Vibroacoustic Characterization and Sound Synthesis of the Viola Caipira

par Guilherme Orelli Paiva

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de François Gautier, José Maria Campos dos Santos et de Frédéric Ablitzer.

Soutenue le 12-12-2017

à Le Mans en cotutelle avec l'Universidade estadual de Campinas (Brésil) , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (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) .

Le jury était composé de José Maria Campos dos Santos, Frédéric Ablitzer.

mots clés

• Viola caipira
• Instruments à cordes
• Acoustique musicale
• Modélisation physique
• Synthèse sonore
• Collisions entre cordes
• Vibrations sympathiques
• Guitare -- Brésil
• Guitare -- Propriétés acoustiques
• Acoustique musicale
• Synthèse sonore
• Analyse modale (ingénierie)

Titre traduit

Caractérisation Vibroacoustique et Synthèse Sonore de la Viola Caipira

Résumé

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.

mots clés

• String instrument
• Musical acoustics
• Physical modelling
• Sound synthesis
• String/string collisions
• Sympathetic vibrations

Résumé

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.