Advanced instrumentation and sensor fusion methods in input devices for musical expression
Notice bibliographique
Résumé
Advanced electronic instrumentation and sensor signal processing in Input Devices for Musical Expression must meet several requirements: they should be accurate, reproducible, monotonic, and robust.Despite these demanding design requirements, a large number of input devices are currently being developed in a Do-It-Yourself manner using simple sensing techniques.The aim of this thesis is to raise awareness of the limitations of this approach.As a solution, we propose state-of-the-art engineering tools to improve the sensing design: use of specialized sensor technologies, better electronic instrumentation, coherent calibration and data regression methods, and advanced signal processing through the sensor fusion filters.We have reviewed the Proceedings of the International Conference on New Musical Interfaces for Musical Expression, the major academic event in this field, from 2009 to 2013.Based on this review, we identify the generalized use of unsophisticated engineering solutions and easily available sensors, which are simple to assemble and require uncomplicated signal conditioning circuits.We then propose several methods of instrumentation and sensor signal processing that can deal with the above issues.Using these solutions, we evaluate the sensing design of one Digital Musical Instrument -The Rulers, an instrument containing several beams that can be bent or plucked, where beam motion can be assessed by either infrared, Hall effect, or strain gage sensors.We show that none of them are an optimal measurement solution.We then take advantage of the best features of each sensor technology, by applying sensor fusion techniques, optimally achieved by a linear Kalman filter.However, the Kalman filter implementation on human input signals is not obvious because several parameters of the system and its operation modes cannot be predefined, given the unpredictable nature of these signals.We therefore propose a framework for Kalman filter application based on gesture segmentation and classification, multiple sensors, multiple-model system and measurements, several candidate process models, filter evaluation, and Monte Carlo optimization.We confirm the validity of this framework by showing that it reduces the error covariance of the estimate.These results will hopefully lead to robust, reproducible, and responsive input devices more likely to provide skilled performers with instruments that could rival acoustic musical instruments in terms of expressive potential.First, I would like to have 1/0 space here to thank not only those that directly contributed for this work, but also to those that help me on the adventure of learning, i.e. living.This thesis counts with many contributions.The main one is the wise thoughts of my supervisor, Marcelo M. Wanderley, which are inspiring lessons for life.I am also indebted to Darryl Cameron, Yves Methot, Jullien Boissinot and Harold Kilianski, for their friendly help.I wish to thank the engineers that helped on assembling mechanical
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».