens deux conducteurs différentiels en un seul conducteur.

On note que les protocoles usuels qui utilisent un mode différentiel pour communiquer, tels que le protocole USB ou le protocole RS422, ne peuvent pas envoyer et recevoir directement des données de manière synchrone.

La figure 4 montre de manière schématique l’interface entre la carte de centralisation 44 et les cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26. Chacune de ces cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26 comprend son propre microcontrôleur 144 ; 124,1251,1252,126, et chacune de ces cartes électroniques clavier 24, 25a, 25b, 26 est en relation fonctionnelle avec au moins un driver différentiel, qui est avantageusement monté sur la carte, comme sur la figure 4, afin de minimiser la longueur de la connexion. Ainsi, la carte électronique clavier extrémité gauche 24 possède ici deux drivers différentiels 180,181 ; la carte électronique clavier extrémité droite 26 possède ici deux drivers différentiels 186,187 ; la carte électronique clavier centre gauche 25a possède ici deux drivers différentiels 182,183 ; la carte électronique clavier centre droite 25b possède ici deux drivers différentiels 184,185. Pour chacune desdites cartes électroniques clavier, un des drivers différentiels transporte les données MISO émanant de la carte électronique clavier vers le système central 51 (typiquement vers la carte de centralisation 44), et un autre des drivers transporte les signaux émanant du système central 51 (typiquement de la carte de centralisation 44) vers la carte électronique clavier, à savoir les signaux MOSI, SS et SCK. Ceci permet de conserver la vitesse de transmission de l’interface SPI tout en ajoutant la possibilité d’avoir des distances de conducteurs plus longs, et cela immunise le système contre les perturbations électromagnétiques ; ce dernier aspect est expliqué ci-dessous en relation avec la figure 5 qui représente une trame digital formée de cinq chiffres binaires : « 01010 ». A l’étape (i) la trame circule dans un conducteur et entre dans un premier driver différentiel (symbolisé par la première boite carrée). A l’étape (ii) la trame est transformée par le driver différentiel en deux signaux opposés qui permutent de la même façon que la trame entrante. En sortie de ce premier driver différentiel, la trame transformée circule à l’étape (iii) sur deux conducteurs (représentés par les deux lignes pointillées horizontales), dont l’un achemine le premier signal, et l’autre le deuxième signal. Ces signaux sont transmis au deuxième driver différentiel (symbolisé par la deuxième boîte carrée). A l’étape (iv) ce deuxième driver différentiel inverse la transformation et restitue en sortie la trame initiale sur un seul conducteur (étape (v)). Cette figure 5 représente également la survenance d’une perturbation électromagnétique de la trame : à l’étape (iii), la transmission de l’un des cinq chiffres binaires est affectée par une perturbation électromagnétique (indiquée par la flèche verticale). Cette perturbation affecte les deux signaux opposés représentant le chiffre binaire de la même manière, ce qui annulle l’effet de la perturbation. Ainsi, après transformation inverse dans le deuxième driver différnetierl, le chiffre binaire n’est pas affecté par ladite perturbation électromagnétique. Cet exemple illustre ainsi l’un des avantages du piano électrique selon l’invention. Le piano électronique 1 selon l’invention doit bien évidemment être capable de générer des sons. A cette fin, un générateur de son 56 convertit les données numériques issues de la carte de centralisation 44 des données clavier et génère le signal analogique associé à la note musicale qui correspond à la touche qui est à l’origine du signal. Le générateur de son 56 peut utiliser un logiciel de type connu, basé sur des techniques de modélisation et d’échantillonnage (par exemple un logiciel commercialisé sous la marque Pianoteq™ par la société Modartt) qui utilisent des données au format MIDI ; ce format est connu de l’homme du métier. Le générateur de son 56 peut se présenter sous la forme d’une carte de son. Alternativement, cette carte de son peut être intégrée dans le bloc central 41, ou dans un ordinateur externe ; ce dernier peut alors être relié au bloc central 41 par exemple par l’intermédiaire d’une interface entrée-sortie. L’interface entrée - sortie 45 peut comprendre notamment une ou plusieurs sorties sélectionnées dans le groupe formé par : les sorties pour casques, les sorties audio de type XLR, les sorties USB pour branchement à une interface de type MIDI, les sorties de type USB Host pour enregistrement audio et MIDI sur clé USB, les sorties audio numériques (et notamment les sorties de type AES et les sorties de type SPDIF).

Le générateur de son 56 est relié aux haut-parleurs gauche 52 et droite 53 par l’intermédiaire d’un amplificateur 54. Ce dernier fait partie du système central 51.

Le piano peut comprendre encore un haut-parleur de basses 57 qui se situe avantageusement dans le pied 14 du piano. Le système central 51 peut comporter d’autres cartes, ou peut être structuré différemment. A titre d’exemple, il peut comporter une carte PC qui intègre le logiciel de modélisation et d’échantillonnage mentionné ci-dessus. Ce mode de réalisation facilite l’accès aux options dudit logiciel dans le but de modifier la restitution du son. La fonction amplification peut être assurée par une carte amplificateur spécifique, qui communique avec les deux haut- parleurs gauche 52 et droite 53, et possiblement aussi avec le haut-parleur de basses 57, ou avec un générateur de son de basses séparé.

Dans un mode de réalisation avantageux, qui conduit à un piano électronique particulièrement compact, ledit ensemble extrémité gauche 12 comprend ledit bloc de gauche 42, et ledit ensemble extrémité droite 13 comprend ledit bloc de droite 43, et ledit ensemble partie centrale 11 comprend ledit bloc central 41. Ce dernier comprend ledit ensemble système central 51, qui, lui, comprend ladite carte centrale 27.

Si le clavier selon l’invention est réalisé sous la forme d’un clavier pliable, le bloc de gauche 42 et le bloc de droite 43 doivent chacun échanger des données avec le bloc central 41.

Cet échange de données se fait avantageusement par voie filaire 60,61 , dans la mesure où une liaison radio, qui est possible, se révèle trop peu performante, notamment en ce qui concerne la vitesse de transmission, et trop peu fiable quant à la rigueur imposée par l'absence d'erreur demandée par le jeu du pianiste. Par voie filaire les signaux doivent donc passer par les faces qui comportent la charnière. Plusieurs moyens 61 sont disponibles pour établir cette voie de transmission filaire. On peut utiliser des pointes ou surfaces de contact, éventuellement montées sur ressort, à positionnement fixe ou intégrées dans des connecteurs magnétiques, connus en tant que tels. On peut utiliser des câbles en nappe visibles, une solution bien connue, qui présente une certaine fragilité, et qui peut être considérée comme inesthétique. De manière préférée, on passe la nappe à travers la charnière sans que la nappe ne soit visible à l’ouverture et à la fermeture de la charnière. Comme décrit ci-dessus, la longueur assez importante de ces moyens de transmission filaire 60,61 ne génère pas une latence supplémentaire du système de transmission de données, et ne le rend pas sensible aux perturbations électromagnétiques qui seraient totalement inacceptables pour un piano électrique qui cherche à atteindre la qualité acoustique d’un piano à queue de salle de concert.

Dans une variante, entre la carte amplificateur 54 et le haut-parleur de basses 57 se situe une carte d’alimentation du haut-parleur des basses. Elle convertit l’alimentation provenant du secteur ou de la batterie pour alimenter les différentes fonctions de la carte. Ainsi elle assure notamment l’alimentation du module de gestion de l'alimentation, l’alimentation du processeur de signaux digitaux (DSP), l’alimentation de l’amplificateur des basses.

Dans un autre mode de réalisation particulier (non montré sur les figures) du piano électronique selon l’invention, ce piano comporte en plus un pédalier. Avantageusement ce pédalier comprend deux pédales analogiques, qui correspondent, respectivement, à la pédale dite forte (qui, dans un piano acoustique, prolonge le son et relève l’ensemble des étouffoirs), se situant habituellement sur la droite du pédalier, et à la pédale dit douce (qui, dans un piano acoustique, déplace le clavier latéralement pour que, dans les registres aiguë et moyen, les marteaux ne touchent plus toutes les cordes associées à une note), se situant habituellement sur la gauche du pédalier. Optionnellement, le pédalier peut comporter une troisième pédale, de type tout ou rien, qui correspond à la pédale dite de soutien ou sostenuto (qui, dans un piano acoustique, tient levés les étouffoirs uniquement des touches abaissées), se situant typiquement au milieu du pédalier.

Les signaux issus de ces pédales sont traités par la carte de centralisation 44. Ils peuvent transiter par ladite carte d’alimentation du haut-parleur des basses.

Dans une variante de ce mode de réalisation, c’est cette carte d’alimentation des basses qui alimente aussi les différents éléments des pédales. Plus précisément, elle convertit l’alimentation provenant du secteur ou de la batterie pour alimenter les différents éléments des pédales. Alternativement ou en plus, elle peut alimenter toutes les fonctions du piano, notamment en convertissant l’alimentation provenant du secteur ou de la batterie pour alimenter les différents éléments du piano, ou en alimentant directement la carte amplificateur et/ou la carte de centralisation.

Dans un autre mode de réalisation, l’une des fonctions de la carte amplificateur 54 est d’alimenter différentes fonctions du piano. Elle peut à cette fin convertir l’alimentation provenant de la carte d’alimentation du haut-parleur des basses pour alimenter la carte de centralisation. Les fonctions alimentées en électricité couvrent en particulier la sortie audio analogique, la sortie audio numérique, les amplificateurs des haut-parleurs de gauche et de droite et du casque (ou des casques).

Le générateur de son comprend un convertisseur numérique analogique qui convertit les données de sons numériques en données de son analogiques ou numériques. Il incorpore un logiciel pour le pilotage et la gestion de cette conversion. Le son est généré par la carte son de façon numérique. La carte de son peut faire partie du générateur de son ou peut être séparée. La carte d’amplificateur récupère ce signal digital pour le convertir en signal analogique de faible puissance. Ce signal est ensuite séparé en deux pistes, gauche et droite, pour être transmis aux haut-parleurs de droite 53 et de gauche 52. La piste de gauche part aussi vers la carte d'alimentation de l’amplificateur des basses pour être traité et amplifié.

Une sortie de signal numérique peut être utilisée pour envoyer un signal numérique vers l’extérieur.

Si le piano électronique selon l’invention est réalisé avec un clavier pliable, il peut être avantageux de prévoir dans l’ensemble extrémité droite 13 et dans l’ensemble extrémité gauche 12 une carte d’interface sur laquelle sont branchés les moyens de transmission filaire servant à transmettre les signaux d’un des ensembles extrémité gauche 12 ou droite 13 vers l’ensemble partie centrale 11.

L’invention présente de nombreux avantages.

Le fait de disposer de plusieurs cartes clavier (par exemple quatre) permet la lecture parallèle de tous les dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des capteurs ou interrupteurs) de toutes les touches, le temps de rafraîchissement de tous les états du clavier peut être réduit à environ 40 psec, alors que dans la plupart des produits du commerce ce temps est de l’ordre de 1 msec à 2 msec.

La réduction du temps de traitement de la lecture des dispositifs de détection de mouvement et/ou d’effort sur la touche (tels que des capteurs ou interrupteurs) permet un accroissement de la précision du calcul de la vitesse ; cette vitesse étendue pourra être transférée par des données au format MIDI étendu (en anglais Extended MIDI) qui est une variante plus performante du format MIDI de base. Ce format étendu permet de coder la vélocité sur une plage de 0 à 16383. Dans un mode avantageux de l’invention, on utilise un encodage de 0 à 1024, qui assure une qualité sonore qui répond à l’objectif, sans augmenter inutilement la quantité de données à traiter qui augmenterait le temps de traitement. La transmission des données des cartes clavier vers la carte centrale par le biais d'un protocole série asynchrone bidirectionnelle différentiel permet d’assurer une transmission sécurisée en terme de perte de données et en terme de vitesse d'échange des données. Ceci répond à l'objectif de réduire le temps de latence imposé par le transit des données vers la carte de génération du son. On a ainsi réalisé un piano électronique dans lequel le logiciel lit et interprète toutes les entrées dans un temps imparti de 40 ps, en utilisant quatre unités de traitement du signal électrique de type microcontrôleur (124,1252,1252,126) qui exécutent ces lectures en parallèle.