Tesi sul tema "Instruments à cordes – Propriétés acoustiques"

L’expression « cordes sympathiques » est utilisée pour désigner, sur les cordophones, des cordes qui ne sont jamais jouées directement mais qui, pourtant, vibrent. Ces cordes modifient le timbre et le temps de résonance de l’instrument, engageant une signature sonore atypique. Les instruments à cordes sympathiques sont présents à travers le monde entier. En Europe, ce dispositif a inspiré facteurs, compositeurs et interprètes autour d'un instrumentarium riche : viole d'amour, baryton, nyckelharpa, hardingfele, vielle à roue, violon d'amour, trompette marine, etc. Cette thèse explore notamment l'influence des cordes sympathiques de ces instruments sur leurs répertoires respectifs, en utilisant les méthodes de la Musicologie, de l'Acoustique et des Sciences du Patrimoine
The term 'sympathetic strings' is used on cordophones to describe strings that are never played directly, but which nevertheless vibrate. These strings modify the timbre and resonance time of the instrument, creating an atypical sound signature. Sympathetic string instruments are found all over the world. In Europe, this device has inspired makers, composers and performers to create a rich instrumentarium: viola d'amore, baryton, nyckelharpa, hardingfele, hurdy-gurdy, violin d'amore, marine trumpet, and so on. This thesis explores the influence of the sympathetic strings of these instruments on their respective repertoires, using the methods of musicology, acoustics and heritage sciences

La viola caipira est un type de guitare brésilienne largement utilisée dans la musique populaire. Elle comprend dix cordes métalliques organisées en cinq paires, accordées à l'unisson ou à l'octave. Le travail de thèse porte sur l'analyse des spécificités des sons musicaux produits par cet instrument, peu étudié dans la littérature.L'analyse des mouvements des cordes pincées au moyen d'une caméra rapide montre l'importance des vibrations par sympathie qui donnent lieu à un halo sonore, constituant une signature perceptive importante. Ces mesures révèlent également l'existence de chocs entre cordes, qui ont des conséquences très clairement audibles. Les mobilités vibratoires au chevalet sont par ailleurs mesurées au moyen de la méthode du fil brisé, simple de mise en oeuvre et peu couteuse dans la mesure où elle évite l'utilisation d'un capteur d'effort. Associée à une analyse modale haute résolution (méthode ESPRIT), ces mesures permettent de déterminer les déformées modales aux points de couplage corde/caisse et donc de caractériser l'instrument.Une modélisation physique, basées une approche modale, est réalisée à des fins de synthèse sonore. Elle prend en compte les mouvements des cordes selon 2 polarisations, les couplages avec la caisse ainsi que les collisions entre cordes. Ce modèle est qualifié de modèle hybride car il combine une approche analytique pour décrire les vibrations des cordes et des données expérimentales décrivant la caisse.Les simulations dans le domaine temporel rendent compte des principales caractéristiques identifiées de la viola caipira
The viola caipira is a type of Brazilian guitar widely used in popular music. It consists of ten metallic strings arranged in five pairs, tuned in unison or octave. The thesis work focuses on the analysis of the specificities of musical sounds produced by this instrument, which has been little studied in the literature.The analysis of the motions of plucked strings using a high speed camera shows the existance of sympathetic vibrations, which results in a sound halo, constituting an important perceptive feature. These measurements also reveal the existence of shocks between strings, which lead to very clearly audible consequences. Bridges mobilities are also measured using the wire-breaking method, which is simple to use and inexpensive since it does not require the use of a force sensor. Combined with a high-resolution modal analysis (ESPRIT method), these measurements enable to determine the modal shapes at the string/body coupling points and thus to characterize the instrument.A physical modelling, based on a modal approach, is carried out for sound synthesis purposes. It takes into account the strings motions according to 2 polarizations, the couplings with the body and the collisions between strings. This model is called a hybrid model because it combines an analytical approach to describe the vibrations of strings and experimental data describing the body. Simulations in the time domain reveal the main characteristics of the viola caipira

Nous explorons le lien entre la mobilité au chevalet et la perception de la jouabilité en observant si le musicien perçoit des différences dans les limites supérieure et inférieure de Schelleng, pour les notes autres que la note de loup. Nous recherchons également d’autres facteurs pertinents pour la perception de la jouabilité en étudiant les interactions entre le musicien et l’instrument lors d’une tâche d’évaluation et d’interprétation. Contrairement aux approches précédentes, nous observons toutes les parties de la boucle de rétroaction de la jouabilité, à savoir les paramètres de contrôle, les mesures vibro-acoustiques de l’instrument, la réponse de l’instrument en situation de jeu et les commentaires du musicien sur les qualités de cet instrument. Nous trouvons que la courbure du chevalet du violoncelle peut amener le musicien à utiliser moins de force que d’habitude afin d’éviter de toucher accidentellement des cordes adjacentes. Cela entraîne des transitoires plus longs et des timbres différents, qui sont perçus d’une manière non lié à la géométrie ou aux paramètres de contrôle. Parfois, des adaptations inconscientes de la géométrie affectent les sons produits et la perception ultérieure de l’instrument. Un effort conscient est nécessaire pour surmonter ces comportements naturels afin de compenser la géométrie de la configuration et d’arriver à une évaluation stable
We attempt to validate the link between the bridge mobility and the perception of playability by observing whether the musician perceives differences in Schelleng’s upper and lower limits for notes other than the wolf note. We also look for other factors which are relevant to the musician’s perception of playability by studying the interactions between the player and the instrument during an evaluation and performance task. Unlike previous approaches, we observe all parts of the playability feedback loop, including the control parameters, some vibro-acoustical measurements taken with an impact hammer, the response of the instrument to the control parameters, and the musician’s comments about perceptual properties. We find that geometric features of the cello set-up (in particular, the bridge curvature) may lead the musician to use less force than usual in order to avoid accidentally touching adjacent strings. This results in longer transients and different timbres, which are perceived in ways that are not related to geometry or control parameters. Sometimes unconscious adaptations to the geometry affect the sounds produced and the subsequent perception of the instrument. A conscious effort is needed to overcome these natural behaviors in order to compensate for set-up geometry and arrive at a stable evaluation

Les vibrations du corps d'un instrument de musique à vent mettent en jeu divers couplages vibroacoustiques : conduit/fluide interne, et conduit/fluide externe. Le couplage conduit/fluide interne est étudié via l'impédance d'entrée du conduit vibrant, qui diffère du cas indéformable. La perturbation de l'impédance, très faible pour des paramètres usuels, est maximisée lorsque la fréquence d'un mode mécanique ovalisant du conduit coïncide avec celle d'un des modes acoustiques. Lorsqu'une telle condition de coïncidence mécanique/acoustique est satisfaite, de faibles modifications du timbre, voire des perturbations plus importantes sont observées sur le son produit. Le couplage conduit/fluide externe est étudié via le rayonnement acoustique d'un pavillon de trombone libre de vibrer, qui diffère du cas où les vibrations sont amorties par du sable. Des écarts de quelques décibels sont observés à des fréquences de modes de vibration efficaces du point de vue du rayonnement acoustique
The wall vibrations of a wind musical instrument imply various vibroacoustic couplings:duct/internal fluid and duct/external fluid. The duct/internal fluid is studied via the input impedance of the vibrating duct, which differs from the perfectly rigid case. The disturbance of the impedance, still very weak for usual parameters, is maximal when the eigenfrequency of a mechanical ovalling mode of the duct coincides with the one of an acoustic mode. When such a mechanical/acoustical matching occurs, slight timbre modification, or even more important disturbance can be observed on the produced sound. The duct/external fluid coupling is investigated via the acoustic radiation of a trombone bell free to vibrate, which differs from the case where its vibration are damped using sand. Some small differences of a few decibels are measured at frequencies of radiating mechanical modes, which are efficient from the acoustic radiation point of view

Cette thèse présente plusieurs travaux autour de l'étude des relations entre geste et son ayant pour vocation l'aide à la conception d'instruments pour la performance musicale. L'objectif est de mieux comprendre comment les gestes peuvent être associés au son afin de créer des instruments de musique numériques et expressifs. Initiée par une étude exploratoire scellant les objectifs et les problématiques abordées, cette thèse s'articule autour de deux grandes thématiques : la réponse gestuelle à l'écoute d'un son et la modélisation du geste à des fins d'analyse et d'applications. Dans la première thématique nous proposons des études expérimentales montrant les stratégies cognitives des participants dans l'exercice d'associer un geste à un son écouté. Nous montrons que ces stratégies sont liées à l'identification de la source. Dans la deuxième thématique, nous abordons les problèmes de modélisation des structures temporelles dans le geste musical. Nous présentons un premier modèle permettant le suivi et la reconnaissance en temps réel des profils temporels des paramètres du geste. Motivés par les aspects structurels de la musique, nous montrons la pertinence de l'utilisation d'un modèle pour la segmentation et l'analyse syntaxique du geste. Ainsi, nous abordons l'analyse gestuelle d'un point de vue signal et symbolique. Enfin, une implémentation concrète des questions de recherche est présentée sous la forme d'applications des différentes contributions théoriques. Précisément, les applications sont : un système de sélection de son par le geste; et un système de synthèse du son basée sur un suivi morphologique.

La simulation numérique des fonctionnements mécaniques des instruments, des structures vibrantes et des divers modes d’excitation, des modes de propagation ainsi que de rayonnement de l’instrument est le fondement des techniques de synthèse par modèles physiques. Leurs principaux représentants sont la synthèse par guides d’ondes, la synthèse modale avec le logiciel Modalys et enfin le système Cordis-Anima. C’est par une approche pragmatique des synthèses par modèles physiques envisagée suivant trois axes principaux d’étude – les notions d’espace, de geste et d’instrument -, que nous avons pu discerner leurs implications fondamentales, potentialités et orientations possibles d’utilisation. Ces techniques de simulation ont une double finalité : un usage théorique en physique acoustique, une utilisation analogique, extensive et métaphorique dans le domaine de la création musicale. De plus, à l’opposé des techniques de synthèse par modèles de signaux, les synthèses par modèles physiques s’attachent à modéliser puis à simuler non l’effet mais la cause du phénomène sonore. Ce déplacement de la simulation vers la causalité soulève de nombreux enjeux épistémologiques et musicaux. Se profileront ainsi non seulement des dimensions nouvelles du son de synthèse, mais aussi une attitude bien particulière de la part du compositeur au regard des paramètres physiques de manipulation et des territoires de recherche créatrice propres à la simulation numérique d’objets vibrants
Computer simulation of how an instrument works – whether it be the vibrating structures, the excitation modes, the propagation modes, as well as the radiation of the instrument – is the structural foundation of any synthesis procedure using physical models. Some of the main techniques currently used, are “waveguide synthesis”, “modal synthesis” with the Modalys software, and the Cordis-Anima system. I have studied the fundamental implications, prospectives and possible orientations of the use of the physical model synthesis through a pragmatic approach of the following three main axes: space, gesture and instrument. These simulation techniques aim at two things: on the one hand it can help theory-developing in acoustic physics, on the other hand it can lead to an analogical, extensive and metaphoric use in the field of musical creation. Moreover, unlike signal model synthesis, physical model synthesis aims at modelling and simulating the causes of an acoustic phenomenon rather than the results of such a phenomenon. This computer simulation of the causes raises numerous epistemological and musical issues. As a result not only will this add a new dimension to sound synthesising, but it might also alter the approach of the composer who will be able to change physical parameters thus revealing new creative fields of research in relation with computer simulation of vibrating objects

Cette thèse examine le rôle structurant du timbre à partir du répertoire pianistique de la première moitié du dix-neuvième siècle, période exploratoire où le timbre, composé multidimensionnel, occupe une place centrale. Fondée sur une conception architectonique et organique de la forme, elle convoque l’acoustique et la psychologie, dans une perspective transdisciplinaire. Le rapport entre timbre et langage se fonde sur les ressources timbriques de l’écriture. Ce matériau aux fortes potentialités structurales est modélisé par des facteurs pianistiques et texturaux en interaction. Les unités timbriques de niveau inférieur, délimitées par différents types d’articulations, trouvent leur cohésion dans des groupements timbriques aux propriétés émergentes. Les structures orientées résultantes convergent ou divergent avec les autres dimensions musicales. Le déploiement formel du timbre met en jeu des associations timbriques, donnant lieu à des espaces orientés et polarisés et à des structures en réseaux. Les prolongations timbriques, impliquant l’extension temporelle, la générativité et la récursivité de la forme, concernent les dimensions spectrale et temporelle du timbre et interrogent la notion de structure fondamentale. Les hiérarchies timbriques, envisagées sous l’angle de la subordination et de la réduction, mettent en jeu des structures fractales et arborescentes. Le rapport entre timbre et plan formel global implique l’examen des unités timbriques de niveau supérieur, résultant de groupements statistiques et syntaxiques, et dont les articulations présentent maintes similarités avec le niveau inférieur. La typologie des formes rend compte de la diversité des structures résultantes et met en évidence les notions de point culminant, symétrie, progression, anticipation et retour. Le timbre, structuré en niveaux interreliés, constitue ainsi une dimension essentielle à la compréhension de la nature et de l’évolution des formes pianistiques
This thesis examines the structuring role of timbre through the pianistic repertory of the first half of the nineteenth century, an exploratory period in which timbre, as multidimensional compound, occupies a central place. Based on an architectonic and organic conception of form, it conveys acoustics and psychology, in a transdisciplinary perspective. Relationship between timbre and language is based on the timbral resources of writing. This material, provided with strong structural potentialities, is modelled by pianistic and textural factors in interaction. Low-level timbral units, delimited by different types of articulations, find their cohesion in timbral groupings provided with emerging properties. The resulting orientated structures converge or diverge with the other musical dimensions. Formal deployment of timbre involves timbral associations, giving rise to orientated and polarized spaces and to network structures. Timbral prolongations, implying temporal extension, generativity and recursion of form, concern the spectral and temporal dimensions of timbre and question the notion of fundamental structure. Timbral hierarchies, considered in terms of subordination and reduction, involve fractal and treelike structures. Relationship between timbre and overall formal plan implies the examination of high-level timbral units, resulting from statistical and syntactic groupings, and whose articulations present many similarities with low level. The typology of forms renders the resulting structures’ diversity and brings to light the notions of climax, symmetry, progression, anticipation and return. Timbre, structured in interrelated levels, thus constitutes a dimension essential to the comprehension of nature and evolution of pianistic forms

Cette thèse d'informatique musicale explore d'une part la performance intrumentale et propose d'autre part des algorithmes de synthèse additive rapide. Un état de l'art sur l'analyse du jeu instrumental est dabord réalisé, explorant les différentes composantes de l'interprétation musicale. Une étude sur l'importance du doigté au piano est alors présentée. La performance pianistique est ainsi analysée pour mettre en évidence l'influence du doigté sur la performance. Le jeu académique au saxophone est aussi analysé, afin d'évaluer le niveau technique de saxophonistes en fonction de l'évolution de leurs paramètres sonores. Une méthode automatique de cette évaluation est alors proposée. Dans une deuxième partie, nous explorons des algorithmes de synthèse additive rapide. Nous étudions d'abord la possibilité d'avoir recours à des techniques non linéaires. Nous présentons ensuite PASS, une nouvelle méthode où des polynomes replacent des fonctions sinusoïdales pour accélérer la synthèse sonore. Une application de la méthode PASS est finalement présentée, permettant la synthèse rapide et réaliste de surfaces océaniques.

Notre etude est une etape preliminaire a la preparation de campagnes de mesures in situ. Le but est de determiner le domaine de validite de modeles d'avalanches denses. Une analyse des differentes hypotheses utilisees lors de ces modelisations nous permet de preciser les principaux parametres physiques a mesurer en differents points de l'ecoulement: la densite et la vitesse. Apres un rappel des diverses experiences realisees pour etudier la dynamique des avalanches, nous definissons les principales infrastructures a mettre en place sur un site experimental et nous approfondissons deux methodes permettant de realiser ces mesures. Des experiences en laboratoire ont ete realisees pour rechercher le lien entre la densite d'un echantillon de neige dense et ses proprietes acoustiques. Ce travail se termine par l'enonce des principes d'un capteur acoustique permettant de faire ces mesures au sein d'une avalanche dense. Enfin, nous montrons qu'il est possible d'utiliser des techniques de traitement d'images pour mesurer in situ, la vitesse a la surface d'un ecoulement. Nous proposons alors les ameliorations a apporter aux techniques d'analyse d'images existantes pour augmenter leur efficacite

Cette thèse présente une étude acoustique des instruments de musique de type flûte, enrichie par l'analyse de la respiration chez les flûtistes.Le flûtiste acquiert au cours de son parcours musical un contrôle expert du jeu de son instrument. Les contrôles développés par le musicien dépendent des libertés et contraintes apportées par son expertise musicale, sa physiologie respiratoire, la consigne musicale et la réponse acoustique de la flûte. Etudier les techniques de jeu nécessite de considérer le flûtiste et son instrument comme un ensemble.D'une part, ce travail porte sur l'étude de la réponse acoustique de la flûte à travers deux études: l'une concernant l'apport de l'acoustique linéaire lors de la conception d'un nouvel instrument par un facteur, l'autre portant sur l'influence de la position des lèvres du flûtiste. Ce travail permet de mettre en lumière les irrégularités du comportement acoustique de la flûte selon le doigté et amène à étudier comment le flûtiste les compense.D'autre part, nous étudions les stratégies respiratoires développées par le musicien au cours du jeu, afin d'obtenir une analyse et une compréhension fines des relations entre les paramètres de contrôle respiratoires et aéro-acoustiques dans un contexte musical. Nous répondons à deux questions : comment le flûtiste adapte sa respiration aux consignes musicales, et quand commence le jeu musical. Enfin, nous nous sommes intéressés aux efforts respiratoires développés par le musicien, en termes de travail et puissance. Une nouvelle question est posée : comment le flûtiste met à profit son système respiratoire afin de réaliser et/ou de faire entendre une intention musicale
This thesis presents an acoustical study of flute-like instruments, which is developed by the analysis of flautist’s breathing. The flautist acquires during his musical background an expert control of his instrument. The control developed by the musician directly depends on the freedoms and constraints provided by the musician musical expertise, his respiratory physiology, the musical tasks and the acoustic behavior of the flute. Studying the playing techniques requires us to consider the flautist and the instrument as a whole.First, this work focuses on the study of the acoustic response of the flute through two studies: one on the contribution of the linear acoustics in the design of a new instrument with a flute-maker, the other on the influence of the position of the flautist’s lips. This work allows us to highlight irregularities in the acoustic behavior of the flute according to the fingerings, and leads us to study how the flautist compensates them. Secondly, we study the respiratory strategies developed by the musician while playing, in order to obtain detailed analysis and understanding of relationships between respiratory and aeroacoustic control parameters in a musical context. We answer two questions: how does a flute player adapt his breathing and playing to musical tasks, and when does the musical playing begin. Finally, we were interested in the respiratory efforts developed by the musician, in terms of work and power. A new question is asked: how does the flautist use his respiratory system in order to achieve and/or to highlight a musical intention

Cette thèse traite de la manière dont le musicien contrôle les régimes d'oscillation d'un instrument de la famille des cuivres. L'’association d’'un instrument et d'un musicien forme un système dynamique complexe. Le couplage non linéaire entre les lèvres et la colonne d’'air peut mener à un régime stationnaire, des auto-oscillations périodiques ou quasi-périodiques. De nombreux paramètres de contrôle permettent à un musicien de choisir le régime d’oscillation.Deux approches sont utilisées pour comprendre l’'émergence des régimes de l’'instrument et leur contrôle par le musicien. D'’une part, on étudie un modèle physique de cuivre, consistant en une valve à 1 degré de liberté couplée non linéairement à une expression modale de l’'impédance d’'entrée de l’'instrument. Les caractéristiques des régimes de ce modèle sont étudiés par analyse de stabilité linéaire, simulation numérique et équilibrage harmonique. L’'objectif est d'’estimer la capacité de ce modèle à reproduire le comportement de l’'instrument. Un outil expérimental est également développé pour mesurer simultanément des paramètres de contrôle employés par les musiciens et des variables de jeu.Les résultats améliorent la compréhension des régimes d’oscillation des cuivres. Les mesures expérimentales donnent les plages de variation des paramètres de jeu. Les résultats des méthodes d'’analyse se complètent, donnant une vision globale de l’'apparition des régimes oscillants du modèle et des informations détaillées sur certains points de fonctionnement. Certaines situations de jeu particulières sont étudiées: note pédale du trombone, ’influence de l’'utilisation d’'une sourdine et nature des sons multiphoniques
This thesis focuses on how a musician controls and chooses the oscillation regimes of brass instruments.The association of an instrument and a musician is a complex dynamical system. The nonlinear coupling between the lips and the resonator can lead to a stationary regime, periodic or quasi-periodic self-sustained oscillations. Through several control parameters, a musician can select the desired regime.Two approaches are developed to understand the emergence of the instrument oscillation regimes and how a musician controls it. A physical model of brass instrument is studied. It consists in a one-degree-of-freedom lip valve nonlinearly coupled to a modal fit of the input impedance of the instrument. The features of several oscillation regimes of this model are studied through linear stability analysis, numerical simulation and harmonic balance. Goals are the assessment of the ability of this model to reproduce the behavior of the modelled instrument. An experimental setup is also developed to measure simultaneously playing parameters used by a musician and instrument variables.Results provide a better understanding of the behavior of brass instrument oscillation regimes. Measurements provide ranges of the control parameters. Results of the analysis methods of the model are complementary. A global vision of the occurrence of certain oscillation regimes is provided, along with more detailed information for some operating points. Some specific playing situations are examined in detail, such as the trombone pedal note, the influence of a passive or active mute on the latter, and the nature of multiphonic sounds

Le vingtième siècle a vu l’émergence d’un nouveau type d’œuvres musicales issu de l’utilisation de l’électricité et d’outils technologiques inédits dans la musique savante occidentale. Des années 50 à aujourd’hui s’est construit un riche répertoire d’œuvres alors regroupées dans la catégorie générale des musiques électroacoustiques. Parmi celles-ci se trouvent les œuvres dites « mixtes » dont la particularité réside dans la rencontre entre la séculaire tradition instrumentale et les nouveaux horizons apportés par l’univers électroacoustique. Ce travail de recherche se propose de construire une démarche analytique pour aborder des œuvres mixtes. Pour ce faire, il est nécessaire de s’entendre, parmi les multiples approches possibles, sur les objectifs (que veut-on analyser ?) et la (ou les) méthode (comment analyser ce que l’on veut ?). De plus, l’étendue des problématiques posées par le projet de cet ouvrage ne réside pas seulement dans ces questions mais aussi dans la spécificité du répertoire à analyser. C’est pourquoi ce travail se centre, dans un premier temps, sur l’étude des fondements des œuvres de musique savante occidentale, dans leur évolution jusqu’à nos jours, de manière à approcher au plus près la nature des œuvres mixtes au sein de leur contexte artistique. Ce n’est qu’une fois ces deux champs envisagés (nature des œuvres mixtes/objectifs et méthodes d’analyse) que prend place l’analyse d’extraits d’œuvres, caractéristiques du genre, orientée selon deux perspectives : l’analyse axée sur les causes des sons d’une œuvre et l’analyse axée sur les relations morphologiques et structurelles entre les sons issus des instruments et ceux provenant des haut-parleurs
During the XXth century, new types of musical works appeared from the use of electricity and technological tools unknown in occidental music. A vast repertory of works has been developing from the 50’s to nowadays constituting the general category of electroacoustic music. More specifically, what were then named the mixed works originally combine the secular instrumental tradition with the new electroacoustic conception. This research work proposes to set up an analytical approach specific to these mixed works. In that sense, it is necessary to precisely define what the aims are (what is analyzed?) and what the method is (how can it be analyzed?). Besides, the stakes of the various questions studied in this work deal not only with these previous points but also with the specificity of the repertory to be analyzed. That is the reason why this work first focus on the fundamentals of occidental music from their evolution to nowadays. The point of the first part is indeed to define as precisely as possible the nature of mixed works according to their artistic background. Once this two axes set up (nature of the mixed works and methods of analysis), the work will focus on the analysis of various extracts of works which well exemplify the category. These analysis are articulated according to two major perspectives: the analysis of the causes of the sounds in a work and the analysis of the morphologic and structural relations between the sounds either produced by instruments or speakers

La diversité des régimes des instruments de la famille des flûtes a été mise en évidence à de nombreuses reprises : régimes statiques, périodiques, ou non périodiques. Cependant, de nombreux aspects de la dynamique de ces instruments demeurent mal compris. Pour les musiciens comme pour les facteurs d'instruments, les transitions entre régimes revêtent une importance particulière : d'une part elles correspondent à des changements de notes, et d'autre part la production d'un régime donné est conditionnée par les paramètres de facture (liés à la fabrication de l'instrument), et de contrôle (ajustés en permanence par l'instrumentiste). On s'attache dans ce document à caractériser les transitions entre régimes dans les flûtes, en lien avec des problématiques de facture et de jeu. Différentes approches sont mises en place. Des approches expérimentales d'une part, avec des mesures sur musicien et sur bouche artificielle. Par ailleurs, un modèle physique de l'instrument - un système dynamique à retard de type neutre - est étudié, par intégration temporelle d'une part, mais également par collocation orthogonale et continuation, donnant ainsi accès aux diagrammes de bifurcations.Croiser les résultats de ces différentes approches permet de mieux appréhender différents phénomènes : hystérésis associée aux changements de régime, ou mécanisme d'apparition des régimes non périodiques. L'influence de paramètres de facture et de contrôle est également étudiée : le rôle majeur de la géométrie interne du canal des flûtes à bec est mis en évidence, et l'influence de la dynamique de la pression dans la bouche du musicien sur les seuils de changement de régimes est caractérisée
Various studies have highlighted the diversity of regimes in flute-like instruments : static, periodic or non periodic regimes. However, some aspects of their dynamics remain poorly understood. Both for flute players and makers, transitions between regimes are particularly important : on the one hand, they correspond to a change of the note played, and on the other hand, production of a given regime is determined by parameters related to making and to playing of the instrument. In this document, we are interested in caracteristics of regime change in flute-like instruments, in relation with making and playing issues.Different approches are considered. First, experimental methods, with measurement on both musician and an artificial mouth. On the other hand, a physical model of the instrument - a system of delay differential equations of neutral type - is studied, through time-domain integration, and using orthogonal collocation coupled to numerical continuation. This last approach provides access to bifurcation diagrams.Considering results of these different methods, it becomes possible to better understand different experimental phenomena, such as regime change and associated hysteresis, or production mechanisms of non periodic regimes. Influence of different parameters is further studied : the crucial importance of the channel geometry in recorders is highlighted, and the influence of the mouth pressure dynamics on regime change thresholds is analysed

Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit est une contribution à l'étude des transitoires d'attaque dans les instruments auto-oscillants de type clarinette. L'objectif principal est d'analyser le comportement de l'instrument en réponse à une variation lente et linéaire de la pression dans la bouche du musicien. Dans des simulations numériques ou des expériences in vitro, lorsque la pression dans la bouche du musicien varie lentement et linéairement dans le temps, on observe en général l'apparition du son lorsque la pression dans la bouche atteint une valeur, appelée seuil d'oscillation dynamique, supérieure au seuil d'oscillation statique théorique. L'apport principal de ce travail est d'interpréter ce phénomène par la présence d'un retard à la bifurcation. L'approche analytique est privilégiée. La contribution majeure de ce doctorat est de comprendre les fondements de la théorie de la bifurcation dynamique et de s'inspirer de la méthodologie pour étudier le retard à la bifurcation dans un modèle de clarinette simple et bien connu de (le modèle dit "de Raman"). Les propriétés du seuil dynamique d'oscillation sont ainsi reliées aux caractéristiques de la variation temporelle de la pression dans la bouche que sont sa valeur initiale et sa pente. L'une des caractéristiques notoires du retard à la bifurcation se révèle être sa grande dépendance au bruit, même si ce dernier provient des erreurs d'arrondi de l'ordinateur. Les propriétés du seuil dynamique changent selon que le bruit peut être ignoré ou non. Nous montrons ensuite expérimentalement à l'aide d'une bouche artificielle et d'une clarinette de laboratoire que le retard à la bifurcation n'est pas qu'un phénomène numérique. Il est ainsi non seulement mis en évidence expérimentalement, mais ses propriétés sont également étudiés et comparées avec celles obtenues dans le cas numérique.

Ce mémoire traite de l'acoustique de la clarinette et du rôle de l'anche, résumant des travaux menés entre 2001 et 2018 sur divers sujets :I) Étude de modèles analytiques élémentaire focalisée sur : 1) le rôle des pertes. 2) les cartes itérées, mettant en évidence divers régimes de fonctionnement, utiles aussi pour la pédagogie instrumentale. II) Étude de caractérisation des anches : 1) Étude dynamique des résonances de l'anche réalisée par holographie. Elle conduit à un modèle de matériau viscoélastique expliquant certaines différences observées dans les fréquences des 15 premiers modes de l'anche. 2) Étude statique des caractéristiques mécaniques et aérauliques de l'excitateur (anche+bec+lèvre). La méthode mesure précisément la quantité d'air entrant dans l'instrument en fonction de la pression de lèvre et d'air. III) Synthèse sonore par modèle physique en temps réel : 1) Modélisation mécanique et aéraulique de l'anche, d'après mesure. Le modèle de ressort raidissant non linéaire proposé autorise une simulation dynamique efficace. 2) Estimation modale de l'impédance d'entrée (mesurée) des instruments à vent. On montre les techniques de conception de filtres numériques précis et passifs à toute fréquence. 3) Modélisation et simulation instruments à vent au moyen de guide-ondes, par estimation modale, implémentée dans un logiciel en C++. IV) Une étude de jouabilité d'un panel de 40 anches par analyse canonique des corrélations révèle des liens statistiquement solides entre mesures physiques, évaluations subjectives et synthèse sonore. Elle autorise une caractérisation des anches pouvant être réalisé par le fabricant, selon au moins 4 facteurs indépendants
This thesis deals with the acoustics of the clarinet and the role of the reed, summarizing studies carried out between 2001 and 2018 on various topics : I) Study of elementary analytical models, focused on 1) role of losses. 2) iterated maps, highlighting various operating regimes, which are also useful for the instrumental pedagogy. II) Reed characterization study : 1) Dynamic study of the reed resonances, by holography. It leads to a model of viscoelastic material explaining some differences observed in the frequencies of the first 15 modes of the reed. 2) Static study of the mechanical and aeraulic characteristics of the exciter (reed + mouthpiece + lip). The method accurately measures the airflow entering the instrument as a function of lip and air pressure. III) Sound synthesis by physical model in real time : 1) Mechanical and aeraulic modeling of the reed, according to measurements. The proposed nonlinear stiffening spring model allows for an efficient dynamic simulation. 2) Modal estimation of the (measured) input impedance of wind instruments. Design techniques for accurate digital filters, passive at any frequency, are described. 3) Modal estimation and simulation of wind instruments by waveguides, implemented in C ++ software. IV) A playability study of a panel of 40 reeds by canonical correlation analysis reveals statistically strong links between physical measurements, subjective evaluations and sound synthesis. It allows a characterization of the reeds that can be made by the manufacturer, according to at least 4 independent factors

Un des enjeux majeurs du marché des synthétiseurs et de la recherche en synthèse sonore aujourd'hui est de proposer une nouvelle forme de synthèse permettant de générer des sons inédits tout en offrant aux utilisateurs de nouveaux contrôles plus intuitifs afin de les aider dans leur recherche de sons. En effet, les synthétiseurs sont actuellement des outils très puissants qui offrent aux musiciens une large palette de possibilités pour la création de textures sonores, mais également souvent très complexes avec des paramètres de contrôle dont la manipulation nécessite généralement des connaissances expertes. Cette thèse s'intéresse ainsi au développement et à l'évaluation de nouvelles méthodes d'apprentissage machine pour la synthèse sonore permettant la génération de nouveaux sons de qualité tout en fournissant des paramètres de contrôle pertinents perceptivement.Le premier challenge que nous avons relevé a donc été de caractériser perceptivement le timbre musical synthétique en mettant en évidence un jeu de descripteurs verbaux utilisés fréquemment et de manière consensuelle par les musiciens. Deux études perceptives ont été menées : un test de verbalisation libre qui nous a permis de sélectionner huit termes communément utilisés pour décrire des sons de synthétiseurs, et une analyse à échelles sémantiques permettant d'évaluer quantitativement l'utilisation de ces termes pour caractériser un sous-ensemble de sons, ainsi que d'analyser leur "degré de consensualité".Dans un second temps, nous avons exploré l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage machine pour l'extraction d'un espace de représentation haut-niveau avec des propriétés intéressantes d'interpolation et d'extrapolation à partir d'une base de données de sons, le but étant de mettre en relation cet espace avec les dimensions perceptives mises en évidence plus tôt. S'inspirant de précédentes études sur la synthèse sonore par apprentissage profond, nous nous sommes concentrés sur des modèles du type autoencodeur et avons réalisé une étude comparative approfondie de plusieurs types d'autoencodeurs sur deux jeux de données différents. Ces expériences, couplées avec une étude qualitative via un prototype non temps-réel développé durant la thèse, nous ont permis de valider les autoencodeurs, et en particulier l'autoencodeur variationnel (VAE), comme des outils bien adaptés à l'extraction d'un espace latent de haut-niveau dans lequel il est possible de se déplacer de manière continue et fluide en créant de tous nouveaux sons. Cependant, à ce niveau, aucun lien entre cet espace latent et les dimensions perceptives mises en évidence précédemment n'a pu être établi spontanément.Pour finir, nous avons donc apporté de la supervision au VAE en ajoutant une régularisation perceptive durant la phase d'apprentissage. En utilisant les échantillons sonores résultant du test perceptif avec échelles sémantiques labellisés suivant les huit dimensions perceptives, il a été possible de contraindre, dans une certaine mesure, certaines dimensions de l'espace latent extrait par le VAE afin qu'elles coïncident avec ces dimensions. Un test comparatif a été finalement réalisé afin d'évaluer l'efficacité de cette régularisation supplémentaire pour conditionner le modèle et permettre un contrôle perceptif (au moins partiel) de la synthèse sonore
One of the main challenges of the synthesizer market and the research in sound synthesis nowadays lies in proposing new forms of synthesis allowing the creation of brand new sonorities while offering musicians more intuitive and perceptually meaningful controls to help them reach the perfect sound more easily. Indeed, today's synthesizers are very powerful tools that provide musicians with a considerable amount of possibilities for creating sonic textures, but the control of parameters still lacks user-friendliness and may require some expert knowledge about the underlying generative processes. In this thesis, we are interested in developing and evaluating new data-driven machine learning methods for music sound synthesis allowing the generation of brand new high-quality sounds while providing high-level perceptually meaningful control parameters.The first challenge of this thesis was thus to characterize the musical synthetic timbre by evidencing a set of perceptual verbal descriptors that are both frequently and consensually used by musicians. Two perceptual studies were then conducted: a free verbalization test enabling us to select eight different commonly used terms for describing synthesizer sounds, and a semantic scale analysis enabling us to quantitatively evaluate the use of these terms to characterize a subset of synthetic sounds, as well as analyze how consensual they were.In a second phase, we investigated the use of machine learning algorithms to extract a high-level representation space with interesting interpolation and extrapolation properties from a dataset of sounds, the goal being to relate this space with the perceptual dimensions evidenced earlier. Following previous studies interested in using deep learning for music sound synthesis, we focused on autoencoder models and realized an extensive comparative study of several kinds of autoencoders on two different datasets. These experiments, together with a qualitative analysis made with a non real-time prototype developed during the thesis, allowed us to validate the use of such models, and in particular the use of the variational autoencoder (VAE), as relevant tools for extracting a high-level latent space in which we can navigate smoothly and create new sounds. However, so far, no link between this latent space and the perceptual dimensions evidenced by the perceptual tests emerged naturally.As a final step, we thus tried to enforce perceptual supervision of the VAE by adding a regularization during the training phase. Using the subset of synthetic sounds used in the second perceptual test and the corresponding perceptual grades along the eight perceptual dimensions provided by the semantic scale analysis, it was possible to constraint, to a certain extent, some dimensions of the VAE high-level latent space so as to match these perceptual dimensions. A final comparative test was then conducted in order to evaluate the efficiency of this additional regularization for conditioning the model and (partially) leading to a perceptual control of music sound synthesis