Le traitement et la synthèse des sons environnementaux sont devenue un sujet important. Une classe des sons, qui est très important pour la constitution d'environnements sonore, est la classe des textures sonores. Les textures sonores sont décrit par des relations stochastiques et qui contient des composantes non-sinusoïdales à caractère fortement bruité. Il a été montré récemment que la reconnaissance de textures sonores est basée sur des mesures statistiques caractérisant les enveloppes dans les bandes critiques. Il y actuellement très peu d'algorithmes qui permettent à imposer des propriétés statistiques de façon explicite lors de la synthèse de sons. L'algorithme qui impose l'ensemble de statistique qui est perceptivement relevant pour les textures sonore est très couteuse en temps de calcul. Nous proposons une nouvelle approche d'analyse-synthèse qui permet une analyse des statistiques relevant et un mécanisme efficace d'imposer ces statistiques dans le domaine temps-fréquence. La représentation temps-fréquence étudié dans cette thèse est la transformée de Fourier à court terme. Les méthodes proposées par contre sont plus générale et peuvent être généralisé à d'autres représentations temps-fréquence reposant sur des banques de filtres si certaines contraintes sont respectées. L'algorithme proposé dans cette thèse ouvre plusieurs perspectives. Il pourrait être utilisé pour générer des textures sonores à partir d'une description statistique créée artificiellement. Il pourrait servir de base pour des transformations avancées comme le morphing, et on pourrait aussi imaginer à utiliser le modèle pour développer un contrôle sémantique de textures sonores. / The processing of environmental sounds has become an important topic in various areas. Environmental sounds are mostly constituted of a kind of sounds called sound textures. Sound textures are usually non-sinusoidal, noisy and stochastic. Several researches have stated that human recognizes sound textures with statistics that characterizing the envelopes of auditory critical bands. Existing synthesis algorithms can impose some statistical properties to a certain extent, but most of them are computational intensive. We propose a new analysis-synthesis framework that contains a statistical description that consists of perceptually important statistics and an efficient mechanism to adapt statistics in the time-frequency domain. The quality of resynthesised sound is at least as good as state-of-the-art but more efficient in terms of computation time. The statistic description is based on the STFT. If certain conditions are met, it can also adapt to other filter bank based time-frequency representations (TFR). The adaptation of statistics is achieved by using the connection between the statistics on TFR and the spectra of time-frequency domain coefficients. It is possible to adapt only a part of cross-correlation functions. This allows the synthesis process to focus on important statistics and ignore the irrelevant parts, which provides extra flexibility. The proposed algorithm has several perspectives. It could possibly be used to generate unseen sound textures from artificially created statistical descriptions. It could also serve as a basis for transformations like stretching or morphing. One could also expect to use the model to explore semantic control of sound textures.

La version intégrale de ce mémoire est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l’Université de Montréal (www.bib.umontreal.ca/MU). / L’hypothèse d’une influence réciproque entre l’environnement et notre perception sonore représente la base de ma recherche musicale. Villusions est un projet acousmatique qui puise sa source dans l’analyse introspective de cette complexe relation, plus précisément entre les sons du quotidien et l’oreille curieuse d’un voyageur éternel. Les parties les plus intimement liées à mes expériences personnelles de la ville de Montréal et ses banlieues représentent donc le théâtre de cette exploration assidue; les illusions correspondent à trois pièces acousmatiques inspirées par ce contexte de réciprocité. Dans l’ensemble des œuvres présentées, les moments musicaux s’alternent, s’intègrent et se confondent aux éléments sonores naturels qui en constituent souvent la racine génératrice. Ces matériaux ont été développés suivant trois axes principaux : d’abord l’axe des mouvements, associés aux moyens de transport et aux centres névralgiques à travers lesquels se répandent les impulsions de la ville; ensuite l’axe des voix qui témoigne de sa multiethnicité, de sa lymphe vitale; finalement, l’axe de l’alternance des saisons comme prétexte sonore lié au contexte temporel. Des sources sonores instrumentales, dérivées des tablâ et de la harpe, trouvent également leur place dans le projet, en lui donnant une empreinte à la fois rythmique et harmonique. La composante spatiale doit être considérée comme un élément incontournable du discours musical de Villusions. Sa construction octophonique porte sur l’équilibre, délicat et illusoirement immersif, généré par des trajectoires dessinées sur la même ligne temporelle que celle des évènements musicaux, suivant des stratégies intégrées directement dans le processus compositionnel. / This musical research is based on the theory of interaction between the environment and our sound perception. Villusions is an acousmatic project that emerged from the introspective analysis of this complex relationship, in particular between daily sounds and the curious ear of an eternal traveller. Thus, the parts most closely related to my personal experiences in the city (“ville”) of Montréal and its suburbs are where this diligent exploration took place; the illusions are three acousmatic pieces inspired by this context of reciprocity. In the works presented, musical moments alternate, integrate with each other, and merge with the natural sound elements that often constitute the originating roots. This material was developed with three main focuses: firstly, movement, associated with modes of transportation and the nerve centres through which beats the city’s pulse; secondly, the voices that express its multi ethnicity, its vital lymph; and, lastly, the changing of the seasons as an acoustic proxy related to the temporal context. Instrumental sound sources, derived from the tablâ and the harp, are also used in the project, lending both a rhythmic and a harmonic feel. The spatial component should be seen as an essential element of the musical discourse of Villusions. Its octophonic construction features the delicate and deceptively immersive balance created by trajectories drawn on the same timeline as those of the musical events, using techniques directly integrated into the compositional process.

Ce mémoire présente une composition d’études et de travaux de recherche orientés autour de trois grandes thématiques : la synthèse, la reproduction et la perception des sons, en considérant à la fois les sons de nature musicale mais aussi environnementale. Il vise en outre un champ d’application, le design sonore, qui implique globalement la création intentionnelle de sons du quotidien. La structure du document est conçu selon un schéma relativement uniforme et comporte, pour chaque partie, une présentation générale de la thématique apportant des éléments théoriques et des données relatives à l’état de l’art, suivie de développements spécifiques permettant de converger vers les sujets d’étude propres à chaque thème – explicitement, formalisme modal dans la synthèse par modélisation physique, pour la partie "Synthèse" ; mesure et contrôle de la directivité des instruments de musique, pour la partie "Reproduction" ; timbre et identification des sources sonores, pour la partie "Perception"– puis d’une présentation détaillée des travaux personnels relatifs à chacun des sujets, le cas échéant, sous la forme d’un article publié. Ces divers éléments de connaissance et d’expérience propose donc une contribution personnelle et originale, volontairement inscrite dans un cadre de recherche élargi, pluridisciplinaire et appliqué. / This dissertation presents a composition of studies and research works articulated around three main topics : synthesis, reproduction and perception of sounds, considering both musical and environmental sounds. Moreover, it focuses on an application field, the sound design, that globally involves the conception of intentional everyday sounds. The document is based on a rather uniform structure and contains, for each part, a general presentation of the topic which brings theoretical elements together with an overview of the state-of-the-art, followed by more precise developments in order to focus on the specific matters related to each topic – in detail, modal formalism in sound synthesis by physical modeling, for the "Synthesis" section ; measurement and control of musical instruments directivity, for the "Reproduction" section ; timbre and sound sources identification, for the "Perception" section – and then followed by a detailed presentation of the personal works related to each matter, in some cases, in the form of published papers. Then, these several elements of knowledge and experience offer a personal and original contribution, deliberately put in a broad, multidisciplinary and applied framework.

Ce mémoire présente une composition d’études et de travaux de recherche orientés autour de trois grandes thématiques : la synthèse, la reproduction et la perception des sons, en considérant à la fois les sons de nature musicale mais aussi environnementale. Il vise en outre un champ d’application, le design sonore, qui implique globalement la création intentionnelle de sons du quotidien. La structure du document est conçu selon un schéma relativement uniforme et comporte, pour chaque partie, une présentation générale de la thématique apportant des éléments théoriques et des données relatives à l’état de l’art, suivie de développements spécifiques permettant de converger vers les sujets d’étude propres à chaque thème – explicitement, formalisme modal dans la synthèse par modélisation physique, pour la partie "Synthèse" ; mesure et contrôle de la directivité des instruments de musique, pour la partie "Reproduction" ; timbre et identification des sources sonores, pour la partie "Perception"– puis d’une présentation détaillée des travaux personnels relatifs à chacun des sujets, le cas échéant, sous la forme d’un article publié. Ces divers éléments de connaissance et d’expérience propose donc une contribution personnelle et originale, volontairement inscrite dans un cadre de recherche élargi, pluridisciplinaire et appliqué. / This dissertation presents a composition of studies and research works articulated around three main topics : synthesis, reproduction and perception of sounds, considering both musical and environmental sounds. Moreover, it focuses on an application field, the sound design, that globally involves the conception of intentional everyday sounds. The document is based on a rather uniform structure and contains, for each part, a general presentation of the topic which brings theoretical elements together with an overview of the state-of-the-art, followed by more precise developments in order to focus on the specific matters related to each topic – in detail, modal formalism in sound synthesis by physical modeling, for the "Synthesis" section ; measurement and control of musical instruments directivity, for the "Reproduction" section ; timbre and sound sources identification, for the "Perception" section – and then followed by a detailed presentation of the personal works related to each matter, in some cases, in the form of published papers. Then, these several elements of knowledge and experience offer a personal and original contribution, deliberately put in a broad, multidisciplinary and applied framework.

Ce mémoire présente une composition d’études et de travaux de recherche orientés autour de trois grandes thématiques : la synthèse, la reproduction et la perception des sons, en considérant à la fois les sons de nature musicale mais aussi environnementale. Il vise en outre un champ d’application, le design sonore, qui implique globalement la création intentionnelle de sons du quotidien. La structure du document est conçu selon un schéma relativement uniforme et comporte, pour chaque partie, une présentation générale de la thématique apportant des éléments théoriques et des données relatives à l’état de l’art, suivie de développements spécifiques permettant de converger vers les sujets d’étude propres à chaque thème – explicitement, formalisme modal dans la synthèse par modélisation physique, pour la partie "Synthèse" ; mesure et contrôle de la directivité des instruments de musique, pour la partie "Reproduction" ; timbre et identification des sources sonores, pour la partie "Perception"– puis d’une présentation détaillée des travaux personnels relatifs à chacun des sujets, le cas échéant, sous la forme d’un article publié. Ces divers éléments de connaissance et d’expérience propose donc une contribution personnelle et originale, volontairement inscrite dans un cadre de recherche élargi, pluridisciplinaire et appliqué. / This dissertation presents a composition of studies and research works articulated around three main topics : synthesis, reproduction and perception of sounds, considering both musical and environmental sounds. Moreover, it focuses on an application field, the sound design, that globally involves the conception of intentional everyday sounds. The document is based on a rather uniform structure and contains, for each part, a general presentation of the topic which brings theoretical elements together with an overview of the state-of-the-art, followed by more precise developments in order to focus on the specific matters related to each topic – in detail, modal formalism in sound synthesis by physical modeling, for the "Synthesis" section ; measurement and control of musical instruments directivity, for the "Reproduction" section ; timbre and sound sources identification, for the "Perception" section – and then followed by a detailed presentation of the personal works related to each matter, in some cases, in the form of published papers. Then, these several elements of knowledge and experience offer a personal and original contribution, deliberately put in a broad, multidisciplinary and applied framework.

L’objectif de cette thèse est d’étudier d’une part le problème de sonification d’image et de le solutionner à travers de nouveaux modèles de correspondance entre domaines visuel et sonore. D’autre part d’étudier le problème de la classification de son et de le résoudre avec des méthodes ayant fait leurs preuves dans le domaine de la reconnaissance d’image. La sonification d’image est la traduction de données d’image (forme, couleur, texture, objet) en sons. Il est utilisé dans les domaines de l’assistance visuelle et de l’accessibilité des images pour les personnes malvoyantes. En raison de sa complexité, un système de sonification d’image qui traduit correctement les données d’image en son de manière intuitive n’est pas facile à concevoir. Notre première contribution est de proposer un nouveau système de sonification d’image de bas-niveau qui utilise une approche hiérarchique basée sur les caractéristiques visuelles. Il traduit, à l’aide de notes musicales, la plupart des propriétés d’une image (couleur, gradient, contour, texture, région) vers le domaine audio, de manière très prévisible et donc est facilement ensuite décodable par l’être humain. Notre deuxième contribution est une application Android de sonification de haut niveau qui est complémentaire à notre première contribution car elle implémente la traduction des objets et du contenu sémantique de l’image. Il propose également une base de données pour la sonification d’image. Finalement dans le domaine de l’audio, notre dernière contribution généralise le motif binaire local (LBP) à 1D et le combine avec des descripteurs audio pour faire de la classification de sons environnementaux. La méthode proposée surpasse les résultats des méthodes qui utilisent des algorithmes d’apprentissage automatique classiques et est plus rapide que toutes les méthodes de réseau neuronal convolutif. Il représente un meilleur choix lorsqu’il y a une rareté des données ou une puissance de calcul minimale. / The objective of this thesis is to study on the one hand the problem of image sonification and to solve it through new models of mapping between visual and sound domains. On the other hand, to study the problem of sound classification and to solve it with methods which have proven track record in the field of image recognition. Image sonification is the translation of image data (shape, color, texture, objects) into sounds. It is used in vision assistance and image accessibility domains for visual impaired people. Due to its complexity, an image sonification system that properly conveys the image data to sound in an intuitive way is not easy to design. Our first contribution is to propose a new low-level image sonification system which uses an hierarchical visual feature-based approach to translate, usingmusical notes, most of the properties of an image (color, gradient, edge, texture, region) to the audio domain, in a very predictable way in which is then easily decodable by the human being. Our second contribution is a high-level sonification Android application which is complementary to our first contribution because it implements the translation to the audio domain of the objects and the semantic content of an image. It also proposes a dataset for an image sonification. Finally, in the audio domain, our third contribution generalizes the Local Binary Pattern (LBP) to 1D and combines it with audio features for an environmental sound classification task. The proposed method outperforms the results of methods that uses handcrafted features with classical machine learning algorithms and is faster than any convolutional neural network methods. It represents a better choice when there is data scarcity or minimal computing power.