Theoretical and experimental study of the role of the reed in clarinet playing

par Pierre-André Taillard

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Jean-Pierre Dalmont et de Bruno Gazengel.

Soutenue le 02-07-2018

à Le Mans , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) , en partenariat avec Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans (laboratoire) et de Laboratoire d'acoustique de l'université du Mans / LAUM (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Étude théorique et expérimentale du rôle de l’anche dans le jeu de la clarinette


  • Résumé

    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.


  • Résumé

    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.


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