Contrôle actif appliqué aux instruments de musique à vent

Active control applied to musical wind instruments

• Auteur / Autrice : Thibaut Meurisse
• Direction : René Caussé, Adrien Mamou-Mani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 09/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Friot, Bruno Gazengel, Joël Gilbert, Pierre-Yves Lagree, Christophe Vergez, David Sharp

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impédance acoustique

Instruments à vent

Mots clés libres

Instruments de musique à vent

Contrôle actif

Contrôle actif modal

Impédance d'entrée

Fonction de transfert

Son rayonné

Musical wind instruments

Input impedance

Résumé

Au début du 21ème siècle, l'innovation dans le domaine des instruments de musique se fait surtout par le biais de la synthèse sonore, via des synthétiseurs et des ordinateurs. Cependant, si ces instruments permettent une création presque infinie de sons nouveaux, l'interaction entre le musicien et son instrument est bien plus pauvre qu'avec un instrument mécanique, ce qui provoque une perte d'expressivité musicale et réduit l'utilité d'une grande maîtrise du geste instrumental. Dans le but d'innover tout en conservant ce geste musical, cette thèse propose d'appliquer le contrôle actif aux instruments à vent, en particulier, sur le trombone muni d'une sourdine active et sur la clarinette basse. Son objectif est de modifier les caractéristiques des résonances des instruments à vent afin d'en modifier le son produit (hauteur, timbre) et la jouabilité. Les effets des modifications apportées aux instruments, lors de l'utilisation de deux méthodes de contrôle actif, sont observés sur l'impédance d'entrée des instruments, sur leur fonction de transfert et sur le son rayonné. Un contrôle actif par feedback simple n'utilisant que des gains et des déphasages est appliqué à la sourdine. Cela permet de modifier la fréquence et l'amortissement de sa résonance, avec pour conséquence de modifier l'impédance d'entrée du trombone, et pour l'instrumentiste de faire varier sa jouabilité. Si ce premier contrôle est simple, il ne permet pas de contrôler efficacement un système à plusieurs degrés de liberté. Le deuxième contrôle implémenté est le contrôle actif modal. Il permet, à partir d'un modèle du système à contrôler, de modifier de manière ciblée les paramètres modaux de ses résonances (amortissement et fréquence). Il est appliqué en simulation à un modèle de clarinette puis validé expérimentalement sur une "clarinette basse simplifiée". Il permet d'importantes modifications des résonances, entrainant des changements notables dans le son et l'impédance d'entrée.

The main focus of innovation in musical instrument making in the early 21st century has been sound synthesis using computers or stand-alone electronic synthesisers. However, while these tools enable the creation of a near-infinite range of new sounds, the interaction between the musician and their instrument is much weaker than with a conventional acoustical instrument. This results in a loss of musical expression and reduces the use of musical gesture. With the aim of innovating while keeping the influence of musical gesture, this thesis proposes to apply active control to musical wind instruments. In particular, active control is applied to a trombone equipped with a specially designed mute and to a bass clarinet. The aim of this work is to modify each instrument's resonance characteristics in order to change its radiated sound (pitch, timbre) and playability. The effects of two control methods on the input impedance, transfer function and radiated sound of the instruments are studied. First, a feedback control involving gains and phase shifting is applied to the trombone mute. It allows significant modification of both the frequency and the damping factor of the mute's resonance. The effects of the mute on the trombone's input impedance and playability are studied. This control is simple, but it is not efficient with more complex systems. Second, a modal control is implemented. Using a model of the system, modal active control allows the modal parameters (frequency, damping) of the system's resonances to be modified in a targeted manner. It is first applied to a modelled clarinet, then experimentally validated with a "simplified bass clarinet". Significant independent modifications of the resonances are obtained, as well as noticeable alterations of the sound and input impedance of the instrument.