Master 2018 2019
Stages de la spécialité SAR
Synthèse sonore par modèles physiques dans le cadre d’une architecture d’électronique embarquée.


Lieu : Equipe S3AM (Systèmes et Signaux Sonores : Audio/Acoustique, instruMents), Ircam-CNRS-UPMC, UMR 9912. 1, place Igor Stravinsky 75004 Paris et Squarp Instruments, 12 rue Marceau, 93100 Montreuil
Encadrant : Tom Hurlin (Squarp Instruments, Montreuil) et David Roze (CR CNRS STMS, Paris).
Dates :du 18/02/2019 au 31/07/2019
Mots-clés : Parcours ATIAM : Acoustique, Parcours ATIAM : Traitement du signal

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Description

* Contexte :

La société Squarp dans le cadre de ses activités de Recherche & Développement souhaite développer un module électronique « embarqué » destiné à la synthèse sonore. L’équipe S3AM de l’UMR STMS mène dans le cadre de ses activités de recherche des travaux sur la synthèse sonore par modèles physiques dans le formalisme des Systèmes Hamiltoniens à Ports (SHP). Ce formalisme est adapté à l’écriture et à la simulation des problèmes dynamiques, y compris non linéaires. Il assure la passivité du modèle et peut être associé à des méthodes numériques qui préservent le bilan de puissance en temps discret, permettant de garantir la stabilité des simulations.

* Objectifs :

Ce stage vise à développer en collaboration entre l’équipe S3AM du laboratoire STMS et la société Squarp un prototype de module embarqué de synthèse sonore. Le stagiaire étudiera d’une part, les différentes possibilités d’architecture matérielle pour réaliser un module de synthèse en temps-réel comprenant entre autres, le choix de l’excitation et du point d’écoute, ainsi que la variation des paramètres physiques. D’autre part, les algorithmes de synthèse de modèles analytiques (corde, plaque, tube, linéaire ou non) seront développés et adaptés aux choix technologiques du module. Cette synthèse sera réalisée dans le formalisme des Systèmes Hamiltoniens à Ports, grâce à des méthodes numériques préservant la passivité définie par le modèle. Des interactions seront définies et implémentées afin de créer des systèmes sonores en connectant plusieurs résonateurs.

* Travail demandé : 1) Etude des possibilités de synthèse sonore en temps-réel de différentes architectures matérielles (e.g. linux, FPGA, STM32, Shark, etc.).

2) Adaptation des méthodes numériques et des algorithmes de synthèse d’un résonateur à l’architecture sélectionnée dans le formalisme des SHP.

3) Définition d’un contrôle aux frontières sur un résonateur dans le formalisme des SHP, puis plus généralement, définition et implémentation des interactions entre différents résonateurs.

4) Définition de conditions aux limites générales afin de permettre une extension au cas de géométries quelconques dans le cadre de la méthode des éléments finis.

* Résultats attendus : Implémentation d’algorithme permettant de réaliser de la synthèse sonore en temps-réel sur un prototype. Ce prototype permettra de choisir des résonateurs, leurs points d’excitation, d’écoute, et de les coupler grâce à différentes interactions. En fonction des possibilités du matériel et des avancées du travail théorique, le prototype comportera si possible des modèles de systèmes non linéaires et des modèles décrits par la méthode des éléments finis.

* Compétences requises :

- Programmation scientifique (Matlab, Python ou C++) et en électronique embarquée (FPGA, DSP, etc.)

- Vibration et dynamique des structures (modèles continus, formalisme modal)

- Intérêt pour la modélisation et la simulation de systèmes (multi-)physiques (Systèmes Hamiltoniens à Ports, méthodes numériques, etc.).

* Possibilité de poursuite en thèse :

Le sujet soulève de nombreux problèmes d’intérêt théorique et pratique qui font partie des thèmes de recherche et compétences du laboratoire STMS ainsi que de la société Squarp. Aussi sera-t-il tout à fait envisageable de poursuivre ce sujet en thèse de doctorat dans un cadre à définir.

Bibliographie

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M. Raibaud. Modélisation et simulation de systèmes discrétisés par la méthode des éléments finis dans le formalisme des Systèmes Hamiltoniens à Ports : application à la synthèse sonore. Rapport de stage M2 ATIAM, Sorbonne Université. 2018.

David Roze, Thomas Hélie. Simulation passive d’un modèle réduit exact de plaque de Berger en grandes déformations. 14ème Congrès Français d’Acoustique, Apr 2018, Le Havre, France.

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