Contrôle par le musicien des régimes d'oscillation des instruments de la famille des cuivres : modélisation et mesures acoustiques, analyse du système dynamique

par Lionel Velut

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Christophe Vergez et de Joël Gilbert.

Le président du jury était Murray Campbell.

Le jury était composé de Vincent Freour.

Les rapporteurs étaient Jean-François Petiot, José Manuel Vieira Antunes.


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Musician control on oscillation regimes of brass instruments


  • Résumé

    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.


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