Master 2012 2013
Stages de la spécialité SAR
Synthèse sonore d’instrument de type cymbale : comparaison d’une approche modale et par différences finies.


Site :Unité de Mécanique
Lieu :Unité de Mécanique (UME) ENSTA ParisTech Chemin de la Hunière palaiseau
Encadrant : Cyril Touzé, enseignant-chercher à l'ENSTA Michele Ducceschi, doctrant à l'UME Alberto Torin, doctorant à l'université d'Edimbourgh
Dates :01/03/2013 au 01/08/2013
Rémunération :417 euros/mois
Mots-clés : Parcours ATIAM : Informatique musicale, Parcours ATIAM : Traitement du signal

Description

Les instruments de musique de type cymbale et gongs ont un comportement fortement non-linéaire du fait des grandes amplitudes de vibration, ce qui lui assure une richesse spectrale et un timbre caractéristique sans hauteur tonale précise. Le spectre large bande typique de la brillance du son de ces instruments s’explique par une dynamique chaotique, que l’on peut aussi étudier en appliquant au comportement vibratoire des idées empruntées à la turbulence dans les fluides.

Au niveau de la simulation de ces dynamiques complexes, fortement non linéaires, et de la synthèse sonore, des progrès importants ont été réalisés ces dernières années. Des codes de calculs utilisant des méthodes numériques différentes sont maintenant matures et des résultats importants ont déjà été montrés sur des plaques rectangulaires.

L’objet de ce stage est de se rapprocher du cas des cymbales en considérant des plaques circulaires et des coques sphériques faiblement courbées. Au niveau de la simulation, deux approches différentes seront comparées. Tout d’abord une approche par différences finies, utilisant des schémas conservatifs développés à l’université d’Edimbourgh par Stefan Bilbao. Cette approche permet de conserver un nombre important de modes dans la dynamique, ce qui est très important perceptivement, mais par contre rencontre des difficultés à modéliser des lois d’amortissement complexes dont la dépendance fréquentielle n’est pas simple. D’autre part, des approches modales sont aussi développées à l’Unité de Mécanique (UME) de l’ENSTA-ParisTech. Elles permettent l’implémentation de lois d’amortissement plus complexes mais demandent plus de ressources de calcul pour conserver autant de modes dans les dynamiques simulées.

Le but du stage sera de comparer ces deux méthodes sur des exemples précis et bien choisis. A l’heure actuelle les codes sont pratiquement existants pour les deux méthodes. Il conviendra de les adpater au cas de la synthèse sonore. Des simulations et des écoutes perceptives seront menées. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux, et l’extension à des géométrie réelles de type cymbales sont envisageables.

Bibliographie

A. Chaigne, C. Touzé and O. Thomas : Nonlinear vibrations and chaos in gongs and cymbals , Acoustical Science and Technology, Acoust. Soc. of Japan, vol. 26, No. 5, pp 403-409, 2005.

S. Bilbao : Numerical Sound Synthesis : Finite Difference Schemes and Simulation in Musical Acoustics, Wiley, 2009.

C. Touzé, S. Bilbao and O. Cadot : Transition scenario to turbulence in thin vibrating plates, Journal of Sound and Vibration, vol. 331(2), 412-433, 2012.

S. Bilbao. Percussion sound synthesis using models of nonlinear shell vibration. IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing, 18(4):872—880, 2010.