Akademisk avhandling--Stockholm, 1993. / Poèmes en turc et résumé en anglais. Exemples musicaux. Bibliogr. p. 219-226.

Le bois est couramment utilisé pour la fabrication d’instruments de musique. Les procédés employés consistent souvent en traitements modifiant le matériau en volume ou en surface. Ce travail s’est focalisé sur deux espèces employées dans les instruments à cordes et représentatives de différentes cultures: L’épicéa (Picea abies Karst.) utilisé en Europe et le Mûrier blanc (Morus alba L.) utilisé en Iran. Pour chacune l’effet d’un traitement thermique modéré (<150°C) et d’un revêtement par vernis sur plusieurs propriétés physiques et mécaniques ont été étudiés. Les principaux résultats sont les suivants. A la différence de l’Epicéa, le Mûrier présente un très faible degré d’anisotropie mécanique. Chez les deux espèces, le traitement thermique entraîne une forte chute dde l’amortissement, particulièrement dans la direction radiale pour l’Epicéa, ainsi que du taux d’humidité d’équilibre, sans dégradation marquée comme indiqué par la faible perte de masse. Toutefois, après reconditionnement à haute humidité, une part importante de la modification est récupérée. L’application d’un vernis à base solvent sur le Mûrier entraîne une rigidification continue, tandis que la forte augmentation de l’amortissement observée après l’application est suivie par un retour au bout d’environ 2 mois aux niveau du bois non traité. Pour l’Epicéa, des vernis à base d’huile siccative ont été appliqués et divers paramètres du procédé ont été testé. Dans ce cas la cintétique de stabilisation des propriétés est très lente et des variations notables continuaient à être observée au bout de 5 mois. / Wood is commonly used for making musical instruments. During the process it is often subjected to treatments, that either modify its volume or its surface properties. Two species used for for string instruments were studied, representative of different cultures: Spruce (Picea abies Karst.) used in Europe and White Mulberry (Morus alba L.) used in Iran. For each of them the effect of thermal treatment at moderate temperature (<150°C) and of coating on various physical and mechanical properties was studied. The main results are as follows. In contrast to Spruce, Morus has a very low degree of mechanical anisotropy. For both species, thermal treatment induces a strong decrease in damping, especially in R direction for Spruce, and equilibrium moisture content, without marked degradation as indicated by the very small weight loss. However, after reconditioning at high humidity, a significant part of the changes is recovered. The application of a solvent-based varnish on Morus induces a continuous stiffening, while a very strong increase in damping after application is followed, after about 2 months, by a return to values close to those of untreated wood. For Spruce, siccative oil based varnish was applied and several parameters of the process were tested. In this case, the kinetics of property stabilisation are very slow and significant changes were still observable after 5 months.

L'étude mécanique des instruments de musique met en oeuvre l'étude des musiciens, des instruments et de l'interaction complexe qui existe entre eux. L'analyse du geste musical nécessite de nombreuses mesures sur des musiciens pour en extraire les paramètres pertinents qui permettent de construire un modèle d'interaction musicien / instrument. Dans le cas des instruments à corde pincées, il s'agit de déterminer les conditions initiales imposées à la corde par le mécanisme de pincement contrôlé par le musicien (plectre, doigt). Comment obtenir tous ces paramètres sans perturber le jeu du musicien ? Comment vérifier qu'ils sont les seuls à déterminer la vibration future de la corde et lui donner sa signature acoustique ? Une plateforme expérimentale robotisée a été mise en place pour répondre à ces questions. Elle permet de reproduire le geste des musiciens, en particulier des harpistes et des clavecinistes. Il faut préciser ici que la notion de geste musical s'entend au sens large : le robot peut soit reproduire complètement la trajectoire suivie par le doigt du musicien, soit imposer les conditions initiales résultant de cette trajectoire, indépendamment du chemin suivi. Le premier cas est adapté à la résolution de problème de dynamique inverse pour accéder aux efforts articulaires mis en jeu par le musicien pendant l'accomplissement d'un extrait musical. La second cas sera privilégié pour imposer des conditions initiales à l'instrument, par l'intermédiaire de trajectoires d'études conçues spécifiquement par l'expérimentateur. La reproduction des trajectoires avec le robot nécessite de rejeter les perturbations introduites par le contact avec l'instrument. La conception d'un capteur d'effort intégré au robot a permis de satisfaire partiellement cette exigence. Après le détail de la conception de la plateforme robotisée, de sa validation comme un outil d'étude juste et répétable, un exemple d'utilisation est présenté dans le cadre d'une étude sur l'harmonisation des becs de clavecin. L'harmonisation est un processus complexe de réglage de l'instrument, réalisé par le luthier. Un modèle prenant en compte le toucher pendant l'interaction plectre / corde, et intégrant la géométrie du plectre résultant de l'harmonisation, ainsi que des expériences effectuées sur un clavecin, montrent que la forme du plectre affecte non seulement les conditions initiales de vibration des cordes de l'instrument mais aussi le ressenti du claveciniste. / The study of musical instruments involves the study of musicians, instruments and of the complex interaction that exists between them. The analysis of musical gestures requires numerous measurements on musicians to extract the relevant parameters in order to model their interaction. In the case of plucked string instruments, the goal is to determine the initial conditions imposed on the string by the plucking mechanism (plectrum, finger). How does one get all these parameters without disrupting the musician in playing conditions ? How can one know that the parameters are the best ones to describe the initial conditions of the string vibrations and its acoustic signature ? An experimental platform has been designed to answer these questions. It can reproduce the gesture of a musician, in particular of a harpist or a harpsichordist. It should be pointed out that the concept of a musical gesture is defined here in a broad sense : the robot can reproduce either the path followed by the musician's fingers, or the initial conditions resulting from this trajectory. The first method is particularly suited for the resolution of an inverse dynamic problem. One can then calculate the forces developed by the musician's muscles during the execution of a musical piece, for example. The second method is better suited for imposing specific initial conditions on the instrument through trajectories designed by the experimenter. The correct reproduction of the trajectories needs to reject disturbances due to the contact between the robot and the instrument. The design of a force sensor, integrated into the robot end effector, is a first step toward satisfying this requirement. After the design of the robotic platform, its precision and repeatability is investigated. The force sensor is then integrated on the robot end effector, and an example of its use is presented. The experiment is focused on the harmonization of the harpsichord plectra. Harmonization is a complex process of adjustments achieved by the luthier on the instrument. A model of the plectrum / string interaction, taking into account the geometry of the plectrum, as well as experiments performed on a real harpsichord, show that harmonization have an impact on the string initial conditions of vibration.

Au début du 21ème siècle, l'innovation dans le domaine des instruments de musique se fait surtout par le biais de la synthèse sonore, via des synthétiseurs et des ordinateurs. Cependant, si ces instruments permettent une création presque infinie de sons nouveaux, l'interaction entre le musicien et son instrument est bien plus pauvre qu'avec un instrument mécanique, ce qui provoque une perte d'expressivité musicale et réduit l'utilité d'une grande maîtrise du geste instrumental. Dans le but d'innover tout en conservant ce geste musical, cette thèse propose d'appliquer le contrôle actif aux instruments à vent, en particulier, sur le trombone muni d'une sourdine active et sur la clarinette basse. Son objectif est de modifier les caractéristiques des résonances des instruments à vent afin d'en modifier le son produit (hauteur, timbre) et la jouabilité. Les effets des modifications apportées aux instruments, lors de l'utilisation de deux méthodes de contrôle actif, sont observés sur l'impédance d'entrée des instruments, sur leur fonction de transfert et sur le son rayonné. Un contrôle actif par feedback simple n'utilisant que des gains et des déphasages est appliqué à la sourdine. Cela permet de modifier la fréquence et l'amortissement de sa résonance, avec pour conséquence de modifier l'impédance d'entrée du trombone, et pour l'instrumentiste de faire varier sa jouabilité. Si ce premier contrôle est simple, il ne permet pas de contrôler efficacement un système à plusieurs degrés de liberté. Le deuxième contrôle implémenté est le contrôle actif modal. Il permet, à partir d'un modèle du système à contrôler, de modifier de manière ciblée les paramètres modaux de ses résonances (amortissement et fréquence). Il est appliqué en simulation à un modèle de clarinette puis validé expérimentalement sur une "clarinette basse simplifiée". Il permet d'importantes modifications des résonances, entrainant des changements notables dans le son et l'impédance d'entrée. / The main focus of innovation in musical instrument making in the early 21st century has been sound synthesis using computers or stand-alone electronic synthesisers. However, while these tools enable the creation of a near-infinite range of new sounds, the interaction between the musician and their instrument is much weaker than with a conventional acoustical instrument. This results in a loss of musical expression and reduces the use of musical gesture. With the aim of innovating while keeping the influence of musical gesture, this thesis proposes to apply active control to musical wind instruments. In particular, active control is applied to a trombone equipped with a specially designed mute and to a bass clarinet. The aim of this work is to modify each instrument's resonance characteristics in order to change its radiated sound (pitch, timbre) and playability. The effects of two control methods on the input impedance, transfer function and radiated sound of the instruments are studied. First, a feedback control involving gains and phase shifting is applied to the trombone mute. It allows significant modification of both the frequency and the damping factor of the mute's resonance. The effects of the mute on the trombone's input impedance and playability are studied. This control is simple, but it is not efficient with more complex systems. Second, a modal control is implemented. Using a model of the system, modal active control allows the modal parameters (frequency, damping) of the system's resonances to be modified in a targeted manner. It is first applied to a modelled clarinet, then experimentally validated with a "simplified bass clarinet". Significant independent modifications of the resonances are obtained, as well as noticeable alterations of the sound and input impedance of the instrument.

L'ORGANOLOGIE est l'étude des instruments de musique. Constituant une branche de la musicologie, elle entretient un lien consubstantiel avec les sources musicales et fait appel à différents champs disciplinaires parmi lesquels on peut mentionner la connaissance technique des instruments, la facture instrumentale, l'acoustique, l'histoire des techniques, l'étude des traités théoriques mais aussi l'histoire des collections et de la restauration. Elle s'intéresse aussi à la classification des instruments, à leur origine, leur évolution, leurs variantes mais aussi à leur usage musical et leur symbolique.<br /> Ce mémoire pour l'habilitation est introduit par une présentation historiographique de cette branche de la musicologie. En effet, si les grands traités théoriques français de Marin Mersenne, de Pierre Trichet, de Diderot et d'Alembert notamment, constituent le socle de connaissances de tout organologue, l'étude des instruments de musique en tant que discipline apparaît en France au XIXe siècle avec les travaux de F.J. Fétis. Des figures comme celles de Pontécoulant, de Constant Pierre, d'André Schaeffner l'ont ensuite fortement structurée. C'est donc dans la perspective de ces pionniers et de leurs plus lointains successeurs appartenant souvent au cercle des disciples de Norbert Dufourcq, qu'est placée la réflexion. L'établissement d'une bibliographie des travaux portant sur la France montre la difficulté des chercheurs français, à quelques exceptions près, à s'affirmer dans le contexte international au moment où se mettent en place les tribunes spécialisées, tel le Galpin Society Journal.<br /> Etudier les caractéristiques organologiques des instruments dans une perspective analytique et descriptive (catalogues), mais aussi interprétative (histoire du goût, évolution des sensibilités), reconstituer l'œuvre de facteurs ayant travaillé en France, notamment aux XVIIe et XVIIIe siècles (monographies), éclairer le contexte social et statutaire du métier de facteur d'instruments, contribuer à l'histoire des collections d'instruments en France, et aussi à l'histoire de la conservation et de la restauration, voilà autant d'axes développés dans ce bilan de travaux personnels et collectifs : ils ont été approfondis lors de colloques internationaux et en créant une revue spécialisée française, Musique-Images-Instruments, soutenue par le Ministère de la Culture et le CNRS.<br /> <br />L'ICONOGRAPHIE musicale constitue le deuxième champ disciplinaire présenté dans ce travail. Centrée sur l'étude des représentations de la musique dans les arts visuels en Occident moderne, elle ne concerne pas que l'évolution de l'instrumentarium à travers les images qui en ont été données mais aussi la pratique de la danse et des arts du spectacle.<br />Si les pionniers de cette discipline au XIXe siècle en France ont consacré leurs travaux au Moyen Age, l'intérêt pour les œuvres du musée du Louvre, pour les portraits de musiciens, pour l'inspiration musicale de certains peintres, se développe progressivement au début du XXe siècle. La figure d'Albert Pomme de Mirimonde (dont les publications s'étendent de 1960 à 1984) est centrale tant il a exploré de thématiques et de collections françaises. Le bilan des travaux français, préparé dans le cadre de ce mémoire, permet de souligner l'intérêt des chercheurs pour certains sujets de prédilection parmi lesquels par exemple les œuvres de Watteau ou de Fantin-Latour.<br />Que ce soit dans des travaux personnels ou collectifs, nous avons développé au cours des vingt dernières années des thématiques mettant en évidence l'évolution de pratiques et de goûts musicaux particuliers : la mode des instruments champêtres (musettes, vielles à roue, tambourins-bourdons), la signification sociale de la pratique du luth, de la viole et du clavecin. Des portraits de musiciens de premier plan ou moins célèbres ont été analysés, voire identifiés. L'évolution de certains instruments, sur la base des sources visuelles conjuguées aux sources d'archives et musicales, a pu être mise en lumière (notamment l'émergence du cor d'orchestre en France au XVIIIe siècle ou l'évolution des archets). L'encadrement de travaux collectifs (inventaires systématiques des tableaux musicaux du Louvre ; publications d'études régionales) a pu se développer dans des catalogues d'exposition et dans la revue Musique-Images-Instruments dont les 8 volumes déjà parus ont été ouverts à des chercheurs chevronnés et des étudiants avancés. Celle-ci a contribué à une collaboration disciplinaire mêlant travaux d'organologie et d'iconographie musicale et replaçant la contribution des chercheurs français dans un contexte international.

Les études présentées visent à mieux comprendre le fonctionnement des instruments de musique et en particulier leurs aspects non linéaires. Ces travaux sont motivés par la volonté d'explorer les liens entre les paramètres géométriques ou mécaniques de l'instrument (fixés par le facteur), les paramètres de contrôle (ajustés en temps réel par l'instrumentiste) et les caractéristiques du son produit. Ces travaux se concentrent sur les instruments à vent : à anche simple (ex: clarinette, saxophone), à anche double (ex: hautbois), cuivres (ex: trompette), à jet d'air oscillant (ex: flûtes). Les travaux, de nature expérimentale, numérique ou théorique, s'organisent selon trois directions : "Expérimentation/modélisation", "Réduction de modèle", "Régimes d'oscillation et bifurcations".

Ce travail porte sur l'évaluation et le choix de descripteurs objectifs pertinents du point de vue de la qualité des instruments de musique à vent. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet collaboratif de développement d'une plate-forme d'aide à la facture instrumentale. Le travail s'appuie essentiellement sur la notion d'impédance d'entrée. Une étude comparative de diff érentes méthodes de calcul d'impédance d'entrée de pavillons sont confrontées à l'expérience. Les résultats montrent que les méthodes utilisant la théorie des lignes en abscisse curviligne et un modèle de rayonnement adapté, permettent d'obtenir les fréquences de résonance avec une précision de l'ordre de 8 cents. Au-delà de la fréquence de coupure, les méthodes numériques sont plus proches de la mesure mais les hautes fréquences ont une influence mineure sur les fréquences de jeu. Par ailleurs une étude sur les "résonateurs" de tampons de saxophone révèle que ceux-ci doivent être considérés comme des "raidisseurs". A partir d'enregistrements en situation de jeu, il apparaît que la présence ou non de "résonateurs", causant une différence visible sur l'impédance d'entrée, est aussi perceptible par le musicien. Enfin, une analyse comparative entre fréquences de résonance et fréquences de jeu d'une trompette à branche d'embouchure paramétrable a été conduite avec plusieurs musiciens. Après analyse statistique des résultats, il apparaît que la fréquence de jeu est contrôlée par la fréquence de résonance, à 8 cents près, valeur de l'ordre de grandeur de la répétabilité des musiciens. Pour les trompettes, les fréquences de résonance semblent donc être des descripteurs pertinents de l'intonation de l'instrument.

L'objectif de cette thèse est l'étude du comportement vibratoire de la table d'harmonie du piano dans le domaine des moyennes fréquences. Le premier chapitre est consacré à la table dont on présente le rôle, la structure et les matériaux. Les principaux résultats publiés sont regroupés sous forme d'une synthèse bibliographique. Dans un second chapitre, nous présentons une nouvelle méthode d'analyse modale dite haute résolution, permettant de s'affranchir des limitations naturelles de l'analyse de Fourier en termes de résolution spectrale. Celle-ci est validée par comparaison des analyses modales partielles expérimentales et théoriques de plaques minces en aluminium pour des recouvrements modaux compris entre 30% et 70%. Grâce à cette nouvelle méthode, l'identification modale, complète ou partielle, d'une table de piano droit est donnée dans les moyennes fréquences [300-2500 Hz]. L'obtention de l'amortissement moyen propre à la table en épicéa constitue un résultat nouveau dans ce domaine de fréquences. Par ailleurs, l'observation de la densité modale permet de préciser la validité du remplacement de la table raidie par une plaque homogène jusqu'à 1.1 kHz environ. Au-dessus de cette fréquence, la table se comporte comme une juxtaposition de guides d'ondes. L'observation des déformées modales pour ces fréquences, obtenues par un modèle en éléments finis, confirme la localisation des ondes entre les raidisseurs. Le phénomène de coïncidence acoustique se trouve alors profondément modifié par rapport à celui ayant cours pour les plaques minces. L'objectif du dernier chapitre est de proposer une description synthétique d'une table d'harmonie basée sur un petit nombre de descripteurs globaux : densité modale, amortissement moyen, espacement inter-raidisseurs. La validité d'un modèle de plaque homogène équivalente est étudiée et le remplacement de la structure par une plaque en matériau composite est envisagé. La description synthétique permet par exemple d'évaluer les variations de la mobilité au chevalet et du rayonnement dans l'aigu entraînée par une modification de structure (espacement inter-raidisseurs, épaisseur moyenne).

Cette thèse se propose d’appliquer un contrôle actif modal aux instruments de musique de la famille des cordes. Les objectifs principaux sont de proposer une démarche et des méthodes adaptées permettant l’application de ce type de contrôle, d’explorer les possibilités qu’il offre et d’en étudier les effets sur les instruments. Tout d’abord, les types de contrôle existants et leurs applications aux instruments de musique sont rapidement présentés. Le constat que les paramètres modaux des instruments sont de bons descripteurs de ses attributs perceptifs mène à choisir la méthode de contrôle actif modal dont le formalisme est présenté. Afin de répondre à des problématiques propres aux instruments de musique, comme par exemple modifier l’amplitude de vibration des modes de la structure, des méthodes dérivées d’un contrôle d’état modal sont proposées. Une méthode d’adimensionnement en temps du modèle utilisé dans le système de contrôle ainsi qu’une méthode de contrôle des états dérivé et proportionnel sont présentées. Le contrôle est ensuite appliqué expérimentalement sur un monocorde, une guitare et un violoncelle. Pour cela, un système de contrôle temps réel fonctionnant grâce à un environnement libre est développé. Les possibilités offertes par ce type de contrôle ainsi que ses limites sont explorées grâce à ces montages expérimentaux. Enfin, un cas particulier de phénomène régissant le fonctionnement des instruments de musique à cordes est étudié à l’aide du dispositif de contrôle proposé. Le couplage corde/table d’harmonie est observé, étudié analytiquement puis contrôlé. Afin de confronter le contrôle actif à d’autres méthodes d’investigation, les résultats du contrôle sont comparés à ceux obtenus à l’aide d’une méthode de synthèse sonore. / This PhD thesis deals with modal active control applied to string musical instruments. Its main goals are to propose an approach and adapted methods to apply this kind of control, to investigate its possibilities and to study its effects on musical instruments. First, a short presentation of the different methods of active control and their applications to musical intruments is done. While the modal parameters of musical instruments are believed to be good descriptors of their perceptual attributs, the modal active control method is chosen for this work. Adapted methods from modal state control are used to answer to specific issues related to musical instruments. To modify the amplitude of the vibration modes, a time-dimensionless model and a derivative and proportionnal modal state method are proposed. Then, these control methods are experimentally applied to a single string instrument, a guitar and a cello. A real time control system based on a free and opensource framework is developped. The possibilities and the limits of modal state control are studied using this experimental setup. Finally, a case of a complex phenomenon contributing to the sound production in string instruments is studied thanks to the developped control system. The coupling between the string and the soundboard is observed, analytically studied and controlled. The results obtained with control and with a synthesis method are studied to compare this two investigation methods.

Les vibrations des instruments de percussion non-linéaires (famille regroupant les gongs et les cymbales) présentent des comportements complexes et des caractéristiques propres aux systèmes non-linéaires en conditions normales de jeu. On peut notamment citer le spectre continu et à large bande en vibrations de grande amplitude et la sensibilité aux conditions initiales. Le but de cette étude est de fournir un début de modélisation de ces structures, en vue de comprendre les mécanismes de génération du son et de contribuer à l'établissement d'un modèle pour la synthèse sonore. Dans une première partie sont présentés des résultats expérimentaux conduits sur un tam-tam chinois, lorsque celui-ci est excité à l'une de ses résonances par une force harmonique. Cela permet d'identifier des phénomènes non-linéaires simples, comme une dépendance en l'amplitude des vibrations de la fréquence des oscillations libres, des résonances hystérétiques associées à des phénomènes de saut entre différents régimes de vibration, et des échanges d'énergie entre modes propres résultant de combinaisons de résonances. Une deuxième partie est consacrée à la modélisation des instruments de percussion par des plaques circulaires élastiques à bord libre, en grand déplacement et rotations modérées. Le modèle non-linéaire de Von-Karman est utilisé et son domaine de validité est discuté. Les équations non-linéaires aux dérivées partielles sont ensuite projetées sur la base des modes propres. Le cas particulier où la vibration n'est gouvernée que par un mode est étudié en détail: un modèle analytique de comportement est établi et validé par une étude expérimentale. Lorsque le mode considéré est asymétrique, le couplage entre les deux modes propres dégénérés est prédit quantitativement de façon très précise, au moyen d'un recalage du modèle. Dans une troisième partie, on étudie des systèmes à un degré-de-liberté, composés de barres élastiques articulées. Une interprétation physique des non-linéarités géométriques est tout d'abord proposée. Ces modèles permettent ensuite d'expliquer les comportements unimodaux du tam-tam. L'influence de la géométrie de la structure (à travers sa courbure et son épaisseur) sur l'incurvation des courbes de résonance et la distortion harmonique des signaux de vibrations est clairement établie.