Aérophones - mesures et modèles

Jeu musical et facture instrumentale ont longtemps reposé sur le savoir-faire associé à une connaissance empirique des phénomènes complexes qui régissent le fonctionnement des instruments de musique. En encourageant le dialogue entre acteurs académiques et facteurs ou enseignants musicaux, les journées pédagogiques d'acoustique musicale organisées par la SFA en 1988 ont suscité de nombreuses recherches, concrétisées par le développement d’outils de mesure et de modélisation variés aujourd’hui à disposition des luthiers ou professeurs de musique. Du fait de l’application musicale, un enjeu de ces méthodes expérimentales ou numériques tient à leur capacité de satisfaire les extrêmes précision ou prédictibilité imposées par le musicien tout en considérant l’effet de ce dernier sur le fonctionnement de l’instrument.

Lors de ce séminaire, nous présenterons trois approches acoustiques développées pour l’étude des résonances des aérophones qui permettent de lever ces deux verrous :

-> mesures en jeu des résonances du conduit vocal pour l’aide à l’apprentissage de la voix de sifflet dans le haut registre des sopranes ;
Sur une gamme comprise entre C5 et C6 environ, les sopranes accordent généralement leur première résonance vocale (R1) à la fréquence fondamentale (f0) de la note chantée : accord phono-résonantiel R1:f0. Celles qui chantent bien au-dessus de C6 ajustent généralement leur deuxième résonance vocale (R2) et utilisent l'accord R2:f0. Les chanteurs peuvent-ils apprendre rapidement l'accord R2:f0 lorsqu'ils reçoivent un retour d'information approprié ? Un logiciel en accès libre permettant d'estimer la résonance par excitation à large bande au niveau des lèvres a été développé pour fournir un retour d'information visuel en temps réel sur la fréquence f0 et les résonances du conduit vocal. Une étude a été menée chez huit sopranes ; six d’entre elles ont appris à accorder R2 sur une gamme de plusieurs demi-tons, lorsque le retour d'information était présent.

-> mesures d'impédance d'entrée sous conditions réalistes de jeu pour le prototypage d’instruments de musique à vent ;
Depuis les années 1990, le processus de conception de saxophones et clarinettes chez l’industriel Henri SELMER Paris s'appuie sur la mesure de l’impédance à l’entrée de la partie résonante de l’instrument. Jusqu’en 2022, les acquisitions sont réalisées par méthode TMTC sous air ambiant au repos et l’influence de l’écoulement d’air expiré lors du jeu est prise en charge par un positionnement spécifique (accord) de l’instrument sur le banc d’impédance. Afin d’étudier plus finement les effets des conditions de jeu, le banc TMTC originel a été modifié pour permettre un écoulement de température et débit contrôlés. Une analyse métrologique du système a été menée pour déterminer l’effet du gradient thermique dans la tête d’impédance sur les biais de mesure. La justesse et l’harmonicité d’un saxophone alto obtenues pour les deux types de mesure ont été comparées. Sur le premier registre de ce modèle de saxophone, l’accord de l’instrument mesuré hors écoulement permet de prendre compte des conditions du jeu de manière fidèle.

-> méthodes de réduction de modèles pour la simulation par éléments finis du problème de Helmholtz extérieur appliqué aux aérophones.
Du fait du contexte multi-résolution, l’étude du comportement résonantiel des aérophones par modèles hautement prédictifs reposant sur la résolution numérique des équations aux dérivées partielles est difficilement compatible avec les délais industriels. Afin de permettre au facteur d’intégrer les fins détails géométriques de la perce complexe de ses objets, pour des coûts de calcul (temps et mémoire) limités, deux niveaux de réduction de modèle pour la simulation par éléments finis (FEM) 3D du problème de Helmholtz non-convecté ont été étudiés. Le premier niveau s’appuie sur la réduction du domaine d’étude par condensation statique, associée à des stratégies de modélisation et de résolution parallèle et distribuée, combinant interpolation fréquentielle et approximations de faible rang pour le stockage des compléments de Schur. Le second niveau repose sur une méthode de Free Form Deformation (FFD), non-intrusive, basée sur des fonctions B-Splines, qui permet de restreindre l’analyse à un sous-espace régulier de l’espace d’approximation des éléments finis et donc de réduire considérablement le nombre de degrés de liberté du problème (plusieurs millions initialement, à plusieurs centaines finalement). Cette modélisation FEM-FFD 3D réduite est validée par comparaison à la mesure et offre un gain total d’au moins deux ordres de grandeur sur les temps de calcul comparativement à une approche FEM 3D standard.

‼️ Le séminaire peut être suivi en ligne via le lien : https://univ-amu-fr.zoom.us/j/95011527683?pwd=bTeNvaaZY75buaa7bRL0pcucXSASm7.1

Le mardi 28 avril 2026 à 11h00 / Amphithéâtre François Canac, LMA

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