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Spécial “10
e
anniversaire”
Acoustique
&
Techniques n° 42-43
son dernier mot : analyse modale et qualité d’une anche de
clarinette [78], couplage de la colonne d’air avec l’anche
[79] ou avec la coque qui l’entoure [80] [81] [82], question
directement reliée à l’espoir d’élucider en partie le rôle du
matériau dans la qualité d’un instrument à vent.
Le développement des bouches artificielles pour
instruments à vent (voir plus haut) a permis d’appréhender
expérimentalement avec un œil neuf le problème difficile
de la modélisation des anches simples [29], des anches
doubles [30], des lèvres vibrantes [28], qui sont toutes
des sources acoustiques de type aéroélastique par effet
valve. À côté des travaux de modélisation physique sur les
instruments à anche, dans [83] il a été regroupé une quantité
importante de données expérimentales renseignant sur la
“soufflerie” de l’instrumentiste.
Concernant la modélisation des instruments à embouchure
de flûte, les avancées les plus significatives ont été
effectuées au début des années 90, une liste exhaustive
des travaux récents est donnée dans [84]. Ces dernières
années, les chercheurs se sont attachés à analyser des
parties spécifiques de l’instrument : l’instabilité du jet [85],
le profil de jet, l’influence du profil du canal guidant l’air
vers le biseau de la flûte à bec [41] [42].
Instruments à cordes
La vibration et le rayonnement de la structure de la
guitare ont été analysés en détail [86] et modélisés
numériquement [48] tandis que d’autres études sont en
cours sur des instruments de la même famille comme la
harpe [87]. Une partie des études sur le violon se rapporte
à la même problématique de transduction de la vibration
mécanique de la corde en champ acoustique : propriétés
du chevalet et de la caisse à l’origine de la bosse de
résonance au chevalet, considérée comme favorable à la
sonorité [88], régime de directivité suivant la tessiture et la
zone spectrale [89], liens entre amortissements modaux
et qualité de l’instrument [66].
Les modèles de vibration de la corde sont de plus en
plus détaillés [90] et le mécanisme friction-glissement de
l’archet sur la corde, à la base du fonctionnement des
instruments à cordes frottées (violon, violoncelle, ...),
est de mieux en mieux élucidé : modèles thermiques
de l’interface constituée par la colophane [91] [92] [93],
incidences de la largeur finie du contact archet-corde sur
le jeu [50].
Instruments de percussion
Les instruments à percussion, peu modélisés avant les
années 90, ont été l’objet de nombreuses études ces
dix dernières années. Pour les instruments à clavier
(xylophone, marimba, etc.), les modélisations physiques
et numériques ont permis de définir les profils d’accord
des lames et le dimensionnement des résonateurs [94].
En s’appuyant sur les connaissances générales de
l’élastodynamique, les modèles de contact mailloche-
lame ont été développés par une utilisation originale de la
théorie de Hertz [46]. Sur les membranophones (timbales,
tom-toms, etc.), les apports principaux ont trait à la
généralisation des modèles de chocs.
Pour les deux familles d’instruments, la modélisation fine
du couplage fluide-structure entre membrane ou lame
d’une part, champ acoustique interne à la cavité ou au
tube et champ acoustique externe d’autre part, a permis
d’élucider les questions d’accord et de rayonnement [49]
[47]. Les métallophones constituent la base de nouveaux
champs de recherche : analyse et modélisation des
«steel drums» [95], des cymbales et des gongs [96].
Sur de telles structures, la richesse des comportements
possibles tient aux grandes amplitudes des vibrations et
aux non-linéarités géométriques. Cette dernière catégorie
d’instruments à percussion offre donc des perspectives
d’étude intéressantes. Une synthèse exhaustive des
travaux relatifs aux instruments de percussions a été
proposée récemment dans [97].
Transferts technologiques
Les travaux de recherche en acoustique musicale à
caractère « fondamental » ont généré des transferts vers
le milieu professionnel de la facture et plus généralement
vers le grand public. En premier lieu l’évolution des moyens
informatiques a entraîné des travaux de simulations
numériques toujours plus nombreux, un des enjeux actuels
étant la simulation en temps réel. En faisant « chanter les
équations », il est ainsi possible de faire de la synthèse
musicale et de créer des instruments inouïs.
Synthèse sonore par modélisation physique ou
instruments virtuels
La synthèse sonore par modèle physique repose sur
la simulation numérique du fonctionnement physique
d’instruments acoustiques ; elle trouve son origine dans
les années 1970-80 [98] [99] [51] et permet de donner
l’illusion d’un instrument virtuel réagissant avec un
phrasé et des variations de timbre similaires à celles de
l’instrument réel. Avec l’apparition du temps réel depuis
les années 1990, les modèles physiques sont sortis des
laboratoires : le premier exemple commercial est sans
doute le synthétiseur VL1 (Yamaha) apparu en 1994 au
CCRMA [100] et fondé sur le principe du guide d’ondes
numérique. Différentes approches de la synthèse par
modèles physiques sont exposées dans [101].
C’est grâce à la démocratisation de la plate forme
informatique de ces dix dernières années que se
multiplient les applications destinées au grand public. Ainsi
depuis plusieurs années, l’IRCAM [102] propose via son
forum de distribution Modalys [103], un logiciel utilisant
le formalisme modal pour représenter le fonctionnement
d’objets vibrants (instruments de musique traditionnels ou
imaginaires). La société Applied Acoustics Systems [104]
fondée par des chercheurs en acoustique musicale issus
de laboratoires propose depuis 1998 des synthétiseurs
logiciels utilisant, entre autres, la modélisation physique
d’instruments acoustiques (logiciel Tassman [105]) ou
électro-acoustiques (piano électriques virtuels, logiciel
LoungeLizard [106]).
Depuis 5 ans environ, l’évolution des architectures
logicielles a permis la généralisation des « plugins », ou
greffons, qui permettent d’apporter des fonctionnalités
Dix ans d’acoustique musicale