5 Développer la recherche et les logiciels applicatifs■ Synthèse par modélisation physiqueArriver à ne plus distinguer un instrument virtuel d’un instrumentréel est un des objectifs visés en synthèse. On saitaujourd’hui que le réalisme du contrôle est aussi importantque celui du modèle physique. Si ces derniers sontde plus en plus affinés, voir l’étude sur la prise en comptede régimes non-linéaires, c’est loin d’être le cas pour lecontrôle de la synthèse où nous n’en sommes qu’aux balbutiements.Limitations actuelles en synthèse sonoreUn des points faibles du logiciel Modalys, est de ne pasreproduire le rayonnement de la source à modéliser. Pourpallier ce défaut, les compositeurs utilisent plusieurssources, vitesses vibratoires de la table d’harmonie, parexemple, ou pression acoustique au niveau des trous latéraux,qu’ils mixent en stéréo ou diffusent à partir d’un dispositifmulticanal.Ce point nous semble prioritaire ainsi que deux autresdomaines qui permettraient d’affiner les modèles existants :les régimes non-linéaires liés à des grandes amplitudes devibration et les interactions réparties pour les chocs et lesfrottements.Utilisation de la méthode des éléments de frontière :modèles physiques et rayonnement des instrumentsSi la prédiction du champ rayonné à partir de sourcessonores est relativement simple (potentiels retardés),la prise en compte du rayonnement en synthèse dans lefonctionnement même de l’instrument est déjà plus compliquée.En ce qui concerne les instruments à vent, l’utilisation de laméthode des éléments de frontière ou méthodes intégralessemble bien appropriée pour obtenir des modèles numériquesde synthèse en présence de trous latéraux, dont lagéométrie peut être quelconque. La difficulté vient alors dela contradiction entre le confort d’utilisation (temps réel) etla masse critique des calculs à effectuer. L’utilisation de lathéorie modale permet de séparer les calculs en deux parties: calcul des modes de vibration incluant le rayonnementet synthèse temps réel. Pourtant, bien que la méthode nenécessite que le maillage de la surface (et non le volumetout entier), une première étude, effectuée au cours d’unstage d’étudiant, a montré que la manipulation (stockage,inversion) des matrices est délicate.En première approche, l’évaluation des méthodes numériquess’est faite pour des problèmes plans pour lesquels dessolutions analytiques existent.Dans un second temps, un code tridimensionnel a été développéen langage « matlab ».À l’heure actuelle, l’algorithme à deux dimensions est completet, au vu des résultats, utilisable pour résoudre unproblème de recherche des valeurs propres pour un résonateuren milieu infini. Il permet de calculer les valeurspropres, puis de calculer le champ rayonné en tout pointde l’espace 2D.L’algorithme en 3D donne de bons résultats pour des casacadémiques, mais les temps de calcul mesurés interdisentson utilisation dans des cas concrets aux géométries pluscomplexes. Afin d’optimiser les temps de calculs, l’adaptationd’un algorithme type Fast Multipole est envisagée[Aussal09a].■ Mesure et reproduction du rayonnementdes instruments de musiqueProfitant d’une nouvelle synergie au sein de l’institut etpoussés par les demandes de plus en plus nombreuses decompositeurs, nous avons renouvelé l’approche sur cetteproblématique. Le thème du rayonnement regroupe plusieursvolets sur sa modélisation physique, sur la perceptionde ses effets dans un espace fermé et sur sa reproduction.Cependant, selon les applications envisagées, lesdescriptions du rayonnement ne sont pas les mêmes etles angles d’attaque sont différents, comme nous avons pul’entrevoir au chapitre précédent.Dans le cadre d’un stage, une campagne de mesure a puêtre menée pour deux instruments à trous latéraux : saxophoneténor et cor de basset, dont on peut attendre unevariation du comportement angulaire du rayonnement avecla direction mais aussi la fréquence.Cette étude a permis de répondre aux problèmes engendréspar le dispositif de mesure dont nous disposons enchambre anechoïque (24 microphones répartis sur en arcde cercle). En effet, ce dispositif génère des contraintesfortes qui induisent plusieurs difficultés lors de la reconstructiondu champ.Deux classes de problèmes ont été identifiées : les problèmesextérieurs et les problèmes intérieurs. La BEM estparticulièrement efficace pour les problèmes extérieurscar celle-ci présente l’avantage de prendre exactement encompte les effets de rayonnement à l’infini. Dans ce cadre,la méthode d’éléments finis (FEM) n’est pas très adaptéedans la mesure où le domaine considéré doit être en pratiquede dimension finie.IRCAM – RAPPORT D’ACTIVITÉ <strong>2009</strong>76
5 Développer la recherche et les logiciels applicatifsUn dispositif d’excitation reproductible de l’instrument, réaliséà partir d’une chambre de compression de haut-parleur,et qui ne perturbe pas la mesure, a été mis au point.Les résultats de ces mesures mettent en évidence l’existencede bandes passantes et de bandes d’arrêt caractéristiquesdu comportement d’un réseau de trous latéraux.Les autres résultats de cette étude sont décrits respectivementdans l’équipe Perception et design sonore et Espacesacoustiques et cognitifs [Boyer09a].■ Étude du geste instrumental et sa modélisation –application au contrôle de la synthèseInterfaces de contrôle pour la synthèse par modélisationphysique du violonÀ la suite de la thèse de Matthias Demoucron et dans lecadre du projet ANR Consonnes, plusieurs interfaces ontété proposées, s’adressant aux compositeurs (pour uneutilisation dans le cadre de productions musicales) maiségalement aux enseignants (pour l’apprentissage, la pédagogie,la rééducation motrice).Ces interfaces permettent de modifier les propriétés physiquesdu modèle de corde frottée (longueur de la corde,matériau, tension, de le piloter en utilisant par exempledes modèles paramétriques de différents modes de jeu,ou de le contrôler en temps réel en utilisant des interfacesde contrôle physique (tablette graphique, capteurs).L’instrument virtuel, constitué par l’association du modèlephysique et de l’interface, incorpore alors un grand nombredes propriétés du contrôle de l’instrument réel, tout en permettantdes modifications (transposition d’un instrument àl’autre, du violon au violoncelle par exemple, ou modificationsdes propriétés mécaniques de l’instrument et de saréponse sonore).Des utilisations musicales sont envisagées qui permettrontde tester la validité des choix effectués et la fiabilité de cesinterfaces dans différents contextes d’utilisation.Étude du geste du trompettisteSimilaire à l’étude précédente, une étude est en cours surl’étude du jeu des trompettistes qui devrait nous permettrede proposer des estimateurs de geste. Ici aussi notreréseau de collaborations a permis de solliciter le Centre forInterdisciplinary Research in Music Media and Technologyde l’université McGill (I. Cossette et V. Fréour) pour l’estimationdes paramètres respiratoires comme le débit d’airtraversant les lèvres du trompettiste.La mise au point de dispositifs de mesure et d’étude desautres paramètres de contrôle que le débit d’air, dispositifsaussi transparents que possible pour le trompettiste, estune des difficultés de ce type d’étude. Les résultats obtenusen <strong>2009</strong> ne donnant pas entière satisfaction, d’autres pistesseront explorées dans le futur.Une alternative à la mesure directe de certains paramètresde contrôle pourrait consister à utiliser un modèle desynthèse par l’intermédiaire d’une interface imitant l’instrument.Une autre solution envisagée est l’utilisation de la« bouche artificielle » robotisée.« Bouche artificielle » robotiséeLe projet, une des actions du programme ANR Consonnes,a consisté, à partir d’une bouche artificielle existante, àpiloter les éléments asservissant les paramètres (masse,raideur, amortissement) des lèvres synthétiques (chambresen latex ou en silicone remplies d’eau) et de jeu (pression debouche, appui de l’instrument sur les lèvres, enfoncementdes pistons d’une trompette). Par la suite, une « langue »artificielle (valve à ouverture rapide) sera ajoutée.En <strong>2009</strong>, la finalisation technique a conduit à remplacerle microcontrôleur Rabbit par une carte d’instrumentationdSPACE et son environnement logiciel Control Desk pourcommander et asservir la bouche artificielle. Un démonstrateurde bouche artificielle, sous forme d’une applicationutilisable par un scientifique et dans le futur par un musicien,à partir d’un clavier MIDI, a été mis au point. Pour cela,un protocole de liaison a été développé entre le logiciel Max/MSP et la carte dSPACE, programmable sous Matlab/Simulink.Des algorithmes d’auto-calibration de chaque organedu robot et de leur asservissement bas niveau ont été réalisés[Véricel09a].IRCAM – RAPPORT D’ACTIVITÉ <strong>2009</strong>77
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