Reconstruction numérique de l’orgue Dallery de la Chapelle de la Sorbonne

Numerical reconstruction of the Dallery organ in the Chapelle de la Sorbonne

• Auteur / Autrice : Gonzalo Villegas Curulla
• Direction : Benoît Fabre, Brian F.G. Katz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 03/07/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe d' Alessandro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Soizic Terrien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricio de la Cuadra Banderas, Christophe Vergez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés acoustiques

Orgue

Simulation par ordinateur

Émission acoustique

Acoustique musicale

Mots clés libres

Orgue

Tuyau

Écoulement unidimensionnel

Rayonnement acoustique

Source cylindrique

Diffusion

Organ

Pipe

One-dimensional flow

Acoustic radiation

Cylindrical source

Scattering problem

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions des outils théoriques et numériques pour reconstruire le son d’instruments historiques, en particulier d’orgues à tuyaux. L’accent est mis, tout d’abord, sur la source élémentaire: le tuyau de l’orgue et son système d’alimentation. La nature des sources aéro-acoustiques a fait l’objet des études spécifiques depuis les années 1950, avec les contributions majeures de Lighthill et Powell. Jusqu’à la date actuelle, le mécanisme excitateur de ces sources élémentaires manquait d’une condition initiale vraisemblable et d’un lien avec les conditions de pression du système de ventilation des orgues à tuyaux. Nous rassemblons, incorporons, implémentons et étendons les aspects du modèle qui sont apparus après le travail de Verge dans les années 1990. Dans la deuxième partie, nous étudions le rôle de l’enceinte de la cavité du buffet. L’imbrication fréquentielle et spatiale d’un réseau arbitraire de sources élémentaires à l’intérieur du buffet constitue un aspect crucial de la complexité de l’orgue par rapport aux autres instruments de musique. Les cavités de l’orgue sont, elles-mêmes, des résonateurs et, en tant que telles, une version réduite de la salle avec laquelle elles sont intrinsèquement couplées. Par conséquent, leur entité est divisée en éléments de modélisation plus petits et plus réalisables. Nous considérons un problème de champ diffusé à l’intérieur de la cavité de l’orgue et étudions sa transmission et couplage avec l’extérieur. Nous considérons l’état du champ de pression en plusieurs points de la fente individuelle dans une façade idéalisée et simplifiée, et le dimensionnement du modèle de rayonnement acoustique d’une à plusieurs ouvertures entre tuyaux de la façade. Les étapes de la démarche de validation du modèle couvrent différentes étapes de simplification des problèmes et d’identification des évidences dans les cas type, ce qui englobe les travaux réalisés dans les domaines suivants: adaptation des parties d’instruments équivalents disponibles, mesures des cas idéalisés dans des conditions contrôlées, modélisation de sources idéalisées,simulation numérique des des modèles de tuyaux et des réseaux diffractants, mesures d’instruments pseudo-idéaux et d’instruments réels.

In this thesis, we study theoretical and numerical tools for retrieving the sound of historical instruments, specifically pipe organs. The focus is, first,set on the elementary source: the organ pipe and its air supply driving system. The nature of the aero-acoustic sources has been investigated specifically since the 1950s, with leading contributions by Lighthill and Powell. Up to the current date, the driving mechanism of said elementary sources lacked plausible initial conditions and a link with the pressure supplied by the ventilation system of pipe organs. We gather, incorporate, implement, and extend pipe model aspects that appeared after the work by Verge in the 1990s. In the second part, we investigate the role of the buffet cavity enclosure. The spectral and spatial imbrication of an arbitrary array of elementary sources inside the buffet constitutes a crucial complexity aspect of the organ compared to other musical instruments. Organ cavities are a resonator themselves and, as such, a smaller version of the room with which they are intrinsically coupled. Therefore, their entity is split into smaller, manageable, and predictable modeling elements. We consider a scattered field problem in the organ’s cavity interior and study the radiation into the exterior. Consideration is given to the state of the pressure field at multiple points of the single slit in an idealized, simplified facade, and the scaling of the acoustic radiation model from one to multiple apertures between the pipes of the facade. The stages of the model validation process span different steps in problem simplification and sign identification in application cases, which encompasses work carried out in the following: adaptation of available equivalent instrument parts, idealized problem measurements under controlled conditions, idealized source modeling, numerical simulation of pipe and scattering problems, measurements of pseudo-ideal real instruments, and actual instruments.