Gant musical (Arduino + Piezo)

Le gant musical est un projet réalisé avec un Arduino Nano et 5 capteurs de vibration (piezo)attachés sur un gant au bout de chaque doigt. A chaque activation du capteur, le programme permet de jouer une note sur un clavier virtuel ou tout autre logiciel de musique.

Au début du projet, le principe de gant musical était défini mais son fonctionnement était encore à choisir. Mon objectif étant de réaliser le tout grâce à Arduino et des capteurs, je me suis rapidement focalisé sur les différentes possibilités de captation. Parmi les différents capteurs possibles, j’en ai gardé deux fonctionnant sur deux principes différents : le mouvement et le toucher. Les deux capteurs possible étant un capteur de flexion (flex sensor) et un capteur de vibration (piezo).

Après avoir décidé de faire du gant un instrument s’adaptant à l’environnement, j’ai choisi d’utiliser les capteurs de vibration (piezo) qui se déclencheront grâce au contact d’une surface (plane ou non).

Un problème se pose : réaliser un code déclenchant des signaux MIDI alors que la carte Arduino UNO ne permet pas de comprendre ceux-ci. Je suis donc passé par un transformateur de signal USB en signal MIDI : Hairless Midiserial (cf. schéma 1).

Schéma 1 : configuration Hairless Midi Serial (Serial Port : port de la carte Arduino & MIDI Out : gestionnaire MIDI du PC)

La transformation USB —> MIDI étant opérationnelle, il faut maintenant passer par un logiciel de musique (cf. schéma 2) pour récupérer le signal MIDI et le visualiser sur un synthétiseur (plusieurs options sont possibles, ici j’ai utilisé GarageBand).

Schéma 2 : logiciel de musique GarageBand

Prototypage sur Arduino : Pour valider le fonctionnement des signaux MIDI, je crée un code qui joue une note seule à intervalle régulier (cf. schéma 3). Pour faire comprendre au programme de jouer une note, j’ai utiliser une correspondance des notes de musique en valeur numérique correspondant au MIDI (cf. schéma 4). Je téléverse le programme sur la carte, ouvre le transformateur de signal et ouvre le logiciel de musique ou tout autre visualiseur de synthétiseur (cf. schéma 5).

Schéma 3 : programme Arduino de note seule Schéma 4 : correspondance des notes en valeur MIDI Schéma 5 : configuration des fenêtres

Le programme étant fonctionnel, je peux prototyper cela avec un capteur. N’ayant pas de piezo à portée de main immédiatement, j’ai décidé de prototyper le système avec un bouton poussoir (cf. schéma 6).

Schéma 6 : prototypage avec bouton poussoir

Le prototype avec le bouton poussoir validé, je peux tester le système avec un piezo. Je réalise mon montage sur breadboard (cf. schéma 7) et je crée un programme qui joue une note à chaque fois que le piezo détecte une vibration (cf. schéma 8).

Schéma 7 : schéma de montage du piezo Schéma 8 : programme Arduino pour jouer une note grâce au piezo

Pour finaliser la partie programmation, je crée un programme amélioré qui prend en compte cinq piezo (cf. schéma 9).

Schéma 9 : programme Arduino final pour jouer une note avec 5 piezo

La partie programmation finie, je peux commencer la partie couture pour créer le gant. Pour commencer, j’ai voulu tester très rapidement de coudre sur de l’élasthanne (lycra). J’ai donc commencer mes tests de couture (cf. schéma 10) et cousu un premier gant dont j’avais pris la forme en posant ma main sur le tissu et en traçant les contours (cf. schéma 11).

Schéma 10 : test de couture sur tissu élasthanne Schéma 11 : essai de couture de gant sur tissu élasthanne

Le test permet une couture solide et précise mais donne un gant mal ajusté (notamment entre les doigts). J’ai donc décidé de créer mon propre patron de gant, adapté au plus précis à mes mesures de main gauche.

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Pour commencer, j’ai créer un tableau (cf. schéma 12) répertoriant les mesures dont j’aurais besoin : le tour de paume, la circonférence de tous les doigts excepté le pouce, la hauteur de base du pouce, la hauteur des 2 phalanges du pouce et enfin le tour de pouce. Schéma 12 : tableau de mesures de main gauche

Sur une feuille quadrillée et pliée en deux, j’ai tracé une ligne à 10,25cm du bord (la moitié de la mesure de mon tour de paume), puis j’ai ensuite tracer des lignes en partant de la droite vers la gauche correspondant aux tiers des circonférences de mes doigts. J’ai ensuite poser ma main sur la feuille en laissant mes doigts parallèles aux lignes, puis j’ai marqué la hauteur de mes doigts et la marque de mes entre-doigts (cf. schéma 13). J’ai ensuite découper sur les marques en gardant la feuille pliée (cf. schéma 14).

Schéma 13 : mesures et lignes Schéma 14 : découpe du patron

Sur la deuxième face du patron (la face dos de la main), je reporte les lignes d’entre less doigts et je les abaisse d’un centimètre (cf. schéma 15).

Schéma 15 : lignes abaissées face dos

Le patron de la main étant fait, il faut maintenant faire l’ouverture pour le pouce. Pour cela, à 6mm des bords je trace un rectangle de 4cm sur 6cm (cf. schéma 16).

Schéma 16 : rectangle du trou du pouce

Je place le point A au centre du rectangle. Je place ensuite deux points, B et D, à 5mm des bords gauche et droit du rectangle, puis je trace une sorte d’ovale à l’intérieur. Je relie les points B et D au point A, puis je reporte la mesure de la ligne AB à 45° à l’extrémité du point B : je place le point C au bout de cette ligne. Pour finir, je place le point E au centre du bas du rectangle (cf. schéma 17). Je découpe ensuite à l’intérieur jusqu’au point C (cf. schéma 18).

Schéma 17 : tracé de l’ovale Schéma 18 : découpe du tracé

Sur une autre feuille, je trace le patron de mon pouce. Je trace un rectangle correspondant au tour de pouce en longueur et à la base du pouce et la hauteur des deux phalanges en largeur (cf. schéma 19). Je trace ensuite un ovale à l’intérieur du rectangle tout en laissant 5mm au centre de la longueur du haut. Je rajoute un arrondi de 5mm également au bord de l’intersection des deux mesures de la largeur et je place le point D. Je reporte ensuite la mesure DC de l’ouverture du pouce à l’ovale du pouce puis je trace la ligne CB de la même dimension et à 35°(cf. schéma 20). Je découpe ensuite l’ovale.

Schéma 19 : mesures du rectangle Schéma 20 : ovale du rectangle

Pour finir, je trace le patron des fourchettes qui serviront de liaison entre les doigts. Sur une feuille, je trace une ligne correspondant à la circonférence du majeur (ici 6,5 cm) puis une ligne perpendiculaire et correspondant au tiers de la circonférence du majeur (ici 2,2 cm). Je rajoute la moitié de cette dernière ligne en haut du tracé, je rallonge ensuite le tracé d’1,3 cm en bas puis je relie le tout (cf. schéma 21). J’arrondi les bords (cf. schéma 22) puis je découpe.

Schéma 21 : mesures de fourchette Schéma 22 : fourchette arrondie

L’ensemble du patron est terminé et découpé (cf. schéma 23).

Schéma 23 : ensemble du patron découpé

Le patron sur papier terminé, je peux passer à la création sur tissu. Je transfert les différentes parties de mon patron sur tissu grâce à une craie pour tissu (cf. schéma 24). Une fois découpé, le patron est prêt pour la couture (cf. schéma 25).

Schéma 24 : patron sur tissu Schéma 25 : patron sur tissu découpé

Pour commencer la couture, il faut coudre le pouce sur la paume en commençant par AB, puis BC, puis DE, puis C puis CE en retournant le pouce (cf. schéma 26).

Schéma 26 : assemblage du pouce au gant

Il faut ensuite couper 6 fourchettes sur du tissu et les coudre deux par deux à la base. Ensuite, détacher les doigts un par un en commençant par l’index et coudre les fourchettes sur chaque doigt en cousant d’abord la paume puis ensuite le dos (cf. schéma 27).

Schéma 27 : couture des fourchettes

Il reste l’assemblage à faire au niveau du gant et des piezo. Pour avoir un objet plus léger et moins dérangeant à porter, j’ai choisi d’utiliser un Arduino Nano pour la version finale. Pour cela, j’ai d’abord souder chaque piezo avec une résistance de 1МΩ. J’ai ensuite rallonger le fil du piezo en ajoutant des câbles blanc (pour le pin) et gris (pour le ground). J’ai fini par souder tous les câbles gris au ground de mon Arduino, puis tous les câbles blancs aux différents pin choisis dans mon code (cf. schéma 28).

Schéma 28 : résistances soudés aux piezo

J’ai ensuite collé tous les piezo aux bout de chaque doigt (cf. schéma 29).

Schéma 29 : piezo collés au gant

Enfin, je consolide mes éléments en créant une « bulle » de colle et j’attache les câbles et l’Arduino au gant en attendant d’améliorer le dispositif de protection (cf. schéma 30).

Schéma 30 : attache du dispositif au gant

Le dispositif est fonctionnel, il ne reste plus qu’à brancher l’Arduino, téléverser le programme, lancer Hairless Midiserial, ouvrir un synthétiseur virtuel et laisser jouer sa créativité !

La principale difficulté rencontré a été un challenge de ma part. En effet voulant réaliser l'objet avec le matériel à disposition, j'ai du transformer le signal d'une carte Arduino en signal MIDI pour être capable d'interpréter du son. La seconde difficulté du projet est la couture du gant qui s'avère assez technique pour les débutants (notamment la couture du pouce).

Des extensions sont possibles pour améliorer le projet : changement de carte pour avoir une carte capable d'interpréter un signal MIDI (ex: carte Teensy), amélioration du système d'accroche des piezo au gant, réalisation d'une armature protectrice du circuit et de la carte électronique etc.