Master 2018 2019
Stages de la spécialité SAR
Vers la conception d’une sourdine pour instrument à anche basée sur le concept de pompage énergétique : étude préliminaire théorique et numérique sur un modèle simple


Lieu : INSA Centre Val de Loire, Campus de Blois, France
Encadrant : Baptiste Bergeot et Christophe Vergez
Dates :01/02/2018 au 30/06/2019
Rémunération :Environ 550 euros
Mots-clés : Parcours ATIAM : Acoustique, Parcours ATIAM : Informatique musicale, Parcours ATIAM : Traitement du signal

Description

Un nouveau concept de contrôle passif des vibrations a été proposé en 2001 [1]. Son principe repose sur le couplage entre un système primaire - dont on souhaite limiter les vibrations - et un absorbeur dynamique non linéaire (c.-à-d. un système masse-ressort-amortisseur à raideur fortement non linéaire, appelé Nonlinear Energy Sink (NES) en anglais). Sous certaines conditions des transferts quasi-irréversibles de l’énergie vibratoire (ou acoustique) du système primaire vers l’absorbeur dynamique non linéaire peuvent se produire. Ce phénomène est appelé pompage énergétique.

Le contexte général de ce stage est l’utilisation du phénomène de pompage énergétique pour concevoir des sourdines efficaces pour instruments à anche (clarinettes, saxophones ...). En effet, les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes alors que les produits efficaces pour les autres instruments (piano, cuivres, ...) suscitent un grand intérêt parmi les musiciens amateurs et professionnels. La difficulté par rapport aux cuivres vient de la présence de trous latéraux le long de l’instrument, qui constituent autant de sources acoustiques. La recherche et le développement dans ce domaine sont d’autant plus motivés par la nécessité qu’ont certains instrumentistes citadins de s’exercer quotidiennement, ce qui les rend prêts à acquérir des dispositifs très couteux, comme les cabines acoustiques par exemple.

Les premières applications du pompage énergétique en vibroacoustique [2] laissent penser que les NES pourraient être utilisés pour concevoir des sourdines efficaces pour instruments à anche. Cependant, la conception de ces sourdines a longtemps été freinée par l’absence de NES acoustique. En effet, dans les études précédemment citées les systèmes primaires sont acoustiques mais les NES sont mécaniques (en général des membranes de haut-parleurs). Des travaux récents [3] ont permis de mettre au point un NES acoustique qui se présente comme un résonateur de Helmholtz non linéaire.

L’objectif du stage est de s’appuyer sur ces travaux pour (1) coupler un modèle mathématique existant de clarinette à un mode [4] à un résonateur de Helmholtz non linéaire, (2) simuler numériquement le modèle pour en observer les différentes réponses et (3) l’analyser pour expliquer et prédire ses réponses. Dans un premier temps le candidat retenu devra se familiariser, par une brève étude bibliographique, avec le concept de pompage énergétique et avec le fonctionnement des instruments de musique auto-oscillants.

Bibliographie

[1] Gendelman, O., Manevitch, L. I., Vakakis, a. F., & M’Closkey, R. (2001). Energy Pumping in Nonlinear Mechanical Oscillators : Part I—Dynamics of the Underlying Hamiltonian Systems. Journal of Applied Mechanics, 68(1), 34. https://doi.org/10.1115/1.1345524

[2] Bellet, R., Cochelin, B., Herzog, P., & Mattei, P.-O. (2010). Experimental study of targeted energy transfer from an acoustic system to a nonlinear membrane absorber. Journal of Sound and Vibration, 329(14), 2768–2791. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2010....

[3] Gourdon, E., Ture Savadkoohi, A., & Vargas, V. A. (2018). Targeted Energy Transfer from one acoustical mode to an Helmholtz resonator with nonlinear behavior. Nonlinear Dynamics, 140. https://doi.org/10.1115/1.4028225

[4] Chaigne, A., Kergomard, J. (2016). Acoustics of Musical Instruments. Springer-Verlag New York. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-...