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La clarinette et le clarinettiste : Influence du conduit vocal sur la

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1. Fic 3 1 Syst me complet instrumentiste clarinette 49 50 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE La diff rence induite par le conduit vocal par rapport au modele pr sent dans la partie 1 2 concerne la pression dans la bouche qui n est d sormais plus consid r e comme purement statique Pmitot t Pro Pm t 3 1 O Pm t repr sente la composante acoustique suppos e p riodique Alors que les quations 1 4 ou 1 5 1 6 et 1 7 nous permettent de r soudre le syst me trois inconnues le d placement de l anche y le flux acoustique travers le canal de l anche u et la pression dans le bec p dans le cas de la clarinette seule il nous faut maintenant une quation de plus puisque le syst me pr sente une inconnue suppl mentaire qu est la pression acoustique dans la bouche pm Pour cela nous supposons que le conduit respiratoire du musicien est un r sonateur acoustique lin aire que l on peut donc caract riser par son imp dance d entr e Zm Comme pour d finir l imp dance d entr e il faut projeter la vitesse sur le vecteur surface entrant la vitesse est projet e sur des directions oppos es pour la d finition de Z et Zm de fa on qu un syst me passif ait la partie r elle de son imp dance positive Ceci revient en quelque sorte dire que le d bit entrant dans le CV est l oppos du d bit entrant dans la clarinette
2. 200 200 r simulation Simulation om quivalent electrique quivalent electrique m 150 m 150 ILA A Se 2 i N 3 2 amp 100 amp 100 50 50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic 2 24 Module de l imp dance du conduit vocal pour les deux configurations i et calcul soit par la simulation compl te d taill e dans les paragraphes pr c dents soit l aide du circuit lectrique quivalent de la figure 2 23 Pour cette tude nous nous sommes bas s sur les valeurs de Story et Titze pour les fonctions d aires de deux voyelles i et mesur es en parole durant la phonation que nous avons discr tis es Un profil des aires ainsi que des rayons est donn la figure 2 25 Les sections qui correspondent la constriction palatale sont comprises entre 2 et i iz avec 11 23 et i2 30 pour i i1 21 et i2 22 pour Les valeurs des diff rents 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE Profil d aire 500 mr 7 constriction palatale lt ee 400 SE 300 E 2 200 indice des segments partir de la glotte FIG 2 25 Profil des aires et des rayons pour les tous les 5 mm l ments sont alors donn es par Dit Cmouth Lpalate C arynt Diamma 0 10 20 30 40 41 Profil des rayons 12 py 10 i bo
3. 3 6 Simulations avec Harmbal 0 1 Bile CONCLUSION 14 SR dota oh wth ces Vt EM EN RAR IN a Bond Se 4 Etude exp rimentale l aide d une bouche artificielle ill 13 16 17 19 19 19 25 30 44 45 47 49 49 49 52 93 93 60 78 79 4 1 Introduction 4 41444 rita tr rr a dee 79 4 2 La bouche artificielle ais A eh MA ARMES ete Oe ta 80 4 3 D termination des param tres ed a A a a ea et 84 4 4 Mesure de la r sistance glottique 88 4 5 Etude sur des tuyaux cylindriques 89 4 6 Etude sur une vraie clarinette ens 6 un be ae A ae eke 4 98 da Conclusione s ARAS TS a RAR NE a RM a de amp dla 121 Conclusion 123 Annexes 125 A Liste des symboles 127 B Tableau r capitulatif des imp dances utilis es 129 C Harmbal et l quilibrage harmonique 131 C 1 Harmbal et la clarinette 4 4 2064 Dante DRE GEES Sheek iG AEA 131 C 2 Modification de Harmbal pour l tude du conduit vocal 150 D Sondage de clarinettistes propos de l influence du conduit vocal 157 Bi Pr NUS EE nn das ci on A a e a 2 Annie ld 157 A BPE de AE SR A E A e A a 162 E Banque de donn es de mesures d imp dance du conduit vocal de clarinet tistes 163 El Deborah de Graafi dac iuw A A A da 163 E2 Catherine MeCorkill oa e ES e EAS A AA 164 HS Margery Smith A e RA A A A A Bo AE 165 EA Lawrence Dobe se sis gas e ES it M eS 167
4. 0 38 0 4 0 42 Y Fic 3 26 Module de P Pmo ainsi que de x P Po i de 2 4 en fonction de la pression dans la bouche pour la note C6 suivant trois configurations de CV sans ee et aw avec la configuration ee alors que leur fr quence est au dessus de la fr quence de coupure Peut tre suffit il que le troisi me harmonique le soit 3 6 4 Influence de l incertitude au niveau de la glotte Nous avons d j vu la partie 2 6 comment l ouverture glottique peut influer sur l imp dance du CV Il nous faut donc tudier maintenant quels sont les effets engendr s sur la fr quence de jeu les seuils et le spectre Les r sultats sont pr sent s pour le tuyau long utilis exp rimentalement soit de fr quence 201 Hz sup rieure celle du tuyau long utilis jusqu pr sent dans cette partie th orique pour des raisons expliqu es page 89 pour l effet de la r sistance figure 3 27 et pour le tuyau court galement celui utilis exp rimentalement soit de fr quence 431 Hz pour l effet de l inertance figure 3 28 76 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE tuyau long tuyau long 203 Fr z aw R 0 ee R 0 pth 1 0 57 aw R 1 5e6 ae ee R 1 5e6 T eg 0 4F 202 57 202 P P ao o w 201 5f fr quence de jeu Hz ee R 0 aw R 1 5e6 ee R 1 5e6 20936 0 38 0 4 0 4
5. playing frequency cents 1 n 4 L 4 36 0 38 04 042 044 046 0 48 0 5 mouth pressure kPa Fic 3 21 Fr quence de jeu en fonction de y calcul e par Harmbal pour les notes G3 C4 G4 dans trois cas sans CV et les deux configurations ee et aw 70 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE B5 N ss CV 6f LL raw ee T 7T ES 3 8 8 4 8 ee o jo jo 331 3 Cc o o ps 8 2 y 1 L 8 0 46 0 48 0 5 fr quence de jeu cents 1 i i i i i i Vas 0 38 0 4 042 044 046 048 0 5 Y Fic 3 22 Fr quence de jeu en fonction de y calcul e par Harmbal pour les notes A5 B5 et C6 dans trois cas sans CV et les deux configurations ee et aw Le seuil d oscillation Consid rons tout d abord les seuils et comparons pour cela les figures 3 21 et 3 22 la figure 3 9 Les seuils sont l g rement plus lev s pour la clarinette que pour les tuyaux car les pertes sont plus importantes dans la clarinette qui a de ce fait des pics moins aigus et d amplitude plus faible qu un tuyau cylindrique de m me longueur et de m me diam tre Or la pression de seuil varie en sens contraire de l amplitude du premier pic d imp dance d o le r sultat Cependant la diminution de la pression de seuil avec la longueur de tuyau est bien respect e y au seuil vaut environ 0 367 pour le G4 alors qu elle vaut environ 0 379 pour l
6. BE 7 C 4 134 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE where K is the dimensionless stiffness M the dimensionless mass and the dimensionless damping 31 We have K 1 because the reed closes y H when pm Py thus M Wwp wWy and R wyg w Note that in this system the player s embouchure may be incorporated to some degree in that different positions of and forces applied by the lips yield different values of M and R A simplified description can be made by setting M R Q y t p t 7 C 5 This simple spring representation of the reed may be good if the playing frequency is low compared to the reed frequency w lt w and the harmonics around w so small that they do not interact with the resonance peak of the reed The resonance frequency of the reed w 27 is normally above 2000 Hz The pipe The pipe is usually characterized by its input impedance 34 which describes its resonances We are interested in the oscillation mechanism and high frequencies are relatively unimportant to our study so we make some severe approximations We assume at first that the impedance maxima of the bore are exactly harmonic and that their relative heights are determined only by visco thermal losses In practice the frequencies of the first few impedance maxima of a real clarinet are in approximately harmonic ratios while the higher frequency peaks are successively further from harmonic 96 Some of
7. 0 1 u y 0 21 x 0 004 2 y 0 15 x 0 001 0 05 0 0 2 0 6 0 8 4 A Polka FIG 4 6 Courbes exp rimentales us f AP pour le conduit vocal artificiel en r gime statique La r sistance s en d duit par dP 2 AP R 4 2 du VA en choisissant pour AP les valeurs mesur es en situation de jeu Ceci conduit ainsi une r sistance 3 0 MPa s m pour la configuration ee et Ry 2 3 MPa s m pour le 114 aw Nous retrouvons donc le m me ordre de grandeur de la r sistance qui avait t rajout e empiriquement pour ajuster les simulations num riques aux mesures in vivo de l imp dance du conduit respiratoire des musiciens 4 5 ETUDE SUR DES TUYAUX CYLINDRIQUES 89 4 5 Etude sur des tuyaux cylindriques Une acquisition temporelle de la pression dans la bouche ainsi que dans le barillet a t r alis e sur les trois tuyaux d tude en augmentant progressivement la pression statique dans la bouche Pmo partir du seuil d oscillation pour les deux configurations de conduit vocal d crites la section 2 5 Les enregistrements r alis s sur 500000 points une fr quence d chantillonnage de 48000 Hz permettant ainsi une r solution fr quentielle de 0 12 Hz ont permis apr s une analyse par transform e de Fourier et gr ce la courbe de calibration r alis e avant chaque mesure de tracer l volution de la fr quence de jeu en fonction de la p
8. poser leurs l vres autour du bec sans se pr occuper de souffler et sans changer la contrainte sur l anche Backus n a observ aucun changement lorsque ces musiciens faisaient varier la forme de leur bouche Il a ensuite remplac les musiciens par des tubes de diff rentes longueurs et n a observ un changement notable que pour des imp dances tr s grandes bien plus grandes que celles qu il a mesur es pour des conduits vocaux humains cf partie 1 1 4 Sommerfeldt et Strong 83 ont r alis une simulation num rique du jeu de la clarinette en tenant compte du conduit vocal cf section 1 1 4 Ils ont observ que pour la plupart des voyelles utilis es le spectre de pression dans la bouche pouvait varier notablement au contraire du spectre de pression dans la clarinette Ils en ont ainsi d duit que l anche d couple fortement la clarinette du conduit respiratoire et que donc l influence de celui ci est tr s r duite Ils ont cependant remarqu que la configuration i avec une r sonance renforc e 900 Hz pouvait produire un saut de registre lorsque 6 cl s de la clarinette taient ouvertes sans avoir utiliser la cl de registre En fait pour cette note particuli re le troisi me harmonique pr domine et l emporte sur le fondamental L tude a cependant t limit e au registre de chalumeau et d autres effets peuvent tres attendus dans les registres sup rieurs Hoekje 50 consid re au vu de ses mesures d i
9. d mont int gralement puis remont Deux s ries de mesures ont ainsi t r alis es avant et apr s pour des pressions lues au manom tre identiques La figure F 4 repr sente le r sultat pour une pression statique dans la bouche de 2 86 kPa reproductibilit dans le barillet reproductibilit dans la bouche 200 400 600 800 200 400 600 800 nombre d chantillons nombre d chantillons FIG F 4 Reproductibilit des signaux de pression dans la bouche et dans le barillet apres d montage et remontage du conduit respiratoire Annexe G Au sujet de la clarinette G 1 Glossaire La notation utilis e dans cette th se pour d signer les notes est la notation am ricaine A4 correspond au La 440 Hz De plus la clarinette tant un instrument transpositeur nous nous r f rerons aux notes crites les notes r ellement jou es tant plus basses d un ton La figure G 1 permet de visualiser sur le cas particulier de la note G5 comment fonctionnent les cl s d une clarinette main gauche E 8 main droite o trous ouverts en blanc et trous ferm s en noir FIG G 1 Doigt de la clarinette pour la note crite G5 et fermeture des trous correspondants Les trois registres de la clarinette cf figure G 2 1 Le chalumeau ou registre grave couvre du Mi 3 au Si b mol 4 en notation crite 2 Les m mes doigt s avec la cl de registre ouverte donnent les notes du Si
10. dans le texte suivant int gralement crit par lui le 7 novembre 2004 Voici un petit r sum de technique instrumentale synth tisant certaines r flexions suscit es par le pr sent travail de th se ainsi que des centaines d observations tir es de ma pratique de musicien et d enseignant Partons de la cage thoracique et de l abdomen Tout comme les autres musiciens vent et les chanteurs nous portons une attention particuli re notre diaphragme Il est bien connu que ce dernier se comporte de mani re purement passive l expiration tant le plus important muscle inspirateur Nous cherchons l tirer comme une peau de tambour sur les bords en augmentant le diam tre du tronc au niveau de l pigastre et des c tes flottantes pour l emp cher de retrouver trop vite sa forme de d me flasque Nous formons en quelque sorte un r sonateur tr s basse fr quence dont il faudrait tudier le r le dans la formation du vibrato un harmonique Le maintien assez rigide en inspiration de la cage thoracique en vitant une descente du sternum doit galement jouer un r le ainsi que la d tente des muscles du cou sur la texture du larynx et du pharynx Cette configuration permet aussi une modification agile et pr cise de la pression d air dans les poumons On remarquera que la position du larynx est susceptible de varier verticalement suivant la diff rence de pression entre les poumons et la bouche Les musiciens accordent une
11. De plus amples d tails sont fournis dans le travail de revue de J P Dalmont 18 Mesures de l imp dance du CR pour Panalyse de son effet sur la clarinette La mesure la plus couramment utilis e pour le conduit vocal est celle dite du capillaire avec un signal source large bande 50 5000Hz mais les dispositifs utilis s dans le domaine de la 10 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES Microphones Source N Fic 1 5 M thode deux microphones parole par exemple 80 85 27 60 sans tre exhaustif souvent pour d terminer la forme du conduit vocal ne peuvent malheureusement pas tre utilis s tels quels car la mesure doit correspondre une situation de jeu ce qui complique le placement de la t te de mesure Les mesures n ont pour l instant jamais t obtenues en situation de jeu r el car l coulement dans Pembouchure perturberait trop la mesure Certaines mesures ont cependant t r alis es en situation de mime c est dire avec au moins un bec de clarinette dans la bouche mais ce n est pas le cas de toutes D autre part la phase est rarement donn e Enfin l ouverture de la glotte qui joue un role pr pond rant car les mesures different completement si la glotte est ouverte mesure de l imp dance du conduit respiratoire entier ou ferm e mesure de l imp dance du conduit vocal proche d une situation de parole est rarement pr cis e de sorte que la disparit des mesures peu
12. Imp dance module gauche et argument droite du syst me total pour les trois notes G3 C4 et G4 dans plusieurs configurations de CV sans ee et aw 73 Module de P Pmo ainsi que de x P PA rapport de harmonique 1 i variant de 2 5 sur harmonique 1 dans le barillet en fonction de la pression dans la bouche pour la note C4 suivant trois configurations de CV sans ee et aw 74 Module de P P ainsi que de x P Pa i de 2 4 en fonction de la pression dans la bouche pour la note C6 suivant trois configurations de CV sans ee CN Mas GR O a E E Ap A A A 75 Fr quence de jeu et module de Pi Pino ainsi que de x P Pa i de 2 5 en fonction de la pression dans la bouche pour le tuyau long lorsque la r sitance glottique est soit nulle soit gale 1 2 MPa s Mm 76 Fr quence de jeu et module de P Pmo ainsi que de x Pa Pa i de 2 5 en fonction de la pression dans la bouche pour le tuyau long lorsque l inertance glottique vaut soit 430 soit 110 Pa s mT3 os de ns te Re 77 Disposititespermentals Ss e ds a a a 80 Zoom sur la partie centrale o A AGP ROGUE ES 81 Sch ma explicatif du conduit respiratoire artificiel 82 En haut Clich s pris pour une pression acoustique dans la bouche nulle gauche et de 1 5 kPa droite En bas zoom du clich de gauche tel qu on peut le voir SOUS Imagna LS ok A ea ete APA D du te
13. Une m thode labor e au Mans qui consiste remplacer le corps de la clarinette par un diaphragme 74 permet la d termination de la relation non lin aire u f p puis de la valeur des param tres du modele Cette m thode n tant cependant pas tres simple mettre en place et ne constituant pas un aspect pr pond rant dans cette th se nous avons pr f r mettre au point une m thode plus simple partir de clich s de l anche pris pour diff rentes pressions dans la bouche inf rieures la pression au seuil d oscillation afin de rester en r gime statique nous pouvons mesurer l ouverture de l anche h h H y o H est louverture au repos et y le d placement de l anche d fini au C 1 2 et en d duire la relation h f AP o AP 4 3 D TERMINATION DES PARAMETRES 85 est la diff rence de pression entre le bec et la bouche Il s av re que cette relation est lin aire ce qui nous permet d en d duire le coefficient de raideur k ainsi que la pression de placage par extrapolation AP Py kh avec Py kH Il est noter que pour la prise de ces clich s le conduit vocal est remplac par un bocal cylindrique avec une arriv e d air lat rale cf figure F 2 ce qui permet de faire les clich s travers la face arri re plane de ce bocal Sine dia M s PG 0 4 gt L Ne AA a E AA CIA FIG 4 4 En haut Clich s pris pour une pression acoustique dans la bouche nulle gauche et de 1 5 kP
14. aide d une cale en forme de coin pour obtenir une fente entre l anche et le bec comparable celle d une anche normale fl chie par la pression des l vres j ai utilis trois Claripatch L empil s l un sur l autre la base de la table du bec dans mes exp riences La colonne d air de la clarinette sera donc incapable d entrer en oscillation humainement parlant Notre jet sortant de la glotte se comporte comme une pompe vide entra nant un appel d air Si le conduit vocal est largi l air aura plus de facilit se frayer un passage en sens inverse il pourra circuler plus lentement et causera moins de frictions Les pertes a rodynamiques locales sont diminu es Une augmentation de la vitesse du jet va entraver cette circulation de m me qu une diminution de section de la tuy re Il y a donc une limite partir de laquelle le jet suit les parois du conduit en en modifiant sa forme cause de la diminution de pression sur les parois et de la souplesse du conduit La forme et la port e du jet r sultant se modifient tr s notablement Dans le jeu de la clarinette le jet ANNEXE H CONS QUENCES P DAGOGIQUES DE L TUDE 181 doit effectuer une double torsion angle droit dans le sens vertical et dans le sens horizontal avant de p n trer dans la bouche pour s orienter en direction de la fente entre le bec et l anche Imaginons comment notre courant d air va de d placer dans la bouche lorsque le je
15. ee i i 0 1 i 0 46 048 0 5 36 0 38 0 4 0 42 0 44 046 0 48 0 5 Y Fic 3 19 Phase en radians de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite aw tc 2 tc amorti tc tronqu te tc amorti DCE tc tronqu FIG 3 20 Phase en radians de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 68 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE 3 6 2 Influence de la dispersion et d un modele plus complet de lanche Il est int ressant de comparer voire de coupler l effet du CV d autres effets mieux connus comme celui de la dispersion ou bien de la masse et de l amortissement de l anche afin de d terminer quels sont les effets les plus importants Pour cette comparaison nous nous appuyons sur les r sultats de l annexe C avec cependant une diff rence de notation pour rester coh rent avec les autres chapitres f est la premi re fr quence de r sonance du tuyau contre f dans l annexe et f la fr quence de jeu au seuil contre fp dans l annexe L effet de la dispersion s effectue toujours dans le m me sens la fr quence de jeu augmente avec y D apr s C 1 5 la fr quence varie peu pr s de 0 984 fe 0 992 fe ce qui fait une diff rence de 14 cents entre le seuil d oscillation et la
16. est de pouvoir obtenir une image sonore de chaque configuration de CV Ainsi chacune d elle conduit des bruits diff rents et reconnaissables de sorte qu ils permettent de caract riser la configuration de CV adopt e Dans l annexe H il est d taill comment P A Taillard en faisant d abord reproduire ses l ves les bruits correspondants aux configurations qui marchent pour telle ou telle note arrive les faire rapidement jouer des notes difficiles Il a ainsi observ que le bruit est plus fort pour le aw et plus riche en hautes fr quences que le ee Ceci peut tre observ sur la courbe de gauche de la figure 4 26 r alis e partir de l enregistrement de P A Taillard gr ce un microphone cardio de Neumann plac 40 cm devant la clarinette hauteur du 114 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE note A5 configuration aw note A5 configuration ee buzz approximativement F4 spectre dB spectre dB 0 500 1000 1500 500 1000 1500 fr quence Hz fr quence Hz note G4 configuration aw note G4 configuration ee spectre dB spectre dB 0 500 1000 1500 7 500 1000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 4 25 Spectre du bruit dans le barillet juste avant le seuil d oscillation pour les notes A5 et G4 avec la bouche artificielle comparaison entre les configurations aw gauche et ee a droite bec
17. gauche et juste apr s le seuil droite pour les notes A5 et E6 115 Liaison C4 C5 C4 pour les deux configurations aw et ee obtenue avec la bouche artificielle une pression de 2 02 kPa 116 Liaison C5 A5 pour les deux configurations aw et ee obtenue avec la bouche artificielle une pression de 2 02 kPa 117 gauche rapport des harmoniques pour trois sons effectu s par P A Taillard sur la note G3 en modifiant son CV Enregistrements r alis s dans le barillet A droite spectre obtenu lorsqu il s lectionne comme fondamentale une des fr quences harmoniques de la note G3 sur le doigt de cette note Enregis trements r alis s l ext rieur hauteur du bec 118 A gauche fonction d aire pour les configurations de conduit vocal i large et troit A droite d tail de l embouchure pour les configurations ae large BUNCE TOM tr nl CEA a CS das Ge da e dane 119 Comparaison entre le module des imp dances des configurations de conduit vocal i large et troit gauche et celles des configurations ee et aw COLE A E RR A O 119 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la fr quence de r f rence de la gamme temp r e G3 175Hz C4 233Hz G4 349Hz D5 523Hz et G5 698Hz en fonction de la pression statique dans la bouche Ppp 120 TABLE DES FIGURES
18. maping puis ajust e d nomm e aw clarinettiste L abscisse correspond l indice des segments les deux premiers sont les segments glottiques les 44 autres constituent les 17 4 cm de conduit vocal La longueur de chacun des segments vaut 3 968mm sauf le premier qui sert ajuster l paisseur de la glotte son paisseur effective et qui vaut 1 13 mm A droite imp dance mesur e sur Deborah de Graaff et imp dance simul e correspondant au aw clarinettiste et de d terminer en particulier la g om trie de la cavit buccale par rapport a une ventuelle constriction palatale Avant d utiliser ces r sultats pour construire le conduit vocal artificiel qui sera utilis avec la bouche artificielle nous allons exposer une analogie lectrique qui permet d interpr ter les premi res r sonances du conduit vocal 2 4 6 Interpr tation avec un circuit lectrique simple Il est int ressant d essayer d interpr ter quoi correspondent les premi res r sonances et anti r sonances en termes de systemes constantes localis es Nous allons donc chercher des r sonateurs de Helmholtz dont les fr quences de r sonances sont telles que la longueur d onde est beaucoup plus grande que les dimensions g om triques Pour ce faire on ignore les termes de dissipation pour ne conserver que les termes r actifs Rappelons qu un r sonateur de Helmholtz peut tre excit soit en d bit inject dans son
19. tre r alis e par Story et Titze 90 pour diff rentes voyelles et consonnes gr ce l imagerie par r sonance magn tique Ces donn es sont cependant difficiles obtenir en raison du temps et du co t li au scan 3D de la t te Ce sont ces donn es qui nous serviront de base pour notre tude du conduit vocal au chapitre 2 1 1 3 Son influence dans le jeu des instruments vent Cas de la clarinette Mooney 67 a compar les sons de clarinettistes avec ceux obtenus gr ce une bouche artificielle dont les param tres taient r gl s en fonction des radiographies de ces m mes cla rinettistes en situation de jeu Ceci permettait de placer les dents inf rieures la l vre et la langue dans la m me position que pour le joueur r el et donc d terminer ainsi l influence de chacun de ces param tres ind pendamment Il a ainsi constat l indispensabilit de la langue puisque sans elle certains sons ne peuvent tre obtenus avec la bouche artificielle Sa position change suivant les registres et elle affecte aussi bien le spectre renforcement des quatri me et sixi me harmoniques que la hauteur du son Clinch et coll 16 ont constat que la qualit sonore d pend de la forme du conduit respira toire Ainsi le conduit respiratoire doit tre tel que pour un son qualifi de beau le spectre de pression dans la bouche soit tr s diff rent du spectre d imp dance contrairement la pression externe Benade 11
20. une solution analytique simple De plus les simulations num riques ne conduisent aucune corr lation entre une modification du CV et et l effet sur le spectre et la fr quence de jeu Des exp riences ont ensuite t r alis es sur une bouche artificielle avec CV Pression de seuil fr quence de jeu spectre et transi toires ont ainsi t mesur s Les configurations i et ah ont t compar es pour diff rentes notes et transitions d licates Les r sultats pr sentent un faible accord avec les simulations num riques mais n en sont pas moins int ressants Dans le registre grave l enveloppe spectrale mais pas la fr quence de jeu d pend fortement du CV La diff rence est plus importante pour les notes aigu s ou m me l mission varie de mani re significative entre les deux configurations Une configuration appropri e du CV peut galement favoriser certaines notes et transitions transitoires plus courts en bon accord avec l opinion des clarinettistes Mots clefs acoustique musicale clarinette conduit vocal fr quence de jeu spectre harmonique quilibrage harmonique Abstract This thesis investigates acoustical features of the vocal tracts of clarinettists and how these features influence the frequency of the note played its spectrum and the mouth pressure required to initiate the note In a widely used physical model of the clarinet a single resonator the clarinet is coupled non linearly to t
21. 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 BIBLIOGRAPHIE J P Dalmont Acoustic impedance measurements Part I A review Part II A new calibration method J Sound and Vibration 243 3 2001 J P Dalmont et A M Bruneau Acoustic iimpedance measurement plane wave mode and first helico mode contributions J Acoust Soc Am 91 3026 3033 1991 J P Dalmont B Gazengel J Gilbert et J Kergomard Some aspects of tuning and clean intonation in reed instruments Applied Acoustics 46 19 60 1995 J P Dalmont C J Nederveen S Dubos S Ollivier V Meserette et E te Sligte Ex perimental determination of the equivalent circuit of a side hole linear and non linear behaviour Acustica acta acustica 88 567 575 2002 M Demoucron Influence du conduit vocal du clarinettiste sur la fr quence de jeu These DEA ATIAM 2004 E Ducasse Mod lisation et simulation dans le domaine temporel d instruments vent anche simple en situation de jeu m thodes et mod les Th se de Doctorat Universit du Maine Le Mans France 2001 E Ducasse physical model of a single reed wind instrument including actions of the player Computer Music Journal 27 1 59 70 2003 S El Masri X Pelorson P Saguet et P Badin Development of the transmission line matrix method in acoustics applications to higher modes in the vocal tract and other
22. C 1 9 Introductions er x a A ae En teste Model of the clarinete Solvine methods e aa lAs ie UGS Simple reed model gt 30 ll pasarte pte Effect of dispersions ad aad A a Ad Sg A Influence of the reed resonance ira E O a E Comparison with real clarinet setas 4 ko Se we BR ge de CONCIUSION ss ira dd SR DS la ee NAN A ta dl PA GY C 2 Modification de Harmbal pour l tude du conduit vocal C21 Structure du programme Harmbal 2 aaa 213 83 83 84 84 88 89 89 92 97 98 99 111 118 121 123 125 127 129 214 TABLE DES MATI RES D G H I C 2 2 Modifications impl menter 150 C 2 3 Implementation de l interpolation pias ede wd A A anus 151 C 2 4 Interpolation de l imp dance de la clarinette 151 C 2 5 Prise en compte du conduit vocal 4 4224 4424 e552 eue eo ut 154 C 2 6 Options suppl mentaires et programmes annexes 156 Sondage de clarinettistes propos de l influence du conduit vocal 157 DE ER ANSE da A IA ID AA AA AA age de 157 DER a AI O AA 162 Banque de donn es de mesures d imp dance du conduit vocal de clarinet tistes 163 Ex Deborah de Graaff woese o cipa a bee abe oko Ee bre le s 163 E2 athernne NMeCorkill 2 004 229 Ds ga fa LA Shui a Sms ot 164 E3 Margery Smith ratas LS A PEN A en ee ie ee a eee ie es ie 165 EA Lawrence Dobell vs 46 42 a Ms a
23. De plus il n est vraiment pas simple ensuite de revenir une pr diction qualitative de P partir de AP Ceci explique notre choix d avoir pr sent uniquement les r sultats sur P ce choix ne conduit pas plus d interpr tations mais permet au moins d avoir une pr diction num rique de la grandeur qui nous int resse le plus au final Ces r sultats permettent en tout cas de mettre en lumi re toute la complexit des ph nom nes mis en jeu Nous pouvons ainsi comprendre que c est gr ce des ann es de pratique et non d tudes th oriques que le musicien pourra conna tre de mani re ad hoc les effets que chaque configuration peut engendrer 4Tl est noter que la dispersion n a pas t prise en compte ici Elle affecte cependant largement la phase des harmoniques de pression 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal rt i ae tc amorti tc amorti s te tronqu 2 44 pe A tc tronqu tm tii aa i tm ss CV x phase x e tmss CV 38356038 04 0 42 Y ee i 3 2 0 46 048 05 0 36 0 38 phase x 0 4 0 42 044 046 0 48 0 5 Y FIG 3 18 Phase en radians de x3 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite tc tc amorti route tronqu 036 0 38 0 4 0 42 Y
24. L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE kPa Note G4 P kPa bouche barillet A temps ms temps ms P kPa Note DS Phouche KPal barillet ssl TEE TE a as 2 3 4 5 FIG 4 21 Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique P vaut de haut en bas pour la note G4 1 80 2 30 2 90 et 3 50 kPa pour la note D5 2 52 2 80 et 3 20 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s rouges 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 109 kPa Note G5 P kPa P barillet bouche temps ms temps ms bouche barillet P kPa Note A5 P kPa 0 3 FIG 4 22 Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique P vaut de haut en bas pour la note G5 2 06 2 25 2 90 et 3 50 kPa pour la note A5 2 1 2 3 et 2 7 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s rouges 110 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Pour les formes d ondes dans le barillet peu de diff rence peut tre relev e entre les deux configurations mise part de temps autre une amplitude un peu plus faible pour la configu ration aw pr s des seuils d oscillation et d extinction et une amplitude toujours plus faible pour le ee pour la note A5 Cependant l allure temporelle des signaux sur quelques p riodes ne permet pas de d celer des variations spectrales fines et il est donc n ce
25. La figure 2 19 nous permet de visualiser ce que le mod le de Harper nous apporte le premier pic et le premier creux sont d plac s vers les basses fr quences de respectivement 50 et 80 Hz ce qui les rapproche plus de ceux mesur s m me si leurs fr quences restent quand m me un peu trop lev es En revanche l amplitude du premier pic augmente ce qui la rend SIL est vident que Z n est pas nulle dans un voisinage de la fr quence nulle 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 35 niveau longueur du segment rayon paisseur des parois fraction de cartilage L cm r cm h Cfrac I ND OH E o TAB 2 2 Caract ristiques de chaque segment constituant le conduit subglottal commen ant la trach e niveau 0 trop importante par rapport celle mesur e Nous avons privil gi l aspect fr quentiel par rapport l amplitude de sorte que nous avons gard dans la suite le mod le de Harper Nous ne comprenons cependant toujours pas pourquoi nous n arrivons pas obtenir correctement la premi re fr quence de r sonance 160 mod le labor 150 mod le simple 20log Z dB D E _ _ o 00 1 000 2000 3000 fr quence Hz Fic 2 19 Comparaison entre le mod le simple du conduit subglottal poumons assimil s un tuyau infini et le mod le labor de Harper Nous avons maintenant presque tous les l ments pour proc
26. Les r sultats sont bien s rs r versibles puisque le dispositif est sym trique Johnston Troup et Clinch 54 pr disent a priori quelques influences du conduit vocal d apr s des g n ralit s bien connues sur la clarinette fr quence de jeu l g rement inf rieure au fondamental de la clarinette jeu facilit si les r sonances sont harmoniques si le pic de r sonance de l imp dance du conduit vocal est inf rieur en fr quence et plus grand en amplitude que le pic fondamental de la clarinette alors la fr quence de jeu sera gale la fr quence de r sonance du conduit vocal ce qui correspond l effet de pitch bend ILe vocabulaire relatif la clarinette est d fini dans l annexe G Les mots correspondants sont soulign s lorsqu ils apparaissent pour la premi re fois dans le texte 1 1 LE CONDUIT RESPIRATOIRE 7 si le pic du conduit vocal vient renforcer le troisi me harmonique un saut de registre peut avoir lieu effet de bugling si le conduit vocal provoque un mauvais alignement des pics de r sonance du syst me total par rapport la s rie harmonique des multiphoniques peuvent se produire le glissando pourrait correspondre une situation o le conduit vocal r git l oscillation sur une large bande de fr quence car son imp dance est plus grande que celle de la clarinette diminu e par exemple par une fermeture partielle des cl s qui engendre des pertes Wilson 94 a mesur
27. Rheinisch Westf lische Technische Hochschule Aachen 2002 H Levy New directions for harmonica Woodstock Homespun Tapes 1992 Commercial videotape J Marchi Etude des harmoniques et du suraigu de la clarinette Ed Lemoine Paris 1994 A Mayer RIAM Reed Instrument Artificial Mouth a computer controlled excitation device for reed instruments Dans Proc SMAC volume 1 pp 279 282 Stockholm Sweden 2003 C S McGinnis et C Gallagher The mode of vibration of clarinet reed J Acoust Soc Am 12 529 531 1941 X Meynial Syst mes micro intervalles pour les instruments de musique vent avec trous lat raux et oscillations d une anche simple un r sonateur de forme simple These de Doctorat Universit du Maine Le Mans France 1987 L Millot Etude des instabilit s des valves application l harmonica diatonique These de Doctorat Universit Paris 6 1999 J Mooney The effect of the oral cavity on the tone quality of the clarinet These de Doctorat Brigham Young University 1968 B C Moore B R Glasberg et M J Shailer Frequency and intensity difference limens for harmonics within complex tones J Acoust Soc Am 75 2 550 561 1984 P M Morse et K U Ingard Theoretical acoustics Princeton University Press 2000 R Msallam S Dequidt R Causs et S Tassart Physical model of the trombone including non linear effetcs application to the sound synthesis of loud tones acta acustica 86 72
28. affecte en rien l interpr tation qu on pourra en faire cf figure 2 26 200 simulation parois rigides simulation parois souples 20log Z 50 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence FIG 2 26 Comparaison entre les simulations pour des parois rigides et souples voyelle Examinons maintenant d un peu plus pr s les premi res r sonances et anti r sonances Premi re anti r sonance Pour les deux voyelles et i la premi re anti r sonance est donn e par 1 1 gt 2 31 277 CI Lis Clungs Comme Liarynz n est pas tr s affect e par la configuration cette fr quence est quasiment la m me pour toutes les configurations et elle est tr s grave En cons quence pour les fr quences audibles tout se passe comme si la glotte tait ouverte sur un grand espace Premi re r sonance Dans ce domaine de fr quence et au dessus l imp dance des poumons peut tre consid r e comme nulle Cette r sonance correspond donc en fait au r sonateur de Helmholtz constitu par la glotte et le larynx Le volume de ce dernier est un peu plus petit pour le i puisqu il s arr te au niveau de la constriction palatale alors qu il se prolonge jusqu la bouche pour le ce qui explique pourquoi la fr quence de r sonance est plus basse pour le que pour le i 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 43 configurati
29. alit en parall le avec le reste du conduit vocal Le calcul it ratif d crit la section 2 4 1 peut donc tre effectu sur les 33 sections en partant de la glotte sections 0 32 avec comme imp dance au niveau de la glotte celle du conduit subglottal ce qui donne l imp dance Z ainsi que sur les deux sections l entr e de la bouche sections 33 et 34 avec comme imp dance limite une imp dance infinie puisque la bouche est ferm e sur le bec ce qui donne l imp dance Z2 L imp dance totale du conduit vocal non corrig e est donc 112 EZ 2 24 ce qui donne avec la correction d extr mit d taill e au paragraphe pr c dent Y Zov Zne jZo l 2 25 c avec Zo pe rrr 160 Z sans aucune correction eee Zee 2 1 res sections en parall le 150 Zy correction au bout 0 1000 2000 3000 4000 5000 fr quence Hz FIG 2 20 Effet des diff rentes corrections Z est l imp dance sans aucune correction Zn est l imp dance calcul e lorsque les deux premi res sections sont mises en parall le quation 2 24 et Zov correspond cette imp dance corrig e suivant l quation 2 25 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 37 Il est important de noter d apr s la figure 2 20 que ces diff rentes corrections mise en parall le des premi res sections correction d extr mit ont surtout une influence haute fr quence au dessus de
30. and dispersion as well as the effective stiffness mass and damping of the reed In the next two sections we briefly describe a common physical model for the clarinet and the two methods HBM and VTM for solving the model equations Then we study aspects of this model by starting with a simplified version of it and successively adding the effects of dispersion inharmonicity of the resonator and the influence of the reed resonance reed mass and damping to end up with the described model We mainly restrict the study to the first harmonic of the pressure in the mouthpiece and note that exact numerical solutions would be obtained by the HBM if infinitely many harmonics were taken into account C 1 2 Model of the clarinet The clarinet may be modelled as a self sustained oscillator with a linear exciter the reed 91 that is coupled nonlinearly to a linear resonator the pipe A common model is described in this section where the simplifications ignore for instance recent knowledge on torsional modes of the reed 24 28 76 and the interaction between the reed and the mouthpiece lay 74 as well as nonlinear effects in the pipe 21 41 Furthermore any acoustic effects of the player s vocal tract are omitted Despite its simplicity this model incorporates many important characteristics of the real clarinet 44 24 A sketch of the mouthpiece is shown in Figure C 1 including the meaning of the physical quantities used Dimensionless qua
31. car contrairement au cas de la parole les cordes vocales ne sont pas compl tement ferm es ainsi que la condition terminale la glotte po Zsguo o Zs est l imp dance d entr e du conduit subglottal 2 4 2 La glotte Fic 2 16 Ouverture des cordes vocales d un joueur professionnel observ e par Mukai 71 32 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE D apr s l tude par laryngeoscopie de Mukai 71 la glotte des musiciens professionnels est une fente que l on considerera en premi re approximation comme rectangulaire de longueur a 10 mm de largeur b 1 5 mm et d paisseur e 3 mm Cependant l onde acoustique qui sort de la glotte entre dans la trach e de section beaucoup plus importante de sorte qu il faut tenir compte de la correction d extr mit pour un tuyau baffl l paisseur effective de la glotte vaut donc eer e 0 85r o ry est le rayon quivalent de la glotte rg ab m 2 2 mm Par cons quent le cylindre 0 qui mod lise la glotte et donc termine le conduit vocal a pour longueur e ff 4 7 mm et section ab 2 4 3 Le conduit subglottal Mod le l mentaire conduit vocal trach e poumons tuyau infini E glotte Fic 2 17 Mod lisation du conduit respiratoire L absorption totale par les poumons est mod lis e par un tuyau infini de rayon gal celui de la trach e r 9 mm d imp dance purement res
32. compare the first harmonic of the VTM even though we consider many harmonics with the HBM C 1 4 Simple reed model Although the HBM is a powerful method we start with the elementary case of a simple reed model without mass and damping equation C 5 and with no dispersion equation C 9 This enables us to verify the results with the analytical method VTM Later on we use the HBM on cases where analytical solutions are difficult to find Playing frequency When dispersion is not taken into account the resonance frequencies of the pipe are harmon ically related The playing frequency f is thus the same whatever the value of the mouth pressure and however many harmonics are taken into account From equation C 18 Y must be real as P is real which is satisfied only for f being a resonance frequency of the pipe Thus for the lowest register we get f f fo where fo was defined in equation C 8 The oscillation threshold Near the oscillation threshold equation C 12 can be approximated by the third order expan sion C 15 and solved by the one harmonic VTM Equation C 18 implies that the oscillation threshold P 0 is given by Y A From equation C 9 it follows that Y Yn and thus the weakest blowing pressure that gives oscillation is 2 se ny m z 2 3 92 Tes vee v2 C 19 Stas Die stig 33 2 3 a This result is compared with the results of the HBM for a few sets of and y in Table C 1 The
33. du conduit vocal plus subtils que les effets largement pr pond rants des mouvements induits de m choire qui modifient fortement l embouchure Il faut donc garder l esprit que les effets tudi s ici sont en r alit coupl s avec d autres effets chez les musiciens et que c est la combinaison totale de tous les effets caus s par un changement de configuration du conduit vocal qui peut permettre le tr s c l bre glissando de Rhapsody in Blue de Gershwin L un des premiers objectifs fut la connaissance des propri t s acoustiques du conduit respira toire des musiciens lorsqu ils jouent C est cet effet qu un dispositif de mesure de l imp dance d entr e complexe du conduit respiratoire a t mis en place La mesure n est pas compl tement r alis e en situation de jeu puisque les musiciens peuvent souffler mais non jouer mais en raison de leur m moire musculaire d velopp e cela est suffisant pour assurer une bonne reproduc tibilit Ces mesures ont permis en particulier de constater une norme variabilit au sein des musiciens pourtant tous unanimes sur l importance de leur conduit vocal dans le jeu Ceci prouve d une part qu il n y a pas en g n ral d accord du conduit vocal sur la note jou e comme le pensaient Jonhston et coll 54 53 et d autre part qu il ne semble pas y avoir de r gle en or concernant la configuration de conduit vocal adopter Par ailleurs cette variabilit s a
34. e un tuyau cylindrique gauche et du conduit vocal droite pour notre tude 54 Evolution de la fr quence de jeu en fonction de la pression dans la bouche partir du seuil d oscillation comparaison entre l quation 3 26 et Harmbal 31 harmoniques o rnini aa Neh Rene bea RR pee 57 Variation de l amplitude du premier harmonique r el en fonction de la pression dans la bouche comparaison entre l quation 3 20 et Harmbal 31 harmoniques 57 Variation des rapports X2 et X en fonction de la pression dans la bouche comparaison entre l quation 3 25 pour X et l quation 3 23 coupl e avec les quations 3 25 et 3 20 et Harmbal 31 harmoniques 58 Module de l imp dance non adimensionn e du CV ee du tuyau long et du tuyau court gauche et partie imaginaire de l admittance non adimensionn e dit CV Ce ardroite e ge ws a oR Oi ele O oe lero D AS ee 59 Partie r elle de admittance totale adimensionn e du CV et du tuyau cylin drique pour le tuyau long gauche et le tuyau court droite pour les deux configurations ee et aw au voisinage de la premi re fr quence de r sonance de chagu t sce hos i IS oe ee Bt A Dale gt ane A 59 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la premi re fr quence de r sonance du tuyau fe en fonction de la pression dans la bouche adimensionn e y pour les diff rents tuyaux configuration e
35. e la diff rence d imp dance entre la configuration ee et la configuration aw on s attend ce que dans l ensemble les harmoniques sup rieurs soient beaucoup plus importants dans le cas du ee avec un renforcement particulier lorsque Vharmonique tombe sur le pic principal dans la zone 800 1000 Hz Ceci est bien v rifi ainsi que le montrent les figures suivantes seules les plus pertinentes sont ici pr sent es La figure 4 14 montre l opposition entre un cas o l harmonique de la note jou e tombe sur un pic du ee et un creux du aw harmonique 3 pour le tuyau moyen et le cas o Vharmonique tombe dans une zone o les deux imp dances sont similaires harmonique 5 pour le tuyau court la diff rence d imp dance se refl te parfaitement dans le comportement des harmoniques puisque dans le premier cas l amplitude de l harmonique 3 est une dizaine de fois sup rieur pour le ee que pour le aw alors que dans le deuxi me cas les deux amplitudes de l harmonique 5 sont du m me ordre de grandeur tuyau moyen tuyau court ol_enenoo0 0 0 0 9 0 9 a 0 e j Po kPa e oe 3 a kPa 5 6 FIG 4 14 Evolution des rapports dans la bouche entre harmonique 5 et l harmonique 1 pour le tuyau court et entre l harmonique 3 et l harmonique 1 pour le tuyau moyen en fonction de la pression statique dans la bouche Pmo La figure 4 15 permet quant
36. e sur l anche en particulier chez les d butants La richesse harmonique est obtenue par une courbure assez prononc e du dernier centim tre de la table typique sur le bec 5RV lyre par exemple par une pointe d anche assez fine et par une longueur d anche vibrante assez petite Sans vouloir nier son importance on doit remarquer que la configuration du conduit vocal joue un role moins d cisif qu en technique allemande les grands volumes de cette technique sont impossibles atteindre car l instru mentiste prend moins de bec L expert a toutefois la possibilit d agrandir son conduit vocal en renon ant comprimer l anche avec ses dents et maintenir la pression sur l anche avec sa seule musculature labiale Il pourra alors abaisser sa m choire pour augmenter le volume buccal autre possibilit coller une pastille paisse sur la mentonni re L avantage de cette technique est de permettre un contr le tr s fin de la sonorit par l embouchure qui doit tre bien muscl e et tr s stable robuste galement en situation de stress mais l intonation est assez variable en raison des changements de longueur vibrante de l anche Elle est tr s haute dans le pianissimo et s abaisse passablement dans le fortissimo mais celui ci peut tre extr mement puissant en faisant abstraction du d faut d intonation Notons que la raideur et la viscosit de la l vre jouent un r le important en venant s ajouter celles de
37. ge o 2 24 o oO S 22 o D 2 20 Q 2 o 18 W s aw 716 ee 14 s e F 2 2 5 3 3 5 4 P__ kPal mo FIG 4 16 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la fr quence de r f rence de la gamme temp r e G3 175Hz C4 233Hz G4 349Hz D5 523Hz et G5 698Hz en fonction de la pression statique dans la bouche Pmo pour les deux CV ee et aw Ceci est peu pr s le seul effet que l on retrouve num riquement Ainsi si l on compare cette figure la figure 3 21 Py 5 5 kPa donc y 0 5 correspond Pmo 2 75 kPa nous ne pouvons constater qu un tr s m diocre accord entre les deux Alors que la fr quence de jeu calcul e par Harmbal tait quasi syst matiquement obtenue sup rieure pour la configuration ee ceci est loin d tre le cas exp rimentalement Et ceci est d ailleurs une nigme de plus car c est contraire l opinion des musiciens D autre part contrairement la th orie la diff rence 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 101 exp rimentale entre les deux configurations est n gligeable sauf dans le cas du G5 o elle devient perceptible Par ailleurs la fr quence augmente avec Pmo pour tous les doigt s au dessus de 3 kPa Ce ph nom ne d j expliqu par Bouasse 12 r sulte du fait qu au dessus de cette pression l anche bat Cependant cette hausse de fr quence pour les trois notes graves vers le seuil d extinction appara tra
38. normales utilis es pour la s rie des G et les configurations pour les effets sp ciaux peut s av rer tres importante pour les musiciens professionnels Ce qui est surprenant c est la similitude dans l allure des imp dances entre les configurations ee et aw pour la majorit des musiciens except quelques professionnels et Joe Wolfe qui a grandement l habitude de chercher contr ler ce qu il fait pour les exp riences scientifiques Ainsi le pic repr sentatif du i vers 700 Hz n appara t que rarement En revanche le niveau g n ral est plus lev de 5 a 10 dB pour le ee que pour le aw Des courbes d imp dances pour quelques professionnels sont pr sent es en annexe E 2 3 4 Variations entre les musiciens pour un jeu normal Examinons ici les variations sur les configurations qualifi es de normales par les musiciens c est dire celles qu ils adoptent usuellement lorsqu il n y a pas d intention musicale parti culi re dans la nuance mezzo forte Pour cela prenons l exemple de la note G4 qui correspond pour presque chaque musicien la configuration qu ils ont sur l ensemble du registre except le 28 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE suraigu et la note G6 dans le suraigu Dans la figure 2 12 ce sont les deux m mes musiciens pour les deux notes Note G4 Note G4 150 140 130 20log 1Z dB phse Z 1207 Hy 110 0 500 1000 1500
39. sie Naw 0 05 0 2 ayy 9 eS POSE l 0 015 y J o 1 0 04F j i 0 035 i Z KOI es d a 0 03 i i 0 025 i i 0 02 0 005 J i 0 015 i 0 01 2 3 Dares 7 0 3 4 5 6 7 mo kPa P no kPa tuyau court tuyau court 0 025 raw 0 02 i i 0 015 4 J a 1 e i a i 0 01 2 J i i i 0 005 J i i i o A i yl i 2 3 4 7 2 3 4 5 7 P no kPa P no kPa tuyau court 3 tuyau court 0 03 a 510 aw oe DO a oa 0 025 Y i i 0 02 3 i J te gt i a a 3 a 0 015 a i 2 i J 0 01 i 1 J 0 005 H F 0 i i i o a i 2 3 4 5 7 2 3 4 5 6 7 P no KPa P no kPa tuyau court tuyau court 0 01 0 05 es aw 0 008 0 04 i 4 i i 0 006 0 03 i J a a i a a A 0 004 0 02 i 4 i 0 002 3 0 01 H 4 i i 1 0 L 4 2 5 6 7 2 3 4 5 7 P no kPa 3 pa kPa FIG 4 13 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Pmo pour comparaison entre exp rience a le tuyau court pour les configurations de CV ee et aw gauche et simulation par Harmbal a droite aucune solution num rique trouv e dans le cas de la configuration ee 4 5 ETUDE SUR DES TUYAUX CYLINDRIQUES 97 4 5 3 Etude du spectre dans la bouche Examinons maintenant comme nous l avons fait pour les signaux de pression dans le barillet l volution du spectre dans la bouche en fonction de Po pour les diff rents tuyaux et les deux configurations de conduit vocal Etant donn
40. viter des reflets g nants Il est indispensable de r aliser l clairage de face c est dire directement sur l anche plut t que par le bout de la clarinette ou du tuyau car dans ce cas la largeur de 86 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Panche telle qu elle nous appara t est bien trop d pendante du contraste lumineux choisi par l appareil Cependant m me si la nettet et le contraste semblent tr s bons il s av re qu en reproduisant la m me mesure un certain nombre de fois l erreur est quand m me de l ordre de 5 voire 10 um Enfin un autre probl me li lanche elle m me est qu il est assez rare qu elle soit ouverte de mani re parfaitement homog ne ce qui pose le probl me de savoir o l on mesure son ouverture D autre part elle pr sente des asp rit s qui rendent la mesure encore plus d licate Ces mesures nous permettent ainsi seulement d avoir une estimation des param tres utiles L erreur au final sur la pression de placage peut s lever 0 5 kPa mais peut tre r duite en r alisant la mesure plusieurs fois et en moyennant Les r sultats obtenus pour les trois embouchures qui ont t utilis es dans les mesures qui suivent sont pr sent s la figure 4 5 En effet pour chacune des situations tuyaux cylindriques clarinette dans le registre grave et m dium et clarinette dans le registre aigu voire suraigu l embouchure a t optimis e l or
41. will actually emit a specially synthesized sound into your mouth and a microphone will record the way in which this sound interacts with your vocal tract From this we can deduce how your vocal tract would affect a real clarinet and reed You were selected as a possible participant in this study because of your background as a clarinettist Description of study and risks If you decide to participate we will ask you to play some notes on a real clarinet and then to try to repeat the actions on the model clarinet The whole procedure will take rather less than one hour You may ask one of the investigators for a more precise estimate of the time required There are no serious risks involved The sound level will be checked by the operator before the experiment begins and is not loud You may come into contact with the sound source and microphone These will be disinfected before the experiment Confidentiality and disclosure of information Any information that is obtained in connection with this study and that can be identified with you will remain confidential and will be disclosed only with your permission or except as required by law If you give us your permission by signing this document we plan to publish the results in a scientific journal In any publication information will be provided in such a way that you cannot be identified Complaints may be directed to the Ethics Secretariat University of New South Wales SYDNEY 2052 AUSTRALI
42. 0 027 0 01F Eq 3 20 Harmbal 0 368 0 37 tuyau long aw 0 08 0 07F 0 06F 0 05 a 0 04 0 03F 0 02F 0 01F Eq 3 20 Harmbal 0 74 0 376 0 378 Y tuyau court aw 0 38 0 382 0 08 0 07F 0 06F 0 05f a 0 04 0 03 0 02 0 01F Eq 3 20 Harmbal 0 364 0 366 0 364 0 366 0 368 0 37 Fic 3 5 Variation de l amplitude du premier harmonique r el en fonction de la pression dans la bouche comparaison entre l quation 3 20 et Harmbal 31 harmoniques 58 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE ba tuyau long ee tuyau long aw 0 07 X Eq 3 24 e x Eq 3 24 X Eq 3 24 a Xy Eq 3 25 0 06 XE 5 yat 0 06 Xp Harmbal X Eq 3 25 oe wu Ko Harmbal 0 051 X Harmbal 0 04 Xg Harmbal ae lt 0 04 x lt dez 0 03f 0 02 0 027 0 01f 03374 0 376 0 378 0 38 0 382 0374 0 376 0 378 0 38 0 382 Y Y tuyau court ee tuyau court aw 0 2 Xo Eq 3 24 Xo Eq 3 24 Xe Eq 3 25 a X Ea 3 25 0 197 Xp Harmbal Xa Harmbal X Harmbal a von Xq Harmbal gt 0 1 gent 0 05 0 364 0 366 0 368 0 37 0 364 0 366 0 368 0 37 Y Y Fic 3 6 Variation des rapports X2 et X3 en fonction de la pression dans la bouche comparaison entre l quation 3
43. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 3 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e E 2 Catherine McCorkill Catherine McCorkill est renomm e dans le monde australien de la musique de chambre Elle est en effet clarinette solo dans l Australian Chamber Orchestra et membre de l Australia Ensemble deux formations australiennes r put es et participe de ce fait de nombreux festivals de musique de chambre Elle se produit par ailleurs en soliste avec la plupart des orchestres symphoniques australiens E 3 MARGERY SMITH 150 140 20log Z dB 110 1 00 500 Fic E 4 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres 150 140 130 120 20log Z dB 110 100 500 Fic E 5 Imp dance module et argument d obtenir ou un beau son ou au contraire 150 1000 1000 1500 fr quence Hz 2000 2500 nice G5 bad G5 fr quence Hz 3000 1500 2000 2500 3000 phase Z rad 165 1000 1500 fr quence Hz 2000 2500 3000 du G3 au G6 nice G5 bad G5 0 500 1000 fr quence Hz 1500 2000 2500 3000 du CV pour deux configurations permettant un mauvais son viter note G5 140 B 20log 1
44. 046 048 05 036 0 38 0 4 042 044 046 048 05 Y Y Fic 3 15 Module de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite Ces figures montrent une diff rence frappante entre les deux configurations ee et aw Alors que pour cette derni re les courbes sont dans l ensemble tr s similaires pour les diff rents tuyaux et ne diff rent que peu du cas sans CV elles ont en revanche pour le ee des allures tr s diff rentes et peuvent s carter notablement du cas sans CV Au vu de ces figures il appara t donc impossible de pr dire a priori des effets par la seule connaissance des courbes d imp dance lorsque l imp dance du CV devient importante puisque l on ne retrouve pas ce quoi on s attendait pour le ee Ainsi par exemple le cinqui me harmonique du tuyau long n est non pas renforc mais fortement diminu 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 20log Z dB 20log Z dB tuyau long 1000 0 1500 fr quence Hz tuyau moyen 160 ss CV aw 150 140 130 120 o 100 90 500 1000 1500 fr quence Hz tuyau court 160f ss CV 150 gy 140 130 120 e o T 100 500 1000 fr quence Hz LA 9 pt WI y t vi u y 1500 2000 tuyau long 65
45. 2 kPa et celle du C5 passe au dessus de cette m me r f rence En revanche la redescente la configuration ee ne permet pas de revenir C4 contrairement au aw et c est la douzi me de C4 soit G5 qui s installe Transition C4 C5 C4 avec la configuration aw Transition C4 C5 C4 avec la configuration ee C4 f 238 2 Hz T C4 f 238 4 Hz C4 f 238 5 Hz 12e du C4 f 701 2 Hz C5 f 470 8 Hz 0 6 C5 f 470 5 Hz temps s temps s FIG 4 28 Liaison C4 C5 C4 pour les deux configurations aw et ee obtenue avec la bouche artificielle une pression de 2 02 kPa Cet effet se retrouve sur un certain nombre de liaisons de ce type Ainsi dans le cas d un intervalle de sixte galement difficile r aliser par exemple C5 A5 la figure 4 29 nous montre que la configuration ee permet d courter le transitoire multiphonique 0 19 s contre 0 44 s pour aw De plus la redescente non repr sent e ici le ee permet cette fois d mettre la note sa bonne fr quence mais le transitoire est plus long que pour le aw 0 3 s contre 0 05 s Ceci est en accord avec les dires d une grande partie des clarinettistes qui vont adopter dans l ensemble une configuration en i pour la mont e et au contraire une configuration en pour la descente pour la majorit des liaisons de ce type Ainsi les mesures d imp dance r alis es sur les musiciens australien
46. 207 C 1 Schematic view not to scale of the clarinet mouthpiece with physical quantities 133 C 2 P versus y for different values of N for 0 4 y 0 02 calculated using the HBM The curves are cut at the beating threshold 139 C 3 One period of the oscillation of the volume flow for y 0 494 for various Np CS 047 S002 ee eee oe A eke eka le ow ie Ra 140 C 4 Comparison of the first harmonic between the VTM cubic eq C 18 and the HBM using the cubic and exact versions of the nonlinear equation N 9 E ES ames Gio Riek eee Een 140 C 5 Top P versus y for different values of 7 0 4 and N 9 Bottom P versus y for different values of n 0 02 and Ny Des es Vs sas eS 141 C 6 Register of the fundamental tone of the clarinet and the register of the twelfth CE G00 A 142 C 7 Playing frequency using the HBM for different N for fo 100 Hz and dispersion 0 4 7 0 02 The line f fo given by eq 20 indicates the fundamental OE BES Pipes cow og E E BAS Oe A ee te FA el ao 142 C 8 Spectrum with and without dispersion HBM N 25 0 4 y 0 02 Top modulus Bottom phase Pi real Laa y din ete Gees ane es Gey e 4 143 C 9 Variation of the playing frequency with the mouth pressure when the mass and damping of the reed are taken into account comparison between HBM and approximation C 21 for fp 100 Hz N 9 0 4 n 0 02 144 C 10 Modulus of the harmonics fo
47. 25 pour X3 et l quation 3 23 coupl e avec les quations 3 25 et 3 20 et Harmbal 31 harmoniques Il est int ressant de constater que le CV ee a des influences contraires sur la fr quence des tuyaux long et court Ceci est d la place de l harmonique 2 pour chacun de ces tuyaux par rapport aux r sonances du CV Ainsi la figure 3 7 nous montre qu effectivement l harmonique 2 du tuyau court se situe dans une r gion o la partie imaginaire de l admittance du CV est n gative alors que celui du tuyau long se situe dans une r gion o elle est positive En connaissant la fr quence du tuyau sans CV on peut ainsi d terminer si le deuxi me harmonique correspond une fr quence o la partie imaginaire de l admittance est positive ou n gative et inversement et par cons quent en d duire le sens de variation de la fr quence de jeu pr s du seuil Ainsi pour le tuyau moyen de fondamentale 240 Hz le deuxi me harmonique se situe vers 480 Hz et donc correspond une partie positive de l imp dance du CV De ce fait nous pouvons pr dire pour ce tuyau moyen une variation n gative de la fr quence de jeu lorsque la pression dans la bouche augmente Par ailleurs il faut noter les ordres de grandeur de la variation de fr quence Elle s av re en fait imperceptible pour l oreille humaine dans cette plage de pression buccale puisque la plus petite diff rence perceptible est d environ 4 cents Par cons quent
48. 41 0 42 0 43 0 44 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 4 0 41 0 42 0 43 0 44 Y Y Figure C 12 The harmonics for models A and B for f 700 Hz Top modulus Bottom phase P chosen real approximation TR HBM 0 998 0 994 0 992 ff gl 1 1 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 4 0 41 0 42 0 43 0 44 Y Figure C 13 Variation of the frequency with the mouth pressure when the mass and damping of the reed are taken into account in the case of f 700 Hz Comparison to the approxima tion C 21 a prori only valid if f is far from f or turn to the square wave solution This can happen when we change the number of harmonics N or when for instance y is changed and the evolution may depend on the way the change is made For example the two following solutions are considered the first one is the square solution and will be called solution A in the following The other ones called solutions B and C are nonsquare and have the shapes as shown in Figure C 14 The first resonance of the pipe is 100 Hz so the reed may be considered as a simple spring But dispersion is taken into account In Figures C 15 and C 16 the different components of the pressure are represented as a function of y for these solutions They were obtained by decreasing y We can observe a jump for solutions B and C However if y is increased from the threshold only the square solution is obtained The variation of the playing frequency versus y ca
49. A AS e A eS 85 D termination de la pression de placage pour les trois embouchures en haut celle de l tude des cylindres au milieu celle de l tude de la clarinette du G3 au G5 et celle du A5 au C6 en bas 87 TABLE DES FIGURES 205 4 6 4 7 4 8 4 9 4 10 4 11 4 12 4 13 4 14 4 15 4 16 4 17 4 18 4 19 Courbes exp rimentales us f AP pour le conduit vocal artificiel en r gime statiques Ra nds ere Re hen Gn Se ore Th ete CE a A os 88 Evolution de la fr quence de jeu mesur e exp rimentalement entre le seuil d oscillation et le seuil d extinction pour les trois tuyaux long moyen et court suivant les deux configurations de CV ee et aw 90 Mise en vidence d un multiphonique pour le tuyau long avec la configuration ee au voisinage de Pmo 2kPa La fr quence de la note fondamentale se lit sur l axe vertical gauche et celle du deuxi me son une douzi me diminu e sur laxe VER ICALI ab aa Se A date in Re de S a 91 Evolution de la fr quence de jeu th orique entre le seuil d oscillation et le seuil de battement pour les trois tuyaux long moyen et court suivant les deux configurations de CV ee et aw L chelle qui peut para tre trange a t choisie identique celle de la figure 4 7 91 Evolution du premier harmonique mesur dans le barillet en fonction de Pyro p
50. AS APY Go ee a ae e le eas ag de a M thode deux microphones 7 258 4 see Sand oat e Oa ek Fr quence d oscillation en fonction de la fr quence de r sonance du conduit vocal pour un rapport d amplitude de 0 7 a gauche et 0 5 a droite Les lignes pointill es horizontales correspondent au fondamental et au troisieme harmonique de la clarinette la ligne diagonale correspond la r sonance du conduit vocal figure extraitesde 54 glee da ia Sagi Sake tus de de hI it headers Le bec anche et table 21 4 4 2 eek aora QU A Eh a dota LA Spectrom tre d imp dance de PUNSW L att nuateur d un diam tre ext rieur de 7 8 mm Dans un souci de lisibilit les fils de diam tre 120 microns n ont pas t repr sent s sur la vue de profil et les proportions n ont pas t enti rement respect es Deux angles de positionnement de l att nuateur dans le bec en haut l angle id al pour ne pas d ranger le clarinettiste en bas l angle compromis finalement RTS Et RE A ee he NN Position du microphone et de l att nuateur dans la t te de mesure Introduction d une fuite 4 4 4 L b e desmesure vo be eh A LA SIL A A A tient Principe de la calibration 2 Ok e a rd to ele E Pi ce pour r aliser de mani re fiable la calibration Dispositif completas de Sis or aa os SRE GE a aT Exp rience r alis e
51. Bp Cp C 15 where 3 1 uo C 1 y y7 E ae ape C 16 83 2 16y5 2 The internal pressure p t is then written as a Fourier series with harmonics P like in the HBM and assumed to contain only odd harmonics 1 3 5 with P real In brief the volume flow u t is decomposed into a symmetric part us uoo Bp and an antisymmetric one ug Ap Cp and ua is truncated to the Nth harmonic and combined with equation C 6 This gives a system of N 1 nonlinear complex equations and equally many unknowns including the playing frequency f as for the HBM However as shown by Kergomard et al 59 the result when truncating the nth equation to the order n is not bad even for a square signal The VTM thus takes advantage of the fact that higher harmonics have a weak influence on the lower ones Close to the threshold the signal is almost sinusoidal 43 so it is sufficient to truncate the Fourier series to the first harmonic in which case the VTM reduces to a classical first harmonic method Equation C 15 thus becomes U AP 3C P C 17 and by applying the admittance Y 1 Z equation C 6 becomes U YP for the first harmonic thus Y 3C P C 18 138 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE In contrast to the HBM the first harmonic calculated with the VTM depends only on the degree of expansion not the number of harmonics Thus in the following studies we will only
52. E5 Peter J nkins Ds D UE A Het di eh 167 F Compl ment exp rimental 169 F 1 Le banc de mesure d imp dance de UNSW 169 F2 La bouche artificielle de PIRCAM 224 4 ponts decay Jade 170 G Au sujet de la clarinette 173 Gl Glossaire sh A EA A A eg a 173 G 2 Le clarinettiste Pierre Andr Taillard G 3 Techniques de son allemande et fran aise G4 Lesysteme Claripateh lis a de NA A A Sa a MR TE ns H Cons quences p dagogiques de l tude I Valorisation des comp tences un nouveau chapitre de la th se I 1 Cadre g n ral et enjeux du projet uen ov dans des Sa Se Ba ta Mod 1 2 D roulement gestion et co t du projet 1 3 Comp tences savoir faire qualit s professionnelles et personnelles I 4 R sultats impact de la th se Lie ts CE 2 oe eos Ee Seok See eh eee Bibliographie Table des figures Table des mati res 179 185 185 187 191 192 199 209 215 Introduction Ce document pr sente un travail de trois ann es r alis dans trois quipes l quipe Acous tique Instrumentale de PIRCAM Paris sous la direction de Ren Causs l quipe Musical Acoustics de la School of Physics de 1 UNSW Sydney sous la direction de Joe Wolfe et l quipe Mod lisation Synth se et Contr le des Signaux Sonores et Musicaux au LMA Marseille sous la direction de Jean Kergomard La collaboration entre ces
53. Ea 3 ns 3 ben Q 3 8 1150 ad E o 2 o S g f o 0 2 1130 o 6 lo o om 01340 p o aw buzz i i 1110 E 2 22 24 2 2 2 3 Pm Ra e 3 3 C6 aw zoom sur le fondamental 440 25 r r r N N 4202 20 o O N 2 4008 E 15 Q O 3 TD o 8 3808 201 3 2 3 5 36003 D gt 5 5r 340 e 2 5 2 23 0 2 25 3 3 5 Pm kPa P kPa j B5 aw B5 ee 1400 T r 420 N 1300 I 400 D ip E 1200 N 5 2 3 380 m 5 3 1100 3 5 g 360 8 3 1000 S 5 2 5 at 340 5 299 Ce buzz 800 20 809 A gt E E a 2 2 5 3 38 l o kPa i Pm kPa Fic 4 19 Fr quences de jeu pour les notes A5 B5 C6 et E6 obtenues avec embouchure clar aigu Maintenant que les explications pour la compr hension des figures ont t donn es discutons un peu plus les r sultats obtenus pour les deux embouchures En ce qui concerne l embouchure clar grave la configuration ee am liore nettement V mission de la note A5 le seuil d oscillation est abaiss et le seuil d extinction repouss ce qui augmente consid rablement la plage de jeu De plus il ne donne pas lieu des sons multiphoniques comme la configuration aw A l inverse il ne permet pas d obtenir la note 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 105 C6 contrairement au aw qui la produit pure pour des pressions tr s faible
54. If yes for what purpose Is there any special configuration for any special purpose Think about the normal position of your tongue in playing Does it touch the lower lip The lower teeth About how far in mm do you estimate that your tongue is from the lip or teeth Could you sketch some configurations roughly to show us what you mean 3 and 4 Mime or play the following note embouchure combinations musical notations of each will be provided 1 2 3 4 5 6 7 8 low G G3 using your normal embouchure for that note throat G G4 using your normal embouchure for that note middle G three fingers G5 using your normal embouchure for that note altissimo G G6 using your normal embouchure for that note finger a high C C6 but use the embouchure alone to bend it down to G if possible Imagine that you are asked to slur no articulation at all from D on the 4 line D5 to low G G3 Think of the embouchure that you would use to cause the clarinet to jump down to the low register We now want you to hold that embouchure the one that makes it jump not the embouchure you d use once the G3 sounds for several seconds while we measure it The note for which you have the tightest embouchure Any suggestions from you Fic D 2 Questionnaire 160 ANNEXE D SONDAGE DE CLARINETTISTES R sultats Except un amateur tous les musiciens interrog s consid rent que le conduit vocal a une in fluence tr s import
55. Il lui a fallu en gros une minute pour pouvoir le produire la seule demande souffle plus fort sans rien changer a suff une fois le son guide tabli J ai tent la m me exp rience avec le A6 et elle a pu le r aliser avec facilit Cela repr sente donc pour l l ve un gain de temps norme temps que l on peut investir alors dans le domaine artistique Avec les tudiants professionnels j ai essay de produire tous les harmoniques du 8 au 3 y compris les harmoniques pairs Apr s avoir d montr le son guide produire ils y sont sans peine parvenus J ai renouvel l exp rience avec diff rentes qualit s expressives de sonorit celles ci peuvent se r v ler fort d licates r aliser sur commande D autres difficult s comme les multiphoniques le glissando ou les attaques pianissimo dans le suraigu ont t galement pass es au crible Le succ s de la m thode s est confirm Les explications donner aux l ves sont tr s succinctes objectives et facilement m moris es contrairement celles que l on entend habituellement en cours de cla rinette Suite ces r flexions ainsi qu aux conclusions sur l importance de l a rodynamique du jet r sultant de l tude du chapitre 4 il a r alis plusieurs exp rimentations sur son propre CV qui en sus de toutes ses observations p dagogiques l ont conduit aux conclusions synth tis es 179 180 ANNEXE H CONS QUENCES P DAGOGIQUES DE L TUDE
56. OFRIR core A SCIENCE A PARIS TH SE de DOCTORAT de PUNIVERSIT PARIS 6 et de the UNIVERSITY of NEW SOUTH WALES Sp cialit Acoustique Traitement du Signal et Informatique Appliqu s la Musique La clarinette et le clarinettiste Influence du conduit vocal sur la production du son Pr sent e par Claudia Fritz pour obtenir le double titre de DOCTEUR DE L UNIVERSIT PARIS 6 et de DOCTOR OF PHILOSOPHY OF THE UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES Soutenue le 15 D cembre 2004 devant le jury compos de M Ren CAUSSE Directeur de th se IRCAM Paris M Jean Pierre DALMONT Rapporteur LAUM Le Mans M Beno t FABRE Examinateur LAM Paris M Avraham HIRSCHBERG Rapporteur Universit d Eindhoven M Jean KERGOMARD Directeur de th se LMA Marseille M Xavier PELORSON Examinateur ICP Grenoble M Joe WOLFE Directeur de these UNSW Sydney mes parents et mon Papy Pierre Andr Taillard Le son chaud de la clarinette la fois rude et velout clatant dans l aigu sombre mais riche dans les notes graves du cha lumeau appelle l id e du brun rouge du rouge Van Dyck du grenat A Lavignac Remerciements Puisque j ai r alis ma these dans trois laboratoires et que j ai eu de nombreux contacts en France comme l tranger tant sur le plan scientifique que sur le plan musical la liste des personnes remercier est remarquablement longue J esp re sinc rement n ou
57. Vocal tract area functions from magnetic resonance imaging J Acoust Soc Am 100 1 1996 S Thompson The effect of the reed resonance on woodwind tone production J Acoust Soc Am 66 5 1299 1307 1979 C Vergez Trompette et trompettiste un syst me dynamique non lin aire analyser mod liser et simuler dans un contexte musical Th se de Doctorat Universit Pierre et Marie Curie Paris 2000 C Vilain X Pelorson A Hirschberg L Le Marrec W Opt Root et J Willems Contribu tion to the physical modeling of the lips influence of the mechanical boundary conditions Acustica acta acustica 2003 T Wilson The measured upstream impedance for clarinet performance and its role in sound production Th se de Doctorat University of Washington 1996 T Wilson et G Beavers Operating modes of the clarinet J Acoust Soc Am 56 2 653 658 1974 J Wolfe Clarinet acoustics http www phys unsw edu au music clarinet W Worman Self sustained nonlinear oscillations of medium amplitude in clarinet like systems These de Doctorat Case Western Reserve University 1971 Table des figures 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 11 Clarinette et Clarinettiste d apr s Benade 11 M thode directe sanies i E m ak e A e ts M thode du haut parleur cloisonn M thode du capillaire dyn A
58. amp 120 D 120 gt 5 gt 110 N N 110 R 0 L 430 R 0 L 430 R 1 5e6 L 430 100 R 1 5e6 L 430 10001 R 0 L 110 0 1000 2000 3000 995 1000 2000 3000 4000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 2 28 Influence de l inertance et de la r sistance au niveau de la glotte sur le module de Vimp dance du CV 2 7 Conclusion Le dispositif de mesure d imp dance du conduit respiratoire des musiciens en quasi situation de jeu nous a donc permis d une part de v rifier que le niveau de l imp dance n est pas tou jours n gligeable devant celui de la clarinette en particulier dans des configurations type i et d autre part d observer que cette imp dance varie suivant les musiciens et les notes jouer Ainsi il est important de relever que bien que les musiciens soient unanimes sur l importance du conduit vocal ils le sont beaucoup moins quant aux configurations qu ils peuvent utiliser D autre part la configuration utilis e par chaque musicien semble peu pr s constante sur l en semble du registre pour la plupart des musiciens mais elle peut varier de mani re extr me pour des transitions difficiles ou bien des effets un peu sp ciaux Il est malheureusement dommage que la mesure ne puisse se faire en temps r el afin de d terminer comment le musicien change sa configuration au cours du temps lors d une transition ou d un passage d licats Il s est en effet av r difficile pour les musiciens
59. barillet manom tre donnant la pression statique dans la bouche y sqonoq ET ay Wp AULIAVHO 08 7 y TY HIVLNANITTAdXA HUNT ATIAIOMILHV HAHONOA ANN d HAIV 4 2 LA BOUCHE ARTIFICIELLE 81 4 2 1 Description g n rale Le dispositif exp rimental complet est repr sent la figure 4 1 Ce dispositif a t mis au point partir des bouches artificielles d j existantes dans d autres laboratoires partir de celle con ue par Christophe Vergez l Ircam pour l tude de la trom pette et partir de mon exp rience acquise en montant un prototype Sydney qui consistait en la premi re bouche avec conduit vocal artificiel pour un instrument anche Sans oublier l extraordinaire ing niosit du technicien qui l a r alis e Alain Terrier 4 2 2 Les l vres Les l vres sont des tubes de latex remplis d eau dont la pression et par cons quent leur volume peuvent tre modul s gr ce une colonne d eau de l ordre de un m tre En situation de jeu le niveau de la colonne s l ve de 1mm lorsque la pression dans la bouche augmente de 8 kPa et aucune variation de g om trie des l vres n est d tectable l oeil Nous pouvons donc consid rer que la force appliqu e par la l vre sur l anche reste constante au cours du jeu D autre part ces l vres peuvent tre tir es ce que l on n utilise pas pour la clarinette mais qui sera tr s important pour l tude des cuivres et un vileb
60. bouche artificio ip AL e be ta a AA RAS pe att 4 2 1 Description g n rale 2 ie 5 15 ir La a e GE Sa ts 4 D2 ALES AIO A A A ren 4 2 3 Le conduit respiratoire e aoe e AA Se ere ES 4 4 2 4 Contr le de Pembouchure Laa ee EN ag a we a Bw we we 4 2 5 Contr le de la pression TABLE DES MATIERES 4 2 6 4 2 7 4 2 8 R duction des fuites TESCO UES ten a a ARR is ls De ld e 2s i L inistrument d tude 24 5 422 4 See Se eS eee hee ee ee Ss 4 3 D termination des param tres 4 4 Mesure de la r sistance glottique 4 5 Etude sur des tuyaux cylindriques 4 48 0208 4 Get oe Seek Oe Feo QUE Shes 4 5 1 4 5 2 4 5 3 Etude de la fr quence de jeu yaa a aa a Etude du spectre dans le barillet Etude du spectre dans la bouche ses im id s 4 6 Etude sur une vraie clarinette a a a a a a a a a a a a 4 6 1 4 6 2 4 6 3 Etude de notes particuli res de laa ib a Autres tudes 4 2 tuna A eee id Comparaison avec des mesures ant rieures AMC ONCIUSIONLE 225 DA oe Mare PDU AE DAS ANR Be es a res Conclusion Annexes A Liste des symboles B Tableau r capitulatif des imp dances utilis es C Harmbal et l quilibrage harmonique C 1 Harmbal et la clarinette 4 1 C 1 1 C 1 2 C 1 3 C 1 4 C 1 5 C 1 6 C 1 7 C 1 8
61. cavit buccale sur l auto oscillation des valves et en particulier leurs stabilit c est l introduction 8 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES d un simple volume en amont de l harmonica qui permet de mettre en vidence des termes rendant possible l instabilit des anches amont ouvrantes Des mod les complets Johnston 52 Bahnson 9 et Millot dans sa th se de doctorat 66 de harmonica diatonique ont t ainsi cr s pour expliquer l importance des variations de configuration buccale dans l obtention de certains modes importance visualis e par radiographie par Levy 61 Le didgeridoo est un autre instrument vent o l influence du conduit vocal ne laisse place aucune controverse en raison de la multitude de sons jou s par rapport la facture tr s simple de l instrument qui peut se r sumer grossi rement un tube plus ou moins cylindrique de diam tre assez variable Une tude de Fletcher et coll 33 met en relation la forme du conduit vocal r alis e par IRM le spectre d imp dance de ce conduit et le spectre du son r sultant pour deux sons bien distincts le premier simple sans inflexion correspond un conduit vocal assez uniforme dont le module d imp dance ne pr sente pas de pics nets le second au caract re nasal prononc correspond un conduit vocal r duit au niveau de la bouche constriction palatale ce qui induit trois pics marqu s dans le spectre d imp dance Ces pics ne se retrouv
62. certainement tres tonnante au clarinettiste g n ralement habitu voir ces note baisser quand il souffle plus fort Cependant en technique de jeu allemande cf annexe G section G 3 cette volution de la fr quence qui baisse puis remonte fortement lorsque Po augmente est galement observ e Or dans cette technique l influence de la pression des l vres est n gligeable de sorte que le musicien est quasiment s r de ne pas la faire varier lorsqu il change de configuration de conduit vocal ou bien lorsqu il augmente la pression ce qui permet ainsi une comparaison directe avec la bouche artificielle En revanche en technique de jeu fran aise le maintien d une tension musculaire constante provoque une diminution de la pression exerc e par la l vre sur l anche au fur et mesure de l augmentation de pression d air dans la bouche Elle cause en effet une dilatation des joues tendant ouvrir les l vres ce qui provoque une baisse de fr quence par augmentation de la longueur libre de l anche et rend la pression n cessaire pour arriver au seuil d extinction inhumaine soutenir Ces deux effets expliquent qu un musicien avec la technique fran aise n explorera que la partie de la courbe o la fr quence baisse Ceci nous a t illustr par Pierre Andr Taillard qui contrairement beaucoup de clari nettistes utilise le r gime pr s du seuil d extinction en particulier pour obtenir un pianissimo vitant d une
63. courant acoustique quasi id ale La calibration est d taill e la partie 2 2 4 mais il est n cessaire pour la suite de savoir qu elle est r alis e sur un tuyau cylindrique de diam tre 7 8 mm L att nuateur ainsi que la t te de mesure proprement dite un cylindre de m me diam tre que le tuyau de calibration soit 7 8 mm dans lequel est ins r l att nuateur ont t conserv s car leur section correspond approximativement la surface effective de l anche dans la bouche L att nuateur comprend un c ne tronqu qui commence en partant de la source par un adap tateur en pavillon exponentiel plac l int rieur d une pi ce conique galement de m me axe d angle tr s faible Les deux surfaces coniques sont s par es par quatre bouts de fil m tallique tr s fin diam tre de 120 microns et bien rectilignes dispos s comme sur la figure 2 2 fils m talliques FIG 2 2 L att nuateur d un diam tre ext rieur de 7 8 mm Dans un souci de lisibilit les fils de diam tre 120 microns n ont pas t repr sent s sur la vue de profil et les proportions n ont pas t enti rement respect es Un des probl mes majeurs a r sid dans l insertion de cette t te de mesure dans le bec de clarinette 2 2 2 Insertion de la t te de mesure dans le bec L att nuateur Comme nous recherchons des situations de forte imp dance comparable celle de la clari nette il est n cessaire
64. d onde surtout assez haute fr quence En revanche la fr quence n en sera pas affect e L talonnage des capteurs est d crit dans l annexe F Ceci remet d ailleurs en cause au moins partiellement les mod les ne prenant en compte que la seule partie de l anche l int rieur de la bouche en amont des l vres 84 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 4 2 8 L instrument d tude Le bec est un bec Vandoren B45 muni d une anche plastifi e Plasticover de la marque Rico de raideur 3 Ces anches ne sont pas adapt es pour la musique classique elles sont tr s souples produisent des sons tonitruants et ne permettent pas facilement de jouer l aigu Lorsque le clarinettiste Pierre Andr Taillard est venu r gler la bouche artificielle en particulier la position de la l vre sur l anche et l inclinaison de la clarinette il a commenc par am liorer l anche gr ce au syst me Claripatch annexe G 4 dont il est l inventeur et qui consiste en de fines languettes plac es sous l anche pour modifier la courbure de table et donc le comportement de l anche Dans notre cas il a utilis un patch standard N ainsi qu un prototype Y qu il a d velopp expr s pour l anche Rico La modification de la table engendr e par ces deux patchs est donn e dans l annexe G 4 Ceci a permis d obtenir au final une anche correcte tout en la gardant plastifi e Le r sultat fut im
65. d observer une diff rence de fr quence de jeu entre le aw et la cas sans CV La figure 3 24 montre un d placement du premier creux d imp dance par la configuration aw ceci se voit aussi bien sur l amplitude que sur la phase beaucoup plus important pour les notes G3 et C4 que pour la note G4 ce qui explique tr s bien les effets observ s la figure 3 21 la fr quence de jeu pour la configuration aw est voisine de celle sans CV pour le G4 mais s en loigne plus pour les notes G3 et C4 Une valuation quantitative de la diff rence de fr quence n est en revanche pas possible autrement que par la r solution num rique des quations 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 73 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence ssCV ay ee 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence 100 J f i i i fi 2 i i i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence FIG 3 24 Imp dance module gauche et argument droite du syst me total pour les trois notes G3 C4 et G4 dans plusieurs configurations de CV sans ee et aw Le spectre En ce qui concerne le spectre nous nous restreignons ici a l tude de deux notes afin de ne pas encombrer davantage le texte avec une m
66. de tenir sur quelques secondes une configuration qu ils n utilisent habituellement que pendant une fraction de seconde lors d une transition Les simulations num riques nous ont surtout servi retrouver la forme du conduit vocal partir de la mesure d imp dance dans le but de d terminer deux configurations tr s diff rentes l une correspondant une imp dance globalement faible l autre pr sentant un pic d imp dance extr mement marqu pour le conduit artificiel qui sera utilis dans le dispositif exp rimental du chapitre 4 Il faut cependant garder en m moire les deux limitations principales D une part ces simulations ont t r alis es avec un mod le unidimensionnel et ne sont donc valables qu en dessous de 4000 Hz fr quence au del de laquelle il est indispensable de tenir compte des autres modes de propagation D autre part le passage de l imp dance la g om trie n est pas forc ment unique et n a pas toujours donn des r sultats vraisemblables Chapitre 3 Etude th orique 3 1 Introduction Apr s une pr sentation de la modification par la prise en compte du conduit vocal du musicien des quations de la clarinette de la partie 1 2 nous exposons une approche analytique pour d terminer l influence du CV et plus particuli rement l influence de la partie imaginaire de l imp dance du CV au niveau du deuxi me harmonique sur la fr quence de jeu Cette tude analytique mettant en vide
67. de x2 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle el memeld scidel 3 x6 re ey te Seow a mana das net et 66 Phase en radians de x3 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 67 Phase en radians de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 67 Phase en radians de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 67 Fr quence de jeu en fonction de y calcul e par Harmbal pour les notes G3 C4 G4 dans trois cas sans CV et les deux configurations ee et aw 69 Fr quence de jeu en fonction de y calcul e par Harmbal pour les notes A5 B5 et C6 dans trois cas sans CV et les deux configurations ee et aw 70 Imp dance module gauche et argument droite du syst me total pour les trois notes A5 B5 et C6 dans plusieurs configurations de CV sans ee et aw Attention le pic d imp dance sur lequel aura lieu l oscillation n est pas le premier comme dans le registre grave mais le deuxi me l amplitude du premier pic tant r duite par louverture de la cl de registre 71
68. douzi me en dessous en raison de l ouverture du trou de registre environ une dixi me soit une note sup rieure comme le F 6 G6 dans le cas du B5 Nous avons alors choisi de pr senter les r sultats sous deux formes d un c t la diff rence en cents entre la fr quence de la note jou e sans tenir compte du multiphonique et la fr quence de r f rence pour une valuation ais e de la perceptibilit des effets et de l autre c t une repr sentation directe des fr quences en Hz avec la fr quence de jeu de la note en question sur l axe vertical gauche et la fr quence de l autre son du multiphonique sur l axe vertical droit la s paration des axes permet de mieux voir l volution des fr quences en fonction de la pression statique dans la bouche Un multiphonique est caract ris par deux fr quences pour une pression donn e par cons quent sur une m me verticale Le summum du compliqu est atteint pour la note B5 avec la configuration aw o l apparition d un multiphonique la pression 2 1 kPa est suivie d une oscillation sur cette deuxi me note jusqu 3 2 kPa puis d un rebasculement sur B5 jusqu 104 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Vextinction le tout pr sentant un fort hyst r sis lorsque l on rediminue la pression A5 ee E6 12 y r T 1210 r T r T T T r 1420 10 2 1190 400 a gt er x Q o mi N de 3 1170 E i 2
69. elle de montrer que dans la bouche les harmoniques pairs sont loin d tre n gligeables et peuvent m me tre pr pond rants L harmonique 4 peut tre ainsi jusqu cinq fois sup rieur harmonique 3 pour le tuyau long L influence du conduit vocal sur le spectre dans la bouche s explique donc ais ment par tir de sa seule imp dance Lorsqu un harmonique se trouve dans une zone de fr quence o l imp dance est importante son amplitude augmente notablement Cependant ceci ne permet en rien de pr dire de tels effets dans le spectre dans la clarinette Ainsi si nous comparons les fi gures 4 11 4 12 et 4 13 avec les figures 4 14 et 4 15 nous ne pouvons trouver aucune corr lation entre le renforcement de tel ou tel harmonique dans le spectre de la clarinette par rapport celui de la bouche Le cas de harmonique 3 du tuyau moyen en est un exemple flagrant alors que dans la bouche il est une dizaine de fois sup rieur pour la configuration ee que pour la configuration aw il est l g rement inf rieur dans le barillet pour le ee par rapport au 98 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE tuyau long tuyau long e00 0 95 9 0 0 9 06 9 9 25 4 45 5 55 2 25 3 35 as 5 55 P kPa P o kPa 2 25 3 Fic 4 15 Evolution des rapports harmonique 3 harmonique 1 et harmonique 4 harmo nique 1 dans la bouche pour le tuyau long en
70. es ci dessus la simu lation du circuit lectrique complet et les approximations simplificatrices de ce circuit dont le musicien peut essentiellement par ajustement de la constriction palatale modifier l imp dance puisqu il est maintenant possible de relier les pics et creux d imp dance aux pa ram tres g om triques de la configuration du CV 2 5 Conduit vocal artificiel Pour le conduit vocal artificiel qui nous permettra l tude exp rimentale du chapitre 4 nous avons choisi les deux fonctions d aire d crites pr c demment d une part elles correspondent deux voyelles souvent cit es par les musiciens et d autre part elles permettent d avoir deux cas d imp dance tr s diff rentes Ainsi l imp dance pour le ee sera au niveau du maximum du m me ordre de grandeur que celle de la clarinette alors que celle du aw sera bien inf rieure Cependant pour reproduire ces fonctions d aires sur un conduit vocal artificiel en altuglas cf 4 2 3 la discr tisation fine du conduit vocal tous les 3 968 mm ainsi que le continuum des aires auraient impliqu un travail de titan pour r aliser tous les disques n cessaires Nous avons donc d cid d augmenter le pas de discr tisation 5 mm et de discretiser les aires Nous avons choisie une longueur de conduit vocal de 17 cm Le tableau 2 5 donne les aires choisies pour chaque segment pour les deux configurations aw et ee de la glotte la bouche
71. fonction de Pino aw Nous retrouvons par cons quent les r sultats de Benade 11 quant au d couplement im portant des deux r sonateurs clarinette et conduit vocal par l anche de sorte que concluait il un changement de l un n affecte principalement que la pression du c t de celui ci Cependant quelques restrictions et pr cisions doivent tre apport es suite notre tude Ceci n est en fait vrai qu en ce qui concerne la modification du CV car elle n entra ne qu une faible variation de fr quence de jeu Au contraire la modification de l imp dance de la clarinette d un doigt l autre va faire varier la fr quence de jeu de mani re importante et donc pour une imp dance de CV donn e les harmoniques vont tomber des endroits diff rents de cette imp dance de sorte qu ils seront plus ou moins pr sents Le spectre dans la bouche sera donc grandement modifi et il est d ailleurs assez saisissant de voir varier sur l oscilloscope la forme d onde dans la bouche par opposition la forme d onde dans le barillet qui reste stable lorsqu on fait une gamme dans le grave ce que nous verrons dans l tude sur une vraie clarinette aux figures 4 20 4 22 De plus il faut pr ciser la conclusion de Benade une augmentation de l harmonique 3 dans la bouche n implique effectivement pas forc ment une augmentation de l harmonique 3 dans la clarinette Mais ceci ne signifie pas qu il n est pas possible de
72. grande importance la posture en particulier au maintien du cou et de la t te Je pense que cela vise stabiliser le larynx en position basse tout en augmentant au maximum la distance entre la glotte et le palais mou arrondi comme dans un d but de b illement pour faciliter la d flexion du jet Le m canisme du soutien bien connu de tous les musiciens vent peut mon avis se dissocier en trois principes distincts la r sonance basse fr quence que nous venons d voquer le role de d tendeur de la glotte pour faciliter le maintien d une pression dans la bouche plus ou moins constante ainsi que le contr le de la vitesse et de la forme du jet expuls par la glotte La glotte constitue en quelque sorte une buse souple dont la forme d termine celle du jet qu il produit Lors d un changement de registre on observe un mouvement du cartilage thyro de mon avis caus par une rotation des cartilages aryt no des pour passer de la configuration en triangle du chuchotement une glotte mince et tir e une action du muscle crico thyro dien n est pas exclue D autre part le jet est susceptible de modifier r troactivement la forme de la buse souple autor gulation Ouvrons une parenth se pour essayer d imaginer les modalit s de la circulation de l air dans le conduit vocal Partons d une situation statique o on place une anche coup e d un bon centim tre apr s avoir modifi son angle d attaque l
73. i large et troit A droite d tail de embouchure pour les configurations ae large et troit Anciennes imp dances 160 150 140 D ae large 100 fil SE SIE ee ae troit 0 1000 2000 3000 4000 fr quence 20log Z dB Nouvelles imp dances 1000 2000 3000 4000 fr quence Hz FIG 4 32 Comparaison entre le module des imp dances des configurations de conduit vocal 1 large et troit gauche et celles des configurations ee et aw droite qu inversement l imp dance du aw est globalement inf rieure celle du large comme troit De plus la diff rence entre les imp dances des deux configurations est tr s faible Nous nous attendrions donc avoir encore moins d effet entre les configurations i et que celui obtenu entre ee et aw et une quasi similarit entre les courbes du CV large et celle du CV troit La r ponse est donn e page suivante 120 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Note G3 Note C4 wo o a o il ae troit 9 ael large i ae troit e ae large S o D al D wo o o T ak o diff rence de fr quence en cents D o diff rence de fr quence en cents o N o D ao 4 5 e kPa Note D5 4 5 P n
74. i 0 54 et donc nous nous attendons retrouver peu pr s le m me seuil pour des tuyaux de m me 7 soit le tuyau long et le tuyau court amorti ce qui est bien le cas sur les deux graphes de la figure 3 9 Passons maintenant aux remarques que seule une analyse num rique permet L effet du CV sur la variation de fr quence n est pas toujours monotone et donc forte Pino ne peut pas du tout tre pr dit par une analyse analytique au seuil telle que celle d crite au 3 5 Le changement de sens de variation appara t pour un y o les harmoniques sup rieurs ne sont plus n gligeables et influencent les trois premiers Ainsi nous pouvons constater que pour la configuration ee alors que la fr quence se stabilise sur un palier pour le tuyau court vers y 0 39 elle continue d cro tre pour le tuyau court tronqu pour lequel les harmoniques sup rieurs sont quasiment nuls Le fait que les harmoniques sup rieurs jouent un r le important et rendent de ce fait les interpr tations extr mement difficiles se voit en particulier bien sur la figure 3 10 o la fr quence de jeu fonction de Po est calcul e par Harmbal pour diff rents nombres d harmoniques pris en compte propos de l amplitude des variations de fr quence entre deux configurations de CV seules les variations observ es sur le tuyau long et le tuyau court tronqu peuvent tre perceptibles 62 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE if en cents FI
75. i i 3 i i i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 8 Imp dance module et argument du CV pour trois configurations ee oo et aw note C5 150 saut de registre li embouchure serr e 140 2 L 130 ETT 2 Sor gt a amp 120 El N o _2t 110 y saut de registre li gt 3p i 4 embouchure serr e 100 _ uu A 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 9 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e E 4 LAWRENCE DOBELL 167 E 4 Lawrence Dobell En plus de sa place de clarinette solo au Sydney Symphony Orchestra Lawrence Dobell se produit en tant que soliste avec les orchestres symphoniques de Melbourne et d Adelaide Il est par ailleurs galement actif en musique de chambre en tant que membre du Seymour Group et de l Australian Wind Virtuosi 150 arg Z 110E 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 10 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 R 0 5 4 i li ST qoft H saut de registre li 3 s
76. imp dance plus grande de CV Un tableau r capitulatif des diff rents tuyaux et imp dances utilis s est donn en annexe B Fr quence de jeu L volution de la fr quence de jeu figure 3 9 pour les diff rents tuyaux en fonction de Pno suivant les deux configurations de conduit vocal suscite plusieurs remarques 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 61 ee 2 2 E 5 7 o 5 HU an _A Fe tc amorti Lee tc amorti al 3 e D tc tronqu 7 tc tronqu 6 te ae 8t 5 y E tl tm ss CV 10 0 35 0 4 0 45 0 5 FIG 3 9 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la premi re fr quence de r sonance du tuyau f en fonction de la pression dans la bouche adimensionn e y pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle Commencons par les remarques facilement interpr tables La premiere confirme notre intuition le aw d imp dance bien plus faible que le ee a moins d effet puisque son imp dance ne modifiera que peu l imp dance de la clarinette La deuxieme est tout aussi intuitive l effet est plus grand pour le tuyau court amorti que pour le tuyau court normal puisque son imp dance est plus faible et donc l imp dance du CV est relativement plus grande La troisieme concerne les seuils La pression dans la bouche au seuil d oscillation est sans CV bien approxim e par seuil
77. importante de comportement entre les notes de G3 G4 et celles de D5 C6 l allure des courbes pour les notes A5 et C6 est donn e la figure 4 18 mais nous en reparlerons plus pr cis ment au paragraphe suivant la baisse importante de la fr quence pour les notes graves n est en effet pas observ e pour les notes plus aigu s En ce qui concerne la pression de seuil la configuration ee l abaisse syst matiquement par rapport la configuration aw de mani re croissante lorsque la fr quence de jeu augmente de 0 1 0 2 kPa pour le G3 0 7 kPa pour le G5 Toujours propos de la pression de seuil nous retrouvons bien l effet obtenu num riquement et expliqu par la longueur de tuyau effective au paragraphe 3 6 3 qui consiste en un abaissement progressif de la pression de seuil lorsque l on monte du G3 au G4 suivi d une augmentation en passant la note D5 jou e sur la deuxi me r sonance du G3 l aide du trou de registre 100 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE G3 C4 28 T T T 50r T T D N ES o T T N N diff rence de fr quence cents diff rence de fr quence cents N o T 1 L 1 L 8 A 3 P no KPa 35 w oOo D o T diff rence de fr quence cents diff rence de fr quence cents 4 i i i Ys 4 34 2 6 2 8 8 3 2 3 4 Poo kPa G5 28 T 7
78. impossible d expliquer un quelconque effet d une configuration de CV sur le spectre harmonique dans la clarinette partir de la connaissance de l imp dance du CV ou ce qui revient au m me de la connaissance du spectre harmonique dans la bouche Les tudes en parall le du spectre et de la fr quence de jeu ont galement montr que les deux n taient pas forc ment affect s de la m me mani re ainsi alors que les configurations ee et aw induisent un effet sur la fr quence quasiment nul en tout cas plut t inaudible dans l ensemble les effet sur le spectre peuvent tre tr s importants puisque l on a vu l amplitude de certains harmoniques parfois multipli e par deux d une configuration l autre D autres param tres sont galement modifi s notablement par le CV comme la possibilit et la puret d mission d une note ou bien la qualit des liaisons d licates Enfin le dernier point et certainement le plus important est que l influence du CV ne peut se r sumer sa seule composante acoustique En particulier l effet flagrant sur la fr quence de jeu observ au paragraphe 4 5 ne peut s expliquer uniquement par la diff rence importante de volume buccal entre les deux configurations troite et large puisque par ailleurs les imp dances sont quasi identiques et le reste de la g om trie aussi Par ailleurs les mesures d imp dances du CV des musiciens renforcent cette conclusion qu
79. l anche en plus de la masse L anche est sollicit e fortement sur une faible longueur comme elle doit pouser un rayon de courbure assez petit La pression constante exerc e par la l vre tend galement l affaiblir assez rapidement L instrumentiste doit donc choisir une anche qui peut tre tr s d sagr able jouer lorsqu elle est neuve pour augmenter sa dur e d utilisation optimale Les d butants ont tendance utiliser une technique fran aise caricaturale alors que l expert se dirigera un peu du c t allemand pour augmenter la stabilit de sa sonorit et la durabilit de son mat riel Une certaine pression des l vres reste cependant n cessaire pour obtenir un timbre de qualit avec un bec fran ais Remarquons n anmoins qu il existe un certain nombre de clarinettistes excellents qui utilise une technique tr s fran aise avec des anches tr s raides et des becs tr s ouverts au prix d une consommation d anches assez lev e 1J est important d observer que la pression de l vre a un effet bien r el sur les diff rents seuils et peut les modifier tr s radicalement L intonation est cependant moins affect e C est donc bien parce qu il est pr f rable de s abstenir de presser sur l anche part un peu dans l aigu que la l vre inf rieure joue un r le plus secondaire 178 ANNEXE G AU SUJET DE LA CLARINETTE G 4 Le systeme Claripatch Le syst me Claripatch 14 con u et mis au point par Pie
80. l ordre de 2cm de sorte que la bouche est comme dans le dispositif de Benade plus ouverte qu en situation de jeu Backus ne donne aucune courbe d imp dance et d clare seulement que ses mesures ne sont pas reproductibles les pics sont al atoires et de toute mani re d amplitude inf rieure 5 MPa s m soit bien inf rieurs aux pics d imp dance de la clarinette Hoekje 50 a utilis peu pr s le m me dispositif sauf que la mesure se fait par l in term diaire d un petit tuyau qui relie la bouche au dispositif de mesure de longueur 1 8 cm et de rayon 2 3mm ce qui correspond mieux une situation de jeu Les mesures sont ensuite 1 1 LE CONDUIT RESPIRATOIRE 11 corrig es pour supprimer l effet de ce petit tuyau Ses mesures donnent un petit pic basse fr quence vers 200 Hz inf rieur 5 MPa s m pour les voyelles n comme dans wash en anglais i heed et 1 hid Une autre r sonance est obtenue plus haute fr quence et d amplitude plus grande 8 MPa s m 870 Hz pour le p 30 MPa s m 1000 Hz pour le i et 25 MPa s m 700 Hz pour le 1 Wilson 94 a r alis deux types de mesures La premi re mesure est directe par la m thode du capillaire et la source et le microphone sont plac s dans une petite pi ce de mousse l int rieur du bec de clarinette pour reconstituer une situation de jeu La calibration se fait avec des tubes cylindriques calibr s et ferm s u
81. l imp dance du conduit vocal en situation de jeu et a tir diff rentes conclusions plut t qualitatives comme pour la majorit des auteurs pr cit s suite l ob servation de ces spectres d imp dance La mesure d imp dance au cours d extraits musicaux lui a permis de conclure que pour la plupart des notes le conduit respiratoire est accord sur le premier ou le deuxi me partiel de la clarinette C est en particulier crucial pour le registre altissimo car cela permet la stabilisation de l oscillation 22 des notes sont jou es sans accord particulier du conduit vocal et des notes de m me hauteur peuvent correspondre des configu rations de conduit respiratoire notablement diff rentes ce qu elle explique par la diff rence de contexte musical Certains musiciens consid rent qu il vaut mieux jouer avec la gorge ouverte sans donner pour autant plus de pr cision sont ce les cordes vocales qui doivent tre ouvertes ou bien l arri re de la bouche et Wilson a mesur des imp dances radicalement diff rentes entre une situation gorge ouverte et une situation gorge ferm e sans cependant arriver ex pliquer au vu des courbes d imp dance pourquoi telle configuration tait pr f rable l autre Elle a aussi observ un petit r le du conduit respiratoire lors du changement de registre du chalumeau au clairon sans utiliser la cl de registre Par ailleurs elle a mis en vidence l im portance du con
82. le musicien r alise avec son conduit vocal 26 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE part la p riode du signal inject au haut parleur est l inverse de la r solution fr quentielle et ce signal est une somme d harmoniques dont les fr quences except s le fondamental et les premiers harmoniques appartiennent la gamme de mesure Ceci implique qu une r duction de la fr quence fondamentale engendre un nombre plus lev d harmoniques dans la gamme consid r e et de ce fait diminue l nergie pour chaque harmonique et par cons quent le rap port signal bruit Apr s une s rie d exp riences pr liminaires sur un instrumentiste volontaire heureusement tr s disponible nous avons choisi une fr quence d chantillonnage de 5 385 Hz r sultat de la division de la fr quence d chantillonnage de la carte d acquisition 44 1 kHz par 2 3 FIG 2 10 Exp rience r alis e sur Lawrence Dobell clarinette solo de l Orchestre Symphonique de Sydney 2 3 2 Reproductibilit des mesures La reproductibilit a t test e en r alisant plusieurs mesures de l embouchure pour la m me note G3 sur la dur e d une session soit environ 40 minutes Les musiciens sont capables de reproduire la m me embouchure avec le degr de pr cision suivant dans le cas de la figure 2 11 la deuxi me r sonance est obtenue 1250 Hz avec un cart type de 40 Hz en fr quence et de 15 en amplitude 3Une fen tre de 2
83. les bases de notre tude Non seulement nous y faisons un tat de l art sur ce qui a d j t r alis par rapport au r le du conduit vocal dans le jeu des instruments vent r sultats exp rimentations mais nous y abordons galement les mod les et m thodes qui nous serviront dans la suite mod le l mentaire de clarinette mod le du conduit vocal m thode de l quilibrage harmonique 1 1 Le conduit respiratoire 1 1 1 Quelques d finitions INSTRUMENT AIR COLUMN FIG 1 1 Clarinette et Clarinettiste d apr s Benade 11 Le conduit respiratoire CR est l ensemble du syst me respiratoire en amont de la 4 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES bouche incluant les bronchioles et les poumons Le conduit vocal CV est la partie sup rieure du conduit respiratoire des cordes vocales aux l vres incluant donc le larynx et la gorge C est cette partie que le musicien peut contr ler et ajuster lorsqu il joue comme en parole Sa longueur moyenne est de 17 cm Le conduit respiratoire inclut donc en plus du conduit vocal la trach e et les poumons C est ce r sonateur en entier qui intervient dans le jeu des musiciens Cependant comme seul le conduit vocal peut tre contr l et que les musiciens non d butants ferment beaucoup leurs cordes vocales 71 le conduit vocal est en pratique le r sonateur amont influent Ceci explique pourquoi je parlerai le plus souvent de l influence du conduit
84. les r sultats peuvent en effet tre tr s diff rents Nous nous appuyons donc ensuite sur des simulations num riques grand nombre d harmoniques r alis es avec le programme d quilibrage harmonique Harmbal pr sent de mani re plus d taill dans l article mis en annexe C pour tudier les effets d un changement de configuration de conduit vocal par rapport d autres effets comme la prise en compte de l amortissement de l anche ou bien la dispersion dans la clarinette Ces simulations restent cependant l mentaires en raison du mod le utilis Ainsi elles sont d une part limit es au r gime anche non battante ce qui n est pas le r gime principal de jeu des musiciens D autre part la mod lisation de l anche est tr s succinte et ne refl te gu re la r alit Il est donc essentiel de r aliser une tude exp rimentale pour aboutir des r sultats plus r alistes Pour cette tude pr sent e au chapitre 4 une bouche artificielle avec un conduit respiratoire a t mise en place l IRCAM Elle permet en particulier de s affranchir des mouvements de m choire inh rents un changement de configuration de conduit vocal et entra nant un changement de la pression et de la position de la l vre sur l anche ce qui nous le savons est la principale source de modification du son L tude est r alis e la fois sur des tuyaux cylindriques en guise de corps de clarinette le bec et le barillet son b
85. li se ae rayon mm ane 0 10 20 30 indice des segments partir de la glotte 34 L DD i i2 1 34 a SoS i i2 12 l DD 1 11 ie a SoS i 1 11 i 2 40 voyelles i et en parole discr tis s 2 26 2 27 2 28 2 29 2 30 Les valeurs num riques des imp dances sont donn es pour information dans le tableau 2 3 Les inductances sont en Pa s m et les capacit s en m Pa TAB 2 3 Valeurs num riques des composants lectriques Les inductances sont en Pa s m et les capacit s en m Pa 42 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE L inertance de la glotte est donn e par Lyicttis peers ab 430Pa s m et la capacit des poumons par Clungs avec V 5L de sorte que Ciungs 4 1078m Pa Avec la valeurs de tous les parame tres il est maintenant ais de proc der au calcul complet de l imp dance totale Celle ci est compar e cf tableau 2 4 celle obtenue par la simulation num rique d crite pr c demment avec cependant deux simplifications de sorte se rapprocher davantage du circuit lectrique ci dessus les parois du conduit vocal sont suppos es rigides Zsg ne prend en compte que l imp dance des poumons Zsg JwCungs En fait cette derni re simplification n affecte que l acuit des r sonances cause de la r sistance et l g rement la premi re fr quence de r sonance Mais ceci n
86. m i double values val char line 80 char c 1 n 0 if impfile fopen filename r 0 hberr getimpvalues couldn t open file filename values allocvec 3 nech while fgets line 80 impfile NULL if sscanf line 1f amp val E0F hbwarn getvalues error in impfile skipped values n val n fclose impfile return values Enfin une fonction clarinet_experimental dans clarinet c permet l interpolation de la va leur de l imp dance partir des valeurs exp rimentales donn es dans params la fr quence freq et pour ses N harmoniques L interpolation a t choisie lin aire et s effectue sur l imp dance pour les harmoniques pairs mais sur les admittances pour les harmoniques impairs En effet pour ceux ci nous sommes au niveau d un maximum d imp dance et donc l interpolation in troduirait une erreur norme si elle tait faite directement sur l imp dance Cette fonction alloue un espace m moire au vecteur Z qui contiendra les valeurs des parties r elles et imaginaires de l imp dance interpol e v rifie que la fr quence donn e n est ni trop petite ni trop grande par rapport aux valeurs contenues dans le vecteur params boucle jusqu C 2 MODIFICATION DE Harmbal POUR L TUDE DU CONDUIT VOCAL avoir les deux fr quences entre lesquelles se trouve la fr quence laquelle il faut interpoler puis calcule les coefficients de l interpolation lin ai
87. modifiant leurs dimensions Les configurations avec langue en retrait dirigent l air majoritaire ment vers le palais Les configurations avec arri re langue d gag e dirigent l air majoritairement vers les c t s de la langue ce qui guide l air vers l anche une modification de la forme de la glotte renforce cette orientation Une glotte mince et tir e apporte une arriv e d air lami naire et silencieuse se dirigeant vers le palais une configuration en chuchotement caus e par 184 ANNEXE H CONS QUENCES P DAGOGIQUES DE L TUDE une rotation des aryt noides produit un flux bruyant rapide et compact se dirigeant vers la langue la pression dans la bouche tant relativement basse Ces modifications de configuration parviennent influencer le m lange d air entrant dans la fente entre l anche et le bec L air venant du palais est calme et amortit les harmoniques aigus l air provenant de la langue passe sur l anche ce qui lui donne une agitation favorisant les harmoniques aigus d autant plus que le passage de l air bruyant provoque une excitation de l anche La vitesse des deux boucles buccales modifie la pression r gnant au niveau de la fente entre l anche et le bec comme elles constituent en quelque sorte une pompe vide Un ph nom ne analogue a lieu dans l arri re gorge Il est tr s probable qu une r troaction se mette en place au niveau du larynx comme celui ci est constitu de tissus mous le phar
88. oboe and saxophone Acustica acta acustica 85 2 267 277 1999 B Gazengel Caract risation objective de la qualit de justesse de timbre et d mission des instruments vent anche simple Th se de Doctorat Universit du Maine Le Mans France 1994 B Gazengel J Gilbert et N Amir Time domain simulation of single reed wind instrument From the measured input impedance to the synthesis signal Where are the traps acta acustica 3 5 445 471 1995 BIBLIOGRAPHIE 197 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 90 51 52 53 54 99 96 97 58 V Gibiat et F Lalo Acoustical impedance measurements by the two microphone three calibration TMTC method J Acoust Soc Am 88 2533 2545 1990 J Gilbert Etude des instruments de musique a anche simple These de Doctorat Univer sit du Maine Le Mans France 1991 J Gilbert J P Dalmont et M Atig Influence of losses on the saturation mechanism of single reed instruments Dans Proc Stockholm Musical Acoustics Conf pp 283 286 2003 J Gilbert J Kergomard et E Ngoya Calculation of the steady state oscillations of a clarinet using the harmonic balance technique J Acoust Soc Am 86 1 35 41 1989 N Grand J Gilbert et F Laloe Oscillation threshold of woodwind instruments Acustica 82 137 151 1996 P Guillemain J Kergomard et T Voinier Real time synthesis models of wind instrume
89. ont t talonn s en statique au sein m me de la bouche artificielle en fermant le barillet par un bouchon La pression tait connue gr ce au manom tre plac soit dans la bouche soit dans le barillet figure F 2 Ceci permet aussi de v rifier leur lin arit Les r gressions lin aires de la figure F 3 nous donnent P 3 008U 1 666 pour le capteur Entran avec un coefficient de corr lation r 0 932 P 6 428U 0 001 pour le capteur Endevco avec un coefficient de corr lation r 0 999 o P est la pression en kPa et U la tension d livr e par les capteurs en V F 2 LA BOUCHE ARTIFICIELLE DE L IRCAM 171 capteur Entran capteur Endevco manom tre manom tre FIG F 2 Calibration des capteurs Entran gauche et Endevco droite S LS a capteur Endevco x capteur Entran reg lin Endevco reg lin Entran Tension U V 5 al 0 2 4 6 8 Pression P kPa FIG F 3 Courbes d talonnage des capteurs les points correspondent aux mesures les droites aux r gressions lin aires 172 ANNEXE F COMPL MENT EXP RIMENTAL F 2 2 Reproductibilit des mesures La reproductibilit a t test e pour une configuration d embouchure fix e le tuyau cy lindrique est rest en place afin d tre s r de ne pas modifier l embouchure qui est le point le plus d licat reproduire dans ce dispositif En revanche le conduit respiratoire artificiel a t
90. par Snorre Farner et Jean Kergomard Some aspects of the harmonic balance method applied to the clarinet paru dans le num ro 65 d Applied Acoustics en 2004 R sum traduit La clarinette a t largement tudi e par diff rentes techniques th oriques et exp rimentales Dans cet article la m thode de l quilibrage harmonique HBM de l anglais Harmonic Balance Method une m thode num rique fonctionnant principalement dans le domaine fr quentiel a t appliqu e pour r soudre un mod le non lin aire simple de la clarinette consistant en un excitateur lin aire l anche coupl e non lin airement un r sonateur lin aire avec des pertes visco thermiques le tuyau Une impl mentation r cente et am lior e de HBM pour des instru ments auto entretenus nous a permis d tudier ce mod le th oriquement lorsque la dispersion dans le tuyau ou la masse et l amortissement de l anche sont pris en compte Les solutions p riodiques r sultantes pour la pression interne et la fr quence de jeu sont en bon accord avec les r sultats th oriques obtenus dans des tudes pr c dentes Pour finir nous pr sentons et discutons bri vement quelques r gimes d oscillation certainement instables obtenus simul tan ment par HBM et exp rimentalement 131 132 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE C 1 1 Introduction After the first theoretical attempt to derive the spectrum of reed instruments by Worman 9
91. part la hausse d intonation du pianissimo classique car il y a moins besoin de serrer embouchure et d autre part les bruits de chuintement et de souffle du pianissimo au seuil d oscillation qui n est utilisable que dans une grande salle L exp rience fut la suivante Nous avons enregistr le son de P A Taillard dans le barillet dans trois situations diff rentes au seuil d oscillation abscisse O dans la figure 4 17 et au seuil d extinction abscisse 2 ainsi qu au minimum de fr quence quand il y en avait un ou sinon peu pr s au milieu entre les deux seuils abscisse 1 et ceci pour deux configurations l une de type i l autre de type aw ou grande cavit buccale Pour la mesure au seuil d oscillation le clarinettiste partait en fait du mezzo forte avant de diminuer la pression puis faisait signe pour lancer l enregistrement le decrescendo du mezzo forte au pianissimo permet en effet d viter l instabilit au seuil d os cillation et donc de mieux garantir une configuration de conduit vocal constante L exp rience a t r alis e sur la clarinette du laboratoire mais le bec a t remplac pour ne pas d monter la bouche artificielle qu il nous avait co t de r gler trois quatre heures P A Taillard a donc utilis son propre bec M30 avec une anche r gl e l allemande pour limiter l effet de la pression des l vres soit un patch L qui permet de ne pas presser trop fort sur l an
92. plage de pression 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 113 plus grande avec la configuration aw De surcro t les notes Bb5 et Eb6 avec aw furent galement obtenues Nous sommes m me arriv s au A6 avec le bocal utilis pour la prise des clich s en raison de sa face arri re plane ce qui confirme bien la n cessit d un volume buccal plus grand pr n par Marchi 62 Apr s d autres exp rimentations j ai galement remarqu que non seulement il fallait ajuster la pression des l vres pour jouer soit le registre aigu soit le grave mais qu en plus pour un registre donn cet ajustement d pendait de la configuration Ainsi pour l aigu il faut une pression des l vres l g rement plus faible dans la configuration ee que dans la configuration aw Dans les deux cas elle est plus faible que celle pour mettre le grave de sorte que si on l utilise pour le registre grave il sort la douzi me avec le aw mais pas avec le ee D autre part l optimisation de la pression des l vres n arrive pas tre aussi bien faite pour le ee que pour le aw dans l aigu et le suraigu Cette derni re configuration permet en effet un son plus doux et plus facile obtenir ce qui a t confirm par le clarinettiste Emmanuel Jourdan venu tester la bouche artificielle Nature des bruits g n r s juste avant le seuil d oscillation Les r sultats pr sent s la figure 4 25 pour le
93. quotidien son exp rience tant en linux qu en simulation num rique et en manip les nombreuses discussions scientifiques et puis tout ce que j oublie Un grand merci Alain pour son savoir faire incroyable quelle petite merveille cette bouche artificielle et G rard pour son aide en lectronique Merci aux diff rents stagiaires qui sont venus peupler le labo 7 et l ont gay par leur bonne humeur Une pens e plus particuli re ceux qui m ont directement aid e comme Aude merci pour ton assistance pour les derni res manips ainsi que pour ta relecture tr s attentive mon Matthias qui m a beaucoup apport durant ses quatres de mois de stage et puis autre Matthias pour son programme Imagina Et puis mille mercis toute l quipe syst me pour leur d vouement informatique Merci tous les autres pour leurs conseils les discussions scientifiques ou non leur aide administrative et tout le reste Et terminons par mon troisi me laboratoire le LMA Merci Jean pour m avoir t d un tr s grand secours tout au long de cette th se J aurais eu du mal d marrer sans toi et d ailleurs j aurais aussi eu du mal finir sans toi Merci d avoir r orient le sujet sur la clarinette c est d j suffisamment compliqu comme cela Merci Vincent et toute l quipe 11 Un grand merci Snorre avec qui j ai beaucoup travaill en premi re ann e et qui l on doit ce merveilleux pro
94. renforcer l harmonique 3 dans la clarinette gr ce au CV Les figures 4 23 et 4 24 que nous tudierons dans la partie suivante sur la clarinette en t moignent bien L int r t de notre tude tant quand m me la clarinette il est inutile de s attarder davantage sur les tuyaux et les points qui n ont pas t abord s ici comme l allure temporelle des signaux dans la bouche et dans le bec le seront dans la partie suivante 4 6 Etude sur une vraie clarinette En premier lieu nous avons proc d de mani re identique au paragraphe pr c dent les pressions dans le bec et dans le barillet ont t enregistr es sur toute la plage de jeu du seuil 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 99 d oscillation au seuil d extinction et ceci pour diff rents doigt s de la clarinette les trous taient bouch s gr ce de la pate style patafix En second lieu suite des changes avec des clarinettistes nous avons cherch mettre en vidence certains effets que pourraient engendrer l une ou l autre configuration dans des transitions d licates dans l mission du suraigu ou bien pr s du seuil 4 6 1 Etude de notes particuli res Les doigt s la notation se fait ici en note crite cf annexe G ont t choisis afin d tre repr sentatifs de diff rents cas de figure le G3 correspond un tuyau long le C4 un tuyau moyen et le G4 un tuyau court Les musiciens notent en effet une g
95. rentes ont ici t consign es saut de registre li sans articulation et embouchure serr e Annexe F Compl ment exp rimental F 1 Le banc de mesure d imp dance de l UNSW Pour valider un banc de mesure d imp dance il est n cessaire de comparer mesure et th orie pour diff rents tubes cylindriques Nous n en consid rerons ici que deux le premier est de longueur 400 3 mm et de diam tre 7 8 mm le second de longueur 306 mm et de diam tre 15 mm Pour le premier tube la mesure a pu tre effectu e en utilisant la pi ce con ue pour la calibration puisque ce tube a le m me diam tre que le tuyau de calibration Pour le deuxi me tube un piece sp ciale a t r alis e pour maintenir de mani re tanche et reproductible le tuyau large sur le bec de clarinette dans lequel est ins r la t te de mesure Il tait important de v rifier la validit de la mesure sur un tuyau assez large puisque c est le cas que nous rencontrerons lors des mesures du conduit vocal C est d ailleurs ainsi que nous avions remarqu que nos pr c dents dispositifs n taient pas fiables m me si la mesure sur des tuyaux de diam tre 7 8 mm tait correcte Pour le tube de diam tre 3 9 mm la longueur corrective qui a t retranch e est de 9 mm ainsi que nous l avons expliqu au paragraphe 2 2 2 Pour l autre tube il est n cessaire de tenir compte de la correction d extr mit lorsque la t te de mesure d bouche dans ce tuyau pl
96. resonance frequencies are harmonically related and the input impedance for the nth harmonic can be written with the following simplified formula taking advantage of the fact that 7 generally is small typically 0 02 for the clarinet _ f 1 Vnvn for odd n An rm for even n Le The nonlinear coupling When there is a pressure difference p y between inside the mouth and inside the mouthpiece air will flow with a volume flow uZo Py where Z pe S is the characteristic input impedance of the pipe with air density p sound speed c in air and cross section S of the pipe Assuming some hypotheses and in particular that the system is sufficiently stationary for Bernoulli s law to be valid 46 a nonlinear expression with dimensionless quantities 57 can be obtained for the volume flow up y C g V ly plsign y p C 10 for y gt 1 and otherwise 0 signifying in simple terms that the reed bends up and blocks the opening of the mouthpiece for a part of the oscillation period though the real behavior is slightly different 74 This last case is more complex so we limit the study to the non beating reed regimes and stop the curves before the reed starts to beat C ZywH 0 11 characterizes the mouthpiece and the mouth position of the musician w being the width of the reed channel depends on the stiffness of the reed on the lips position and on the ratio between the cross sections of the reed canal and
97. rieure 0 01 C 2 5 Prise en compte du conduit vocal On souhaite maintenant pouvoir effectuer le calcul en ajoutant une imp dance du conduit vocal mesur e exp rimentalement au mod le de clarinette utilis Nous construisons donc une nouvelle option lors de l appel de la fonction case b like buccale if argc lt 1 hberr option b should be followed by filename NULL optionlist p field string impmodel optionlist pl value 106 ptt impfilename string argv nech lengthfile impfilename nech nech 3 argc break Cette option est en tout point pareille l option i Du fait que l on utilise dor navant deux imp dances plac es en s rie celle de la clarinette et celle du conduit vocal nous devons d finir un nouveau type de r sonateur mod le 106 dans la fonction clarinetresonator case 6 vocal impedance given by experimental values np 3 params getparams paramlist stringlist np resfreq nu disper YES Zexp getimpvalues impfilename reson initresonator clarinet_totalimp2 params np break C 2 MODIFICATION DE Harmbal POUR L TUDE DU CONDUIT VOCAL 155 A nouveau pour ne pas toucher en d tail au programme la variable Zexp est pass e en global Ce r sonateur utilise la fonction analytique mod le 101 et ajoute simplement linter polation de l imp dance du conduit vocal aux fr quences d sir es double clarinet_totalim
98. riodique et suffisamment long a montr qu au dessous d une certaine fr quence les ondes ne d passent gu re le premier trou ouvert et on peut consid rer en premi re approximation que le tuyau est coup cet endroit Au dessus de cette fr quence les ondes par viennent l extr mit du tuyau mais se propagent dans le r seau de trous avec une vitesse diff rente ce qui rend les pics d imp dance d entr e inharmoniques En outre leur rayonnement devient beaucoup plus efficace gr ce leur interaction ext rieure et la hauteur des pics diminue fortement C est pourquoi il est facile d identifier la fr quence de coupure m me pour un r seau r el non p riodique et fini TSi par la suite vous tes perdus dans la notation des voyelles r f rez vous l annexe A 38 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE 5 le i parole gx 10 1 parole simulation ee clarinettiste E mesure a_ 4 6 o 5 e i es 5 a 4 S 2r N 3 pd y 2 e 1t 0 PE 0 VON one ag 0 10 20 30 40 50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 indice des segments fr quence Hz FIG 2 21 A gauche fonction d aire pour les voyelles i et 1 donn es de Story et Titze avec rajout de la glotte ainsi que celle issue du mapping puis ajust e d nomm ee clarinettiste L abscisse correspond l indice des segments les d
99. simulations ont t r alis es du seuil d oscillation au seuil de battement de l anche rep r par Harmbal par le fait que le d bit u s annule sur une partie de la p riode Les notes choisies sont les suivantes G3 C4 et G4 qui pourront tre respectivement compar es aux tuyaux long moyen et court des notes de l aigu A5 B5 et C6 pour lesquelles l embouchure est cruciale Ainsi un d butant arrive rarement jouter au dessus du A5 et nous verrons au chapitre 4 que ce sont galement ces notes qui ont pos probl me avec la bouche artificielle et que leur 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 69 mission semble tre contr l e de mani re importante par le CV Le mod le complet de l anche a t pris en compte pour les notes aigues partir du A5 Vinfluence de la r sonance d anche tant compl tement n gligeable pour les notes graves et les valeurs des param tres M et R sont donn es dans le tableau 3 1 Elles ont t calcul es en conservant les valeurs usuelles de la litt rature g 2900s et u 0 0231kg m et en calculant w e partir de la d termination de k Eu gr ce aux valeurs exp rimentales Tr du paragraphe 4 3 ce qui donne w 21921rad s A5 0 054 0 031 B5 0 068 0 035 C6 0 074 0 036 TAB 3 1 Valeur des param tres sans dimensions M et R de l anche fr quence de jeu cents fr quence de jeu cents
100. simuler la dent Vient ensuite la bouche de Backus 5 r alis e dans les ann es 60 dans une perspective similaire la pr c dente l tude de l anche Son ouverture au cours du temps a t ainsi mesur e gr ce une m thode photo lectrique qui permettait de d terminer la quantit de lumi re traversant le canal de l anche La l vre inf rieure consistait en une mousse en n opr ne sur laquelle reposait une pointe m tallique pour simuler la dent la pression de l ensemble sur l anche tant comme pr c demment ajustable par une vis Mooney 67 pour son tude du conduit vocal a galement r alis une bouche artificielle M me si la cavit buccale n est pas r aliste et est du m me ordre que toutes les autres bouches artificielles certains d tails anatomiques ont t cependant pris en compte A nsi un dentiste a r alis un moulage des incisives de Mooney clarinettiste professionnel et l angle entre les dents et le bec de clarinette a t d termin partir de clich s radiographiques pris en situation de jeu puis soigneusement reproduit dans la bouche artificielle D autre part une langue a t ajout e une bande de mousse en polyur thane pour voir l effet d une d viation du jet lorsqu il arrive sur l anche sur le spectre Bak et Domler 10 ont galement r alis une bouche artificielle pour l tude en particulier de la fr quence de jeu en fonction de la pression d alimenta
101. sont unanimes sur le fait qu ils peuvent changer de configuration afin d obtenir diff rents effets Il est vident qu une des principales cons quences de ce changement de configuration r sulte 2 3 LES MESURES 29 en la modification de la force et de la position des l vres sur l anche Cependant la figure 2 13 ainsi que les figures E 3 E 9 et E 11 montrent deux aspects li s entre eux D une part dans la plupart des cas les musiciens changent effectivement ce qui est plus fort que de dire simplement qu ils peuvent changer car pour certains effets ils doivent changer leur configuration pour obtenir les effets demand s puisque en comparaison des courbes cit es au paragraphe pr c dent donnant les imp dances en jeu normal l imp dance est fortement modifi e D autre part cette variation importante d imp dance pourrait sugg rer que la seule modification de l embouchure proprement dite n est certainement pas responsable de tout l effet 150 r r r r r 4 jeu normal jeu normal pitch bend Pei pitch bend i i i i i _4 i i i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 2 13 Comparaison entre l imp dance du mode de jeu normal et l imp dance du pitch bend chez le musicien Lawrence Dobell Il est int ressant de remarquer l extraordinaire similitude entre les figures E 9 et E 11 cor respond
102. t du pour une mission ais e avec une sonorit plus riche Cette configuration renforce la portance n gative de l anche comme la majorit de l air entrant dans l instrument provient du palais Elle permet d augmenter la pression d air dans la bouche sans trop augmenter le flux d air p n trant dans la fente le seuil d oscillation est d plac pour tre amen aussi proche qu on le d sire du seuil d extinction C est probablement l explication du pianissimo tres pur et juste utilis par les professionnels D une mani re g n rale cette configuration fait monter mod r ment l intonation une forte pression des l vres sur l anche produit une hausse d intonation bien plus marqu e et ne peut pas s utiliser au del du mezzo forte comme le seuil de saturation est plus vite atteint La troisieme configuration principale glissando ou recherche d harmonique aigu est une variante de la configuration en i peu de pression des l vres gorge tr s troite constriction pharyng e ou palatale importante cordes vocales ouvertes en triangle d o une pression dans la bouche assez basse malgr un d bit important et milieu de langue en toboggan tanche lat ralement L air est oblig de se d placer au centre de la langue happe par appel d air une partie de celui qui survole l anche et le contraint circuler en boucle Une mince lame peut se d tacher p riodiquement du rapide tourbillon et p n trer dans la
103. table shows good agreement between the two methods and reveals that the musician must blow harder in the case of higher losses 7 y n increases but less hard when for instance the opening H is decreased C x WH decreases Influence of the number of harmonics Before using the HBM far from the oscillation threshold a study of the influence of the number of harmonics N is required to optimize the precision while minimizing the calculation time C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 139 Table C 1 Comparison of oscillation thresholds ys obtained using the VTM eq C 19 and the HBM with N 9 for some values of and y Method n 0 01 n 0 02 7 0 03 0 2 VIM 0 3834 HBM 0 3872 0 4 VTM 0 3458 0 3583 0 3708 HBM 0 3461 0 3593 0 3730 06 VTM 0 3500 HBM 0 3504 Close to the threshold the pressure wave is almost sinusoidal 43 and thus the first harmonic P varies little with N Further from the threshold an increasing number of harmonics become important and this influences P as shown in Figure C 2 for N up to 49 harmonics We have chosen to stop at N 9 as P varies little and only at high y when we add the 11th harmonic or even another 40 harmonics 0 3 02 IPI m 0 1 NIDO co Da RS CS Y Figure C 2 P versus y for different values of N for 0 4 7 0 02 calculated using the HBM The curves are cut at the beating threshold In other contexts for instanc
104. the frequency dependent effects thus neglected here are those due to the shape of the bell the mouthpiece the tone holes and the diameter variations along the bore Other frequency dependent effects are those of the radiation impedance at the end incorporated to first order as a length correction and the wave dispersion discussed in Section C 1 5 The oscillation may be regarded as the interaction between the standing wave in the bore produced by reflections at both ends and the reed where the volume velocity wave u t interacts with the pressure p t in the mouthpiece In the Fourier domain we write with dimensionless quantities P w Z w w C 6 where the capital letters P and U are used for the Fourier transforms of the time domain quantities p and u The dimensionless input impedance is given by 59 34 Z w gt jtan kl C 7 0 with Tf kl Of 1 3 0n To C 8 C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 135 where f w 27 being the frequency 4 being related to the Prandtl number 57 4 1 3 for common conditions in air fo c 4l l being the length of the pipe and 7 is a dimensionless loss parameter see 57 In equation C 8 the real part of the last term on the right is the dispersion term due to visco thermal effects i e frequency depending on the sound velocity while the imaginary part is due to visco thermal losses If we ignore the dispersion term in addition to the aforesaid approximations the
105. va se mettre en place et obliger les petites saccades al atoires se synchroniser plus ou moins sur les oscillations de la colonne d air et donc retarder ou emp cher la d g n ration progressive du jet Cette r organisation commence d ailleurs la base de la glotte en raison de la petite diff rence de pression caus e par les oscillations de la colonne d air en grande partie d coupl e par l anche La fr quence des saccades va donc progressivement migrer en direction des pics de r sonance du syst me entier clarinette conduit vocal Le jet va pouvoir maintenir sa trajectoire ondulante plus longtemps et conserver son nergie cin tique Les contours de la bouche doivent probablement y participer y compris les rides de surface Les oscillations de l anche vont modifier la forme du jet circulant sur sa surface et vice versa Nous avons en quelque sorte la fois une corde d air tournoyant en boucle excit e par une anche oscillant sur place et par des saccades plus ou moins al atoires du jet et une excitation de l anche et de l extr mit du jet avant son entr e dans la boucle par un archet d air circulaire Ces sp culations sur les modalit s de circulation de l air dans le conduit vocal me conduisent d finir trois configurations caract ristiques dans le jeu de la clarinette repr sent es la figure H 1 Bien entendu ces configurations ne repr sentent que des p les entre lesquels le clari
106. veut repousser au maximum le seuil d extinction et obtenir une sonorit ample et ronde le placement de la l vre tr s en arri re et sa pression tr s modeste sur l anche a galement pour but de faire reculer ce seuil en maintenant une ouverture au repos la plus grande possible L anche a donc une partie libre sans contact avec la l vre qui est assez longue ce qui rend le son riche en harmoniques aigus L air p n tre lat ralement dans l instrument dans une proportion assez importante Les oscillations rapides du pont de l anche lors du choc avec la table sont donc modul es de mani re assez importante dans la perce de l instrument La dilatation du conduit vocal tend arrondir la sonorit qui sans cela serait assez pointue maigre et nasale la perce plus large de l instrument allemand va galement dans ce sens La flexion de l anche est r partie sur une grande longueur et son amplitude est assez faible ce qui favorise un comportement stable de l anche dans la dur e et une faible usure L anche doit tre bien humidifi e donc bien lourde et demande g n ralement quelques minutes d assouplissement pour produire un son de qualit L absence presque compl te de pression sur l anche la rend pratiquement inutilisable lorsqu elle devient un peu faible La sonorit est bien stable du point de vue de l intonation comme la longueur vibrante de l anche est pratiquement constante mais demande un instrument tr s juste p
107. vocal tract by acoustics measurements J Acoust Soc Am 41 4 1967 BIBLIOGRAPHIE 199 81 82 83 84 89 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 R T Schumacher Self sustained oscillations of the clarinet an integral equation approach Acustica 40 298 309 1978 J R Smith N Henrich et J Wolfe The acoustic impedance of the boehm flute standard and some non standard fingerings Dans Proc Inst Acoustics volume 19 pp 315 330 1997 S Sommerfeldt et W Strong Simulation of a player clarinet system J Acoust Soc Am 83 5 1908 1918 1988 M M Sondhi Model for wave propagation in a lossy vocal tract J Acoust Soc Am 51 6 1070 1075 1974 M M Sondhi An improved vocal tract model Dans Proc 11th Int Congr Acoust volume 4 pp 167 170 Paris France 1983 M M Sondhi et J Schroeter A hybrid time frequency domain articulatory speech synthe sizer IEEE Trans Acoust Speech Signal Processing 35 955 967 1987 D W Stauffer Intonation deficiencies of wind instruments in ensemble Washington The Catholic University of America Press 1954 S E Stewart et W J Strong Fonctionnal model of a simplified clarinet J Acoust Soc Am 83 5 1908 1918 1980 B H Story A M Laukkanen et LR Titze Acoustic impedance of an artificially lengthened and constricted vocal tract J of Voice 14 4 455 469 2000 B H Story LR Titze et E A Hoffman
108. 0 et 180 Hz d amplitude entre 4 et 6 MPa s m pour les trois voyelles a e et Le deuxi me pic varie en revanche il est tr s faible et plac vers 2000 Hz pour le a il est de 7 5 MPa s m pour le e plac 1030 Hz et enfin il est double pour le i 14 MPa s m 680 et 820 Hz Les amplitudes calcul es sont donc bien inf rieures celles qu il a mesur es Il ne s agit cependant pas des m mes voyelles ce qui est un peu regrettable Sommerfeldt et Strong 83 ont consid r le conduit respiratoire comme un ensemble de 16 tubes concat n s de longueur 2 5 cm chacun Sept de ces tubes repr sentaient le conduit vocal et leur section tait variable pour obtenir diff rentes configurations La trach e de lon gueur 12 5 cm et les bronches de longueur 5 cm taient constitu es de tubes uniformes leurs diam tres tant d termin s d apr s les valeurs d Ishizaka et al 51 Les poumons sont consid r s comme une r sistance pure de 0 4 MPa s m 51 Pour l obtention de r sultats num riques Sommerfeldt et Strong ont utilis le circuit lectrique quivalent Les parois souples du conduit respiratoire ont ainsi t assimil es un circuit RLC dont les valeurs moyennes ont t obtenues d apr s Ishizaka 51 Les trente configurations de conduit vocal test es donnent une imp dance dont le module est inf rieur 10 MPa s m sauf pour les configurations i et 1 Trois tudes compl tes ont t
109. 00 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence Hz Fic 3 23 Imp dance module gauche et argument droite du syst me total pour les trois notes A5 B5 et C6 dans plusieurs configurations de CV sans ee et aw Attention le pic d imp dance sur lequel aura lieu l oscillation n est pas le premier comme dans le registre grave mais le deuxi me l amplitude du premier pic tant r duite par louverture de la cl de registre A5 B5 et C6 permet d avancer quelques explications Pour les deux notes B5 et C6 le pic est nettement renforc ce qui engendre une pression de seuil plus basse et de plus la fr quence 72 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE du pic est d plac e vers les hautes fr quences pour le B5 et vers les basses fr quences pour le C6 Ce d placement engendre un d placement dans le m me sens de la fr quence de jeu ce qui est conforme la diff rence de fr quence de jeu au seuil que l on peut observer la figure 3 22 entre les configurations aw et ee pour les deux notes B5 et C6 Il faut cependant noter que Harmbal ne peut calculer que des solutions p riodiques et ne peut donc trouver les solutions quasi harmoniques qui r sultent de l apparition d un multiphonique que nous observerons exp rimentalement au chapitre 4 en raison d une forte inharmonicit de deux pics d imp dance d amplitudes voisines La fr quence de jeu Le seuil de perceptibil
110. 02 A 0 01 0664 ds 0 01 0 34 0 36 0 38 04 042 044 046 048 0 5 SY 5 versus y for solutions A B and C with N 13 0 4 and y 0 02 solution A solution B solution C or ee ey 036 038 04 042 044 0 46 0 48 Y 0 5 Figure C 16 P i 7 9 versus y for solutions A B and C with N 13 0 4 and y 0 02 or the ninth one as for solution B These other solutions appear only for large y because it is only above y 0 42 that the higher harmonics have a non negligible influence as shown in Figure C 2 Another feature of these solutions is that they cannot necessarily be retrieved for higher values of N Thus solution C is not found above 13 harmonics and solution B above 29 harmonics However with other values of the parameters for instance 7 0 01 they can be found for a hundred of harmonics So it is important to be aware that many solutions can be found with the HBM but some are not retrieved when N changes because the beating regime threshold changes with N and 148 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE solution A solution B 99 4 F solution 30365 ec frequency in Hz 98 2 L 1 L L L L 0 34 0 36 0 38 04 042 044 046 0 48 0 5 Y Figure C 17 Playing frequency for solutions A B and C as a function of y the solution is therefore in a domain where the model is not accurate or when y changes slightly A question that then arises concer
111. 02 kPa par la configuration de CV De plus il s av re impossible de trouver 4 5 ETUDE SUR DES TUYAUX CYLINDRIQUES 91 tuyau long D wo o a oO a ee ee multiphonique ee aw N D a T a o i N D o T a co a D o 7 a N a fr quence de jeu fondamentale Hz D a 7 ol i multiphonique Hz g gp Ot 4 4 5 5 cn 3 5 Pm kPa FIG 4 8 Mise en vidence d un multiphonique pour le tuyau long avec la configuration ee au voisinage de Ping 2kPa La fr quence de la note fondamentale se lit sur l axe vertical gauche et celle du deuxi me son une douzi me diminu e sur l axe vertical droit une solution num rique avec Harmbal dans le cas du tuyau court avec la configuration ee tuyau long tuyau moyen 20 T T T 25 r ae aa on a N o y Zz D 5 15 Qs a TOF 3 a T T 10 i jo T o g 5 eso y D 1 o o i Bo of i A i 5 1 2 3 5 6 7 2 3 6 7 P no kPa P no kPa tuyau court 80 a a a a 20h 2 D 3 10f o q 3 e Of o 5 O 10f aw aS 3 4 5 6 7 P no kPa FIG 4 9 Evolution de la fr quence de jeu th orique entre le seuil d oscillation et le seuil de battement pour les trois tuyaux long moyen et court suivant les deux configurations de CV ee et aw L chell
112. 09 Al 46 249 43 654 Gi 41 203 38 891 36 708 El 34 648 32 703 D1 30 868 29 135 27 500 BO Fic G 2 Les registres de la clarinette en notation r elle soit un ton en dessous de la notation crite Multiphonique mission simultan e de plusieurs notes sans rapport harmonique entre elles Pitchbend baisse de fr quence sans modification du doigt C est un glissando vers le bas Bugling changement de registre sans modification du doigt surtout dans l aigu Buzz nom donn a la note qui sort non pas sur le partiel 3 comme c est pr vu pour les notes du clairon grace louverture de la cl de registre mais sur la fr quence fondamentale correspondante Cette note n est pas tout a fait une douzi me en dessous en raison de Pouverture du trou de registre et correspond plut t une dixi me Ambitus plage des notes atteignables ou registre de jouabilit G 2 LE CLARINETTISTE PIERRE ANDR TAILLARD 175 G 2 Le clarinettiste Pierre Andr Taillard Comme ce clarinettiste intervient beaucoup dans cette these et en particulier a r dig la partie suivante il me semble important d exposer ici une courte biographie Apr s des tudes musicales la Chaux de Fonds et B le H R Stalder clarinette K Linder et J Wyttenbach piano Pierre Andr Taillard se sp cialise dans les clarinettes et chalumeaux historiques qui lui permettent de se produire en soliste en musique de chambre ou dans lor chestre avec de
113. 2 0 44 0 46 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 Y F 3 tuyau long tuyau long 4 5 10 aw R 0 ee R 0 aw R 0 aw R 1 5e6 a ee R 0 RTL ee R 1 5e6 aw R 1 506 E R 1 5e6 036 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 836 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 3 tuyau long tuyau long aw R 0 E ee R 0 e a aw R 1 586 e ee R 1 5e6 Fi aw R 1 5e6 ee R 1 5e6 0 05 836 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 amp 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 Fic 3 27 Fr quence de jeu et module de P P no ainsi que de x P Pa i de 2 5 en fonction de la pression dans la bouche pour le tuyau long lorsque la r sitance glottique est soit nulle soit gale 1 2 MPa s m L effet d un changement de l ouverture glottale qui s accompagne d une variation de la r sistance ainsi que de l inertance s av re donc assez faible dans l ensemble en particulier pour la configuration aw Pour la configuration ee nous pouvons cependant observer quelques diff rences en particulier au niveau de la fr quence de jeu et du seuil de battement sans qu elles affectent pour autant les interpr tations 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal tuyau court tuyau court 433 5 r r we ae igal ee 0 5 z p L 0 4 2 432 5 3 a o E 0 3 5 432 E A aw L 430 6s sean L430
114. 2 Npart for k 0 k lt Npart k 156 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE Pc kx U x1 Z x U k Npart Z k Npart Pc k Npart U k Z k Npart U k Npart x Z k Pm k Pc k P k Pm k Npart Pc k Npart P k Npart printf Pc n printfreqvec Pc Npart fid fopen itno dat w fprintf fid i conv fclose fid beat plot_uswept u p x Nsamp uswept dat printctrlpar lindiff nonlin reson beat plot_ufcn nonlin gt fcn gt fcn uofp dat 1 nonlin gt params nonlin gt np fprintfreqvec Pm Npart Pm dat fprintfreqvec Pc Npart Pc dat fprintfreqvec P Npart Pfile fprintfreqvec Zt Npart Z dat writeparams outfname paramlist P Npart Nsamp hbinfo gt freq writeparams zout pmt paramlist Zt Npart Nsamp hbinfo gt freq if map 1 writeparams poutb pmt paramlist Pm Npart Nsamp hbinfo gt freq writeparams poutc pmt paramlist Pc Npart Nsamp hbinfo gt freq Les lignes pr c dentes calculent les valeurs des imp dances de la bouche et de la clarinette pour la fr quence de la solution trouv e puis 4 partir du vecteur U transform e de Fourier du d bit entrant dans l instrument effectuent les calculs P Z U et Pm P P Les valeurs des harmoniques de P Pm P et de l imp dance totale la fr quence solution sont crits respectivement dans les fichiers Pc dat Pm dat P dat et Z dat Les autres fichiers crits poutb pmt po
115. 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Note G6 Note G6 3 T r phase Z 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 2 12 Imp dance du conduit respiratoire de deux musiciens Deborah De Graaff en poin till et Peter Jenkin en trait plein pour la note G4 en haut et la note G6 en bas La configuration pour la note G4 est qualitativement similaire pour ces deux musiciens A quelques exceptions pr s par exemple Margery Smith cf figure E 7 c est une configuration adopt e par de nombreux musiciens pour un jeu normal dans le grave et l aigu comme le prouve la similarit entre les figures E 1 E 4 E 10 et E 12 Ces m mes figures montrent en revanche que la modification du conduit vocal pour jouer le suraigu est tres diff rente suivant les musiciens Certains tendent renforcer le deuxi me pic et le d placer dans la plage de fr quence de la note jouer le G6 est 1397 Hz comme Peter Jenkin ou Margery Smith alors que d autres comme Deborah De Graaff ou Lawrence Dobell ont au contraire tendance a le faire dispara tre Cette grande variation parmi les musiciens conduit une conclusion importante pour les clarinettistes il n y a pas de recette miracle 2 3 5 Variations utilis es par les musiciens M me s ils utilisent une configuration assez stable sur l ensemble du registre les musiciens
116. 22 la fonction d aire obtenue est tr s proche de la fonction d aire de la voyelle correspondante Cependant le premier pic s av re nouveau trop lev en amplitude m me si ce ph nom ne est ici renforc par le fait que le premier pic de Deborah de Graaff est syst matiquement de niveau tr s faible en comparaison des autres musiciens Ainsi pour la m me voyelle le premier pic de Joe Wolfe a une amplitude comprise entre 5 et 7 MPa s m ce qui est en accord avec l amplitude simul e Il serait cependant illusoire de croire que cela marche parfaitement pour toutes les mesures Il s avere en effet souvent d licat d ajuster manuellement la fonction d aire obtenue par le mapping pour aboutir une imp dance proche de celle mesur e De plus certains param tres n ont pas t pris en compte comme le fait que chez certains musiciens le bout de la langue vient se placer juste derri re la l vre ce qui rajoute une compliance due au volume sous la langue Ceci n emp che pas pour autant d obtenir une allure approch e de la fonction d aire 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 39 8 f i aw parole aw clarinettiste o Z Pa s m fonction d aire en cm EN N 0 10 20 30 40 50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 indice des segments fr quence Hz Fic 2 22 A gauche fonction d aire pour la voyelle 5 comme dans paw ainsi que celle issue du
117. 3 D autres auteurs se sont concentr s sur les modes de torsion 23 28 76 Nous nous limiterons ici au modele le plus simple consistant en un oscillateur a un degr de libert dont le mouvement est quivalent au mouvement de l extr mit de lanche 95 et dont les param tres sont constants La validit d une raideur constante a en effet t prouv e exp rimentalement par Ollivier 74 dans le r gime anche non battante Le d placement de l anche y y 0 quand l anche est au repos et y H quand l anche est plaqu e cf figure C 1 v rifie donc l quation du second degr suivante dy t dy t 1 ge w2y t pelt Pro 1 4 o lot Pro 1 4 o ur est la masse surfacique de l anche w sa pulsation de r sonance et g son amortissement pe t est la pression dans le bec de clarinette et pmo la pression statique dans la bouche suppos e constante Lorsque la fr quence propre de loscillateur quivalent l anche est tr s sup rieure aux fr quences de jeu du registre fondamental alors la mod lisation de lanche peut se r duire un ressort de raideur k Dans ce cas l quation 1 4 se simplifie en p t e Po a 1 5 y t La diff rence entre les deux modeles est tudi e dans 35 mis en annexe 1 2 2 Le r sonateur Dans l hypoth se de pressions acoustiques de faibles amplitudes par rapport la pression atmosph rique dans le r sonateur le comportem
118. 3000 Hz Or de toute mani re le mod le uni dimensionnel n est plus valable haute fr quence puisqu il faut tenir compte des modes transverses Ainsi El Masri et coll 25 ont montr que l approximation en onde plane pr dit mal le comportement acous tique du conduit vocal au dessus de 4500 Hz Il serait donc inutile de vouloir raffiner plus L int r t cependant de ces corrections est de diminuer fortement les r sonances sup rieures ce qui nous permettra d viter dans les simulations du son de la clarinette des artefacts dus des r sonances importantes haute fr quence qui n auraient certainement pas de signification physique D autre part la fr quence de coupure du r seau de trous lat raux de la clarinette se situe vers 2000 Hz donc c est essentiellement dans la bande 0 3000 Hz que se porte notre int r t 2 4 5 R sultats pour deux voyelles Ajustement Le but de cette simulation est de pouvoir inverser le mod le en obtenant la fonction d aire partir de la mesure d imp dance Ainsi une mise en correspondance a t r alis e avec l aide de Brad Story entre les imp dances calcul es avec ce mod le complet tenant compte de toutes les corrections et la fonction d aire partir de la donn e des trois premi res fr quences de r sonance le programme d termine une fonction d aire Le mapping a t g n r partir des fonctions d aires telles qu elles sont donn es dans 90
119. 4 P no kPa r Harmbal droite tuyau long 0 02 0 015 E 0 01 a 0 005F 3 5 4 P no kPa tuyau long T aw ee 2 5 3 3 5 4 P no kPa tuyau long 0 01 0 008F 0 002F 0 08 0 07 0 06 0 05 E 0 04 a 0 03 0 02 0 01f 3 5 4 4 5 P no kPa tuyau long T aw ee 3 3 5 4 P no kPa comparaison entre exp rience gauche 94 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE L tude de la figure 4 11 correspondant au tuyau long conduit aux remarques suivantes Mis part dans un voisinage du seuil o la pr sence d un multiphonique en configuration ee perturbe grandement le spectre le spectre exp rimental est peu pres conserv lors d un changement de configuration sauf l harmonique 5 qui est amplifi par le aw Ceci n est pas le cas th oriquement et de surcroit les amplitudes ne correspondent gu re Alors que les harmoniques pairs sont deux cinq fois plus lev s exp rimentalement les harmoniques impairs sont au contraire plus faibles Ainsi l harmonique 5 est mesur dix fois plus faible pour le CV aw qu en th orie et la seule explication de la place du capteur pres d un noeud n est pas suffisante puisque S bastien Ollivier 74 avait d j observ exp rimentalement une diminution par un facteur 5 de l harmonique 5
120. 4 au Do 6 ce qui correspond au registre de clairon ou registre aigu 3 Le soulevement du premier doigt de la main gauche en deuxieme cl de registre permet d obtenir les notes au dessus partir du R b mol 6 qui constituent le registre altissimo ou registre suraigu Intonation elle mesure le degr d ad quation entre une note et une r f rence donn e cette r f rence pouvant tre par exemple une gamme chromatique temp r e ou une relation harmonique Harmoniques leur num rotation se fait selon la terminologie francaise l harmonique 1 correspond au fondamental de fr quence f et donc l harmonique correspond au i me harmonique de fr quence i fo 173 174 ANNEXE G AU SUJET DE LA CLARINETTE fr quence clavier note 4186 0 3951 1 ES 3729 3 3520 0 B7 2960 0 2793 8 G 2637 0 2489 0 2349 3 E7 2217 5 2093 0 D7 1975 5 9542 te ae pone registre 1480 0 1396 9 E 8 1244 5 ae E6 altissimo 1108 7 046 5 D 987 77 932 33 860 00 BS 830 61 783 99 A5 739 99 698 46 po registre 659 26 622 25 E5 55437 ee ps du clairon 37 523 25 ee 493 88 466 16 440 0 54 415 30 392 00 Ad 369 99 349 23 i 311 13 2225 Ed 27718 550 D4 registre du 261 6 ae 246 94 733 08 220 00 55 chalumeau 65 196 00 gt 185 00 174 61 Ge 164 81 155 56 146 83 ES 138 59 130 81 D3 123 47 116 54 110 00 B2 103 83 97 999 A2 92 499 87 307 ES 82 407 77 782 73 416 EZ 69 296 65 406 D2 61 735 58 270 55 000 Bl 51 913 48 9
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122. 7 improvements have been made to determine the nature of the bifurcation and the spectrum at small oscillations Grand et al 43 the influence of the main control parameters on the square signal Kergomard 57 and the transition between small oscillations and the square signal Kergomard et al 59 A numerical method called the harmonic balance method HBM has been adopted and developed by Schumacher 81 and Gilbert et al 42 for self sustained instruments and an approximate analytical method called the variable truncation method VTM was established by Kergomard et al to obtain analytical results which were compared with the results of the HBM 59 A good reason for employing frequency domain methods like HBM and VTM is that the solutions found do not depend on the history as they do with time domain methods All solutions stable and unstable can in principle thus be found which is convenient when studying the influence and control of the different parameters of a given model cf 31 As a natural consequence HBM and VTM are not useful for studies of transients An efficient computing tool using the HBM has been developed by Farner see 31 enabling us to present solutions not presented earlier It makes it possible to follow a solution as a parameter changes for example from small to large oscillations and thereby easily study the influence of the parameters such as mouth pressure visco thermal dissipation in the pipe
123. 80 et 3 20 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s MORE xo son o e oa e di e 8 a Sa E o aldo en ee 108 Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique Pmo vaut de haut en bas pour la note G5 2 06 2 25 2 90 et 3 50 kPa pour la note A5 2 1 2 3 et 2 7 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de P0 pour les deux configurations ee et aw note G3 dans la colonne de gauche et note D5 embouchure clar grave dans la colonne de droite 111 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de P 9 pour les deux config ee et aw note G5 dans la colonne de gauche et note A5 dans la colonne de droite cure anus Gee ee a a Ree 112 Spectre du bruit dans le barillet juste avant le seuil d oscillation pour les notes A5 et G4 avec la bouche artificielle comparaison entre les configurations aw pauche els ee a droite ads noe e as Meme tk at a A 114 Spectre du bruit g n r avant le seuil et enregistr par un microphone externe pour la note G4 pour les deux configurations de CV ee et aw comparaison entre la bouche artificielle gauche et le musicien P A Taillard droite 115 Spectre du bruit enregistr par P A Taillard 40 cm du bec juste avant le seuil d oscillation
124. A phone 9385 4234 fax 9385 6648 email ethics sec unsw edu au Your consent Fic D 1 Questionnaire D 1 En AUSTRALIE 159 QUESTIONNAIRE AND INSTRUCTIONS You will be asked A few questions about your musical background as a clarinet player A few questions about the influence of the vocal tract in playing the clarinet To mime a few note embouchure combinations on the fake clarinet for vocal tract acoustical measurements To play these note embouchure combinations on the lab s clarinet for recordings 1 Musical background a For how long have you been playing the clarinet b Where did you study the clarinet Do you have a classical training If not what style did you study eg jazz klezma c Highest formal or professional qualification d Which kind of music do you play mostly classical jazz 2 What is your personal opinion about the importance to your playing of the vocal tract shape ie position of tongue in the mouth soft palate vocal folds but not including the bite 1 2 3 4 5 Is it important to the pitch of the note played circle one Very important somewhat important only slightly important not important at all Is it important to the tone colour of the note played circle one Very important somewhat important only slightly important not important at all In what way does it change the tone colour briefly Not counting changes in the bite do you change the shape of the tract
125. F3 or C5 Note that in the second case although the third harmonic is easily the strongest the fundamental of F3 is still present and that only the odd harmonics of F3 are present Although the strongest spectral component is that for C5 the corresponding note in the second register this is quite different from a note played in the second register especially when the speaker key is used as a register hole For such notes there is no measurable power in frequencies corresponding to the first register and the even harmonics are not in general much weaker than the odd harmonics A database of clarinet sound spectra and impedance spectra is at 96 So clarinettists can produce very different spectral envelopes To do so however they use modifications in several of the embouchure parameters and perhaps the vocal tract So this C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 149 3rd 200 4 2007 a e a fe 1st harmonic i amplitude amplitude o o T o 5th 1st harmonic sop H 9th 4 50 A A 7th iy AA Fes Sin 9th J IM A es A eee Es wee ek 0 500 1000 1500 2000 0 500 1000 1500 2000 frequency in Hz frequency in Hz Figure C 18 Spectra of different sounds recorded at the end of the clarinet bore Top note F3 Bottom player sounding both F3 and C5 together ability is not comparable with the ability of the HBM to find various solutions for the same set
126. G 3 10 Fr quence de jeu en fonction de y pour le tuyau court et la configuration ee calcul e par Harmbal pour diff rents nombres d harmoniques Np lorsque y commence devenir grand il y a par exemple une diff rence de 10 cents entre le ee et le aw pour le tuyau court tronqu y 0 45 Ainsi les deux configurations de CV ne pourront tre diff renci es par une oreille humaine que pour ces deux tuyaux du moins en ce qui concerne la fr quence de jeu D autre part la plus grosse variation entre les deux CV est observ e pour le tuyau court tronqu soit pour un tuyau court de clarinette ce qui confirme l opinion des musiciens Ceci n cessite cependant d tre confirm avec des imp dances de clarinette pour diff rentes notes Int ressons nous maintenant au spectre pour tudier d une part si nos intuitions du para graphe 3 3 sont v rifi es et d autre part si les diff rences engendr es par les deux configurations de CV peuvent tre musicalement perceptibles Spectre dans le bec Nous pr sentons ici le spectre de la pression dans le bec et non celui de la diff rence de pression de part et d autre de l anche qui sert uniquement dans la boucle de calcul de Harmbal sans pr senter de grand int r t pour le musicien Nous utilisons dans tout ce paragraphe la notation usuelle x Pa Pe qui repr sente le rapport entre la pression dans le bec pour l harmonique 7 et celle pour l
127. G3 au G5 et celle du A5 au C6 en bas Ceci nous donne ainsi 0 27 0 03 pour l embouchure cyl 0 25 0 03 pour l embou chure clar grave et C 0 26 0 03 pour embouchure clar aigu 4 Les valeurs de zeta obtenues ici sont inf rieures celles obtenues par Ollivier dans sa th se 74 de l ordre de 0 35 Les diff rences la fois dans la m thode de d termination sa m thode tant plus pr cise et s affranchissant d incertitudes comme celle sur S ainsi que dans le r glage de l embouchure en sont les raisons 88 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 4 4 Mesure de la r sistance glottique Cette mesure a t r alis e en deux temps Nous avons en premier lieu relev la diff rence de pression entre la trach e juste avant la glotte et la bouche lorsque la clarinette jouait dans une nuance forte Cette diff rence de pression APg valait 0 32 kPa pour la configuration ee et 0 27 kPa pour la configuration aw Nous avons ensuite d mont la clarinette et relev pour diff rents d bits uy la diff rence de pression en statique AP Les courbes u f AP sont consign es la figure 4 6 L inter polation lin aire de ces deux courbes nous donne u AAP avec A 0 15 x 10 pour le ee et A 0 21 x 10 pour le aw 0 2 o config aw interp lin aire config ee interp lin aire 0 15 L s
128. Harmbal va donc r aliser les it rations sur AP Or comme les grandeurs qui nous int ressent au final sont P lar et Prouche il faut galement programmer l criture de fichiers pmt avec la donn e de ces grandeurs Il est de plus int ressant de pouvoir acc der aux valeurs interpol es de l imp dance qui seront ainsi consign es dans un autre fichier De plus un programme de type hbmap doit tre cr pour pouvoir faire varier l imp dance du CV En effet si celle ci est importante il s av re souvent impossible d obtenir une solution partir de la solution sans CV Il faut donc pouvoir faire varier son amplitude progressivement C 2 3 Impl mentation de l interpolation Nous commen ons par interpoler l imp dance de la clarinette car nous pourrons ainsi v rifier Pexactitude des r sultats trouv s en utilisant l interpolation en les compararant avec ceux trouv s pour l expression analytique de l imp dance Ceci fait il sera assez vident d adapter le programme dans le cas o l on veut interpoler l imp dance du conduit vocal C 2 4 Interpolation de l imp dance de la clarinette Nous supposons donc ici que l imp dance de la clarinette n est plus donn e par une fonction analytique mais par une suite de valeurs des fr quences successives Les fichiers dans lesquels seront lus ces imp dances exp rimentales contiendront d abord les fr quences puis les parties r elles et ensuite les parties imagin
129. La configuration aw renforce ainsi sgnificativement le bruit g n r avant le seuil dans la bande 1000 4000 Hz Avec la bouche artificielle rien de tel n est cependant observ ni dans le barillet ni l ext rieur de la clarinette microphone quart de pouce Briiel amp Kjaer plac approximativement comme le microphone Neumann des enregistrements de P A Taillard ainsi que le montre la courbe de droite de la m me figure Ceci montre que notre CV artificiel dont tous les disques sont centr s avec des arr tes assez vives et dont la glotte ne peut tre modifi e ne permet pas d influer autant l coulement qu un vrai CV humain L origine du bruit serait donc plutot a mettre sur le compte de la vitesse de l air passant sur l anche ainsi que l orientation du jet que sur le filtrage du CV ce qui expliquerait qu on obtient peu pres toujours le m me bruit avec notre dispositif artificiel Pourtant ceci ne nous emp che pas d obtenir peu pr s les m mes effets concernant la facilit d mission par l une ou l autre des configurations qu un joueur humain le ee permet dans notre dispositif artificiel d obtenir le E6 la diff rence qu il faut fermer moiti l index gauche mais pas le A5 au seuil pour une certaine embouchure alors que le aw permet de les obtenir toutes deux l image de ce que montrent les courbes de droite de la figure 4 27 De plus de ces figures aucune diff rence
130. La figure G 4 montre comment la table est modifi e par ces patchs variation de hauteur mm 30 10 20 distance du bout de l anche mm FIG G 4 Modification de la hauteur de la table par les patchs Y N et la combinaison des deux en fonction de la distance par rapport l extr mit fine de l anche Annexe H Cons quences p dagogiques de l tude Suite la venue de Pierre Andr Taillard PIRCAM pour le r glage de la bouche artificielle ainsi que la r alisation de quelques exp riences et suite de nombreuses discussions par rapport mon travail Pierre Andr a eu un d clic par rapport la th orie du son guide nom utilis pour d signer le signal produit par la glotte puis filtr par le conduit vocal et la clarinette juste avant le seuil d oscillation Celle ci est susceptible de prendre l avenir une certaine importance en p dagogie Pierre Andr l utilise depuis plus de dix ans sans trop comprendre la raison expliquant son efficacit Il avait baptis cet exercice les sons brouillards Juste apr s sa venue il a pu refaire l exp rience avec une tr s jeune l ve qui a un peu plus d un an de clarinette jouant un instrument en ut adapt sa petite taille Le plus simple est de laisser Pierre Andr parler lui m me dans un courriel du 20 Octobre 2004 Nous sommes en train d aborder le clairon jusqu G5 Je lui ai fait entendre le son guide n cessaire pour produire le E6
131. N oints avec N entier ermet en effet une transform e de Fourier discr te plus rapide qu une fen tre un nombre arbitraire de points 2 3 LES MESURES 27 1507 4 140 B amp 130 phase Z o 1201 20log Z 110 1 i i i i A j _4 i i i i i j 00 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic 2 11 Test de reproductibilit imp dance du conduit respiratoire pour la note G3 quatre instants diff rents sur une dur e de 40 minutes 2 3 3 Commentaires g n raux Les musiciens semblent adopter une configuration stable sur l ensemble des registres Pexception de quelques uns qui changent de configuration dans le suraigu pour la note G6 Ceci a d ailleurs t cit par un musicien il est pr f rable d avoir une embouchure qui fonctionne partout afin de pouvoir jouer rapidement sur tout le registre L amplitude moyenne de l imp dance est peu pres la m me pour tous les musiciens Le premier pic dont la fr quence se situe aux alentours de 200 Hz a une amplitude comprise entre 1 8 et 5 6 MPa s m 125 135 dB Les r sonances suivantes diff rent par contre en fr quence et en amplitude Les plus marqu es se situent entre 30 et 100 MPa s m 150 160 dB ce qui est du m me ordre que les pics de la clarinette Alors que ce n est pas toujours tr s marqu chez les musiciens avanc s la diff rence entre les configurations
132. P 1 9 P w Z w U w 1 10 o le tilde d signe les grandeurs adimensionn es la pression par la pression de plaquage Pm l imp dance par l imp dance caract ristique du r sonateur Zo et le d bit par Py Zo 16 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES est un param tre d embouchure li au d bit maximal pouvant entrer dans le bec et y correspond la pression d alimentation adimensionn e 2 ZowH 1 11 Pd 1 12 y P 1 12 Nous disposons donc de trois quations 1 8 1 9 et 1 10 trois inconnues p u et y qu il est donc possible de r soudre du moins num riquement Nous pr sentons ainsi au paragraphe suivant la m thode de r solution num rique que nous utiliserons dans la suite de cette these l quilibrage harmonique 1 3 R solution num rique La m thode d quilibrage harmonique La m thode d quilibrage harmonique est une m thode g n rale permettant de trouver des solutions p riodiques d un syst me non lin aire oscillant Elle a t appliqu e pour la premi re fois par Gilbert et Kergomard au cas de la clarinette en 1989 42 Dans cette r f rence une description compl te peut y tre trouv e de sorte que nous ne pr sentons ici que succintement la m thode Nous supposons le syst me gouvern par deux quations reliant les deux variables p et u ce que l on peut obtenir en combinant 1 8 avec 1 9 L une des quations est lin aire dans le domaine fr
133. P versus y for different values of y 0 4 and N 9 Bottom P versus y for different values of y 0 02 and N 9 Register change It is possible for a clarinet player to change the register and play the musical twelfth which corresponds to the second eigenfrequency of the clarinet or the third harmonic as the clarinet behaves as a closed open pipe This regime can be found using the HBM by setting as an initial condition a playing frequency equal to that of the third harmonic As the impedance of this harmonic is smaller than that of the fundamental the threshold which now corresponds to A Y3 is greater From Figure C 6 the lowest register has higher acoustic pressure than the higher register for a given mouth pressure At first this seems to conflict with the measurements of Fuks and Sundberg 36 and with the reports of clarinettists that the blowing pressure for a given dynamic level is largely independent of register However the sensitivity of the ear increases with increasing frequency up to about 3kHz so lower acoustic pressure should be necessary for the higher register to give the same perceived loudness There is thus not necessarily a contradiction in this Furthermore our model does not take into account that in real performances the reed may often operate in a beating regime and the player may assist the upper register using the vocal tract However Figure C 6 shows that the threshold pressure increases for highe
134. P A Taillard 40 cm du bec juste avant le seuil d oscillation gauche et juste apr s le seuil droite pour les notes A5 et E6 fonctionnent pour E6 L hypoth se que le bruit ayant plus d nergie dans les hautes fr quences en particulier au niveau des 2 et 3 harmoniques du A5 permettra de favoriser l mission du A5 au seuil plut t que celle du buzz pourrait se concevoir sauf qu il ne semble pas y avoir 116 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE besoin de cette nergie suppl mentaire pour E6 Cependant ceci pourrait en fait s expliquer en regardant de plus pres les spectres d imp dance correspondant ces deux notes le pic de r sonance correspondant la fr quence du A5 est de m me amplitude voire m me l g rement inf rieure au pic du buzz alors que dans le cas du E6 le pic associ cette fr quence est bien le plus lev de tout le spectre de sorte que l mission sur une autre note sera moins favorable que dans le cas du A5 Les liaisons Nous pr sentons ici deux liaisons r put es assez difficiles chez les clarinettistes La premi re consiste en une octave passant du registre du chalumeau au registre de clairon par exemple C4 C5 La figure 4 28 montre qu la mont e la configuration ee permet une transition plus rapide que le aw avec un temps de 0 88 s contre 0 94 s Ce temps a t mesur entre les instants o l amplitude du C4 passe en dessous de 0
135. Pair au voisinage du bout de l anche Je voudrais profiter galement de cette conclusion g n rale pour mettre en valeur l int r t pour nous autres acousticiens de travailler en troite collaboration avec des musiciens Il s agit plus que d une simple coute de leurs probl mes ou souhaits il faut vraiment arriver nous im merger dans leurs pr occupations pour en identifier les origines physiques et en discuter au fur et mesure de l avancement des recherches afin de v rifier r guli rement de part et d autre la pertinence des question pos es Ainsi Deborah de Graaff et Pierre Andr Taillard ont contribu notablement l avancement de cette th se par leur regard externe approfondi et questionneur sur les exp riences mener en fonction de leur exp rience personnelle et p dagogique et surtout de leur questionnement permanent pour mieux comprendre ce qu ils font et donc mieux len seigner am liorer sans cesse leur palette de jeux et repousser les limites de la clarinette C est dans cette optique que j ai mis la r flexion de Taillard dans l annexe H en plus de faire le point sur les cons quences p dagogiques r sultant de ce travail et des nombreuses discussions que nous avons eues elle offre l interpr tation d un clarinettiste sur l influence a rodynamique du conduit vocal Elle est donc lire en tant que telle et bien qu elle puisse pr senter des interpr tations qui restent tre tay es s
136. Par cons quent nous pouvons crire de mani re analogue 1 6 dans le domaine de Fourier Pn w Zmlw U w 3 2 En combinant les quations 1 6 et 3 2 nous obtenons AP w P w Pa w Ze Zm w U w Z w U w 3 3 D autre part les quation 1 4 et 1 7 deviennent d y t dy t 4 1 21Ap Pm ne wH y PA sp Pro 3 5 Par cons quent en rempla ant dans le mod le de la clarinette seule pe Pe et Ze par respectivement Ap pe Pm AP P Pon et Z Z Zm les quations restent inchang es lorsque l on ajoute le conduit vocal Ceci permet d utiliser en tout cas au niveau de la m thode de l quilibrage harmonique le m me outil de simulation Harmbal la diff rence pr s que ce sera Ap et non pe qui sera calcul La d duction de pe et p est ensuite vidente Ce qui est simple sur papier ne l est cependant pas toujours autant en programmation et de nombreuses modifications ont ainsi d tre impl ment es dans ce programme ce qui est d taill dans la deuxi me partie de l annexe C pour obtenir les m mes fonctionnalit s avec le CV que sans Le principal probl me a r sid dans le fait qu il n est pas possible d utiliser une imp dance analytique pour le CV comme on peut le faire pour la clarinette en l approximant par un tuyau cylindrique Il est important de relever que le CV n intervient en r alit pas uniquement par sa seule imp dance Ainsi un
137. Pmo pour les trois tuyaux et les deux configurations ee et aw Les trois figures suivantes pr sentent dans la colonne de gauche les r sultats exp rimentaux et dans la colonne de droite les r sultats th oriques obtenus avec Harmbal pour un nombre d harmoniques N tel que la fr quence maximale soit inf rieure 4000 Hz et pour et Py choisis gaux aux valeurs d termin es au 4 3 pour lembouchure cyl soit 0 27 et Pu 5 55 kPa Il est important de rappeler une nouvelle fois ici que les r sultats de Harmbal ne sont valables qu en r gime anche battante ce qui explique pourquoi les simulations s arr tent vers 2 5 kPa 4 5 ETUDE SUR Pour faciliter les comparaisons l chelle est la m me dans les deux colonnes pour les abscisses mais n a pu tre conserv e pour les ordonn es au risque de rendre les graphiques illisibles DES TUYAUX CYLINDRIQUES 3 tuyau long 3 5 4 P no kPa tuyau long tuyau long 0 035 0 037 0 025F 0 027 aP aL 0 017 0 005 0 015 3 5 4 4 5 5 5 5 P no kPa tuyau long 0 018 0 016F e 0 014 0 012 0 01 a in a 0 008 0 006 0 004 0 002 ee aw FIG 4 11 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de P 9 pour le tuyau long pour les configurations de CV ee et aw et simulation pa 2 5 3 3 5
138. US Mo Cia sun Gin 5 ek Oy eed 167 E5 Peter Jenkins As LE Le qe SOU SE Se ER En ot be ae het 167 Compl ment exp rimental 169 F 1 Le banc de mesure d imp dance de PUNSW 169 F2 La bouche artificielle de PIRCAM 4 3 uses ae a s Rue as 170 F 2 1 Etalonnage des capteurs ig eras 4 Ne mnt bee Ae Gy Bs 170 F 2 2 Reproductibilit des mesures Va a 44 tata 172 Au sujet de la clarinette 173 ute ASS Art il A NE da SS bee hig aula d 173 G 2 Le clarinettiste Pierre Andr Taillard 175 G 3 Techniques de son allemande et fran aise 175 G 3 1 La technique allemande 22 42 Sud eds de ads dos 176 G 3 2 La technique fran aise 177 GA Le syst me Claripateh oaoa de d alte Ew dle 178 Cons quences p dagogiques de tude 179 Valorisation des comp tences un nouveau chapitre de la th se 185 I 1 Cadre g n ral et enjeux du projet 185 TABLE DES MATIERES 11 1 Objectifs du projet ELD Enjeux 1 2 D roulement gestion et co t du projet 1 2 1 Pr paration et financement 2202 44 4 it de a ta Ain et 1 22 Etapes scientifiques du travail 22 3 Ae ne NME EL AS 2 3 Conduite du projet I 2 4 Evaluation du co t du projet Li Va List od BS mes 13 Comp tences savoir faire qualit s professionnelles et personnelles I 4 R sultats impact de la th se Bibliograp
139. Z saut de registre li embouchure serr e 1000 1500 fr quence Hz 2000 2500 3000 phase Z rad nes LAN bend i saut de registre li embouchure serr e WH 1000 1500 fr quence Hz 0 500 2000 2500 3000 Fic E 6 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e E 3 Margery Smith Margery Smith se produit aussi bien la clarinette qu au saxophone tant en soliste qu en orchestre ou en musique de chambre Elle est professeur aux conservatoires de Newcastle et 166 ANNEXE E MESURES D IMP DANCE DU CV de Sydney et s int resse particuli rement au d veloppement de la pratique musicale dans les milieux d favoris s 150 T r r r r 4 140 2 Et N amp OF E E pa a e ees ve E FT o 1 4 N a i 24 J i i 3t 4 I 100 i i i i i i 4 i i i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 7 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 150 T r r r r 4 3 L 140 2 3 130 8 1 AU N N oe D on i 2 120 8 0l pot ret CRA A 4 a Go H al ayy 14 4 E 403 110 4 Ay 00 i ae 2h J 1 ee T l 11 409 i i i
140. a droite En bas zoom du clich de gauche tel qu on peut le voir sous Imagina Le programme Imagina utilis pour d terminer louverture de lanche partir des photo graphies a t con u par Matthias Coulon lors de son stage de fin d tudes d cole d ing nieur Plrcam Ce programme d analyse d images crit sous Matlab permet partir de la donn e d une r f rence physique ici la largeur de l anche de 13 05 mm de calculer la distance entre deux points donn s par l utilisateur par une s lection la souris Comme la pr cision requise est assez importante de l ordre du microm tre puisque l anche au repos n est ouverte que d environ 0 4 mm le zoom optique des clich s puis le zoom num rique sous Matlab ne permettent pas d obtenir cette pr cision pour deux raisons La premi re est due au fait m me de cliquer qu il est difficile de r aliser de mani re immuable exactement l endroit o l on veut La deuxi me raison concerne directement la d termination de cet l endroit o l on veut cliquer c est notre oeil ici qui d termine les bordures de la fente et ceci est d autant plus pr cis que le contraste et la nettet sont bons L une des difficult s majeures lors de la prise des clich s r side donc dans l clairage du dispositif et la mise au point au centre de l anche Il faut que la bordure du bec soit suffisamment clair e pour para tre scintillante mais sans l tre de trop afin d
141. a ie rd Que D bd adds 1 1 3 Son influence dans le jeu des instruments vent 1 1 4 Son impedance acoustique ws ae ed ae esa eee e e SS et Laclarinetters eo ne ray El A de Die a da nier Ste iS Deel anche yo ii A L E e E 12 2 LE TESOMA LEUE lt s a a et de aus ek 1 2 3 La caract ristique non lin aire mires arial ela as BS 1 2 4 Adimensionnement des quations R solution num rique La m thode d quilibrage harmonique Exp rimentation Bouche artificielle 2 Le conduit vocal et son imp dance 2 1 2 2 2 3 Introd ction e s s eia At e a a a ou ede Ot eed a Ree ee a Dispositif de mesure d d imp dance 24e 06 dial del R Sek Mowe Sep mm 4 2 2 1 Le spectrom tre imp dance 20 3 8 8 046 a a 2 2 2 Insertion de la t te de mesure dans le bec 22 3 Chauffage sade tua de A ARA A ra e 2 28 SSaMDEAMOM et e A LR A dl rss 2 2 5 R alisme de la mesure e y we pie eae ee ee EAS SRE SE Les mesures da da a hea a a a Se artis aS as A bes DG Protocole Ls Sook te cael Od BNE ee el BN gg ASA di cate Sek cee a ae 2 3 2 Reproductibilit des mesures 211 13 13 14 15 15 16 17 212 TABLE DES MATI RES 2 3 3 Commentaires g n raux atea e a de is 2 3 4 Variations entre les musiciens pour un jeu normal 2 3 5 Variations utilis es par les musiciens 2 4 Simula
142. a montr le premier que l imp dance du conduit vocal est en s rie avec l imp dance de la clarinette de sorte que ces deux r sonateurs apparaissent dans la th orie comme sym triques Cependant le changement de l une des imp dances induit un effet du m me c t de l anche de sorte que les effets du conduit respiratoire ne sont pas imm diatement d tectables Il a observ que si les pics de l imp dance totale taient harmoniques l oscillation tait stabilis e alors qu un pic mal plac du conduit respiratoire pouvait provoquer des multiphoniques Il a galement r alis des mesures de spectres qui ont confirm la subtilit de l effet du conduit respiratoire une augmentation de 40 dB du quatri me harmonique du signal de pression dans la bouche n induit qu une augmentation de 12 dB pour le signal de pression externe A l oppos et en contradiction avec les musiciens Backus 8 consid re que l effet du conduit vocal est compl tement n gligeable En tant que bassonniste il n a remarqu aucun effet quand il joue et des essais d lib r s de modification de la forme de sa bouche n ont men aucune 6 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES conclusion Il a galement r alis une exp rience pour prouver ce qu il avance il a branch une clarinette dont l anche tait contrainte par un dispositif ad quat sur un aspirateur Elle fonctionnait ainsi toute seule et les musiciens n avaient qu
143. a note crite G5 et fermeture des trous correspondants173 Les registres de la clarinette en notation r elle soit un ton en dessous de la N t tion crite SE SPA 4 abe da a e a o Mise en place d une languette Claripatch sous lanche Modification de la hauteur de la table par les patchs Y N et la combinaison des deux en fonction de la distance par rapport l extr mit fine de l anche Repr sentation sch matique des trois configurations de conduit vocal illustrant la circulation de l air suppos e par Pierre Andr Taillard En bleu air circulant sur la langue en direction de l anche en rouge air circulant vers le palais en direction de la mentonni re du bec En brun la portance de l anche due une in galit de vitesse de l air balayant ses deux surfaces Dans la configuration en la langue laisse passer lat ralement le jet d air par dessous contrairement aux deux autres configurations o seul le dessus de la langue est repr sent Pour le i l angle d embouchure a t modifi pour accentuer encore la diff rence de circulation Dans le cercle une vue sch matique de la glotte suppos e typique de chaque confic rationi 3 args ers a ai o CS le e y eed Table des matieres Introduction 1 Etat des connaissances 1 1 1 2 1 3 1 4 Le conduit respirat ife os A A A AS A e tr 1 1 1 Quelques d finitions 2 ns RS e ls dia Be Ky Mon ie Sw LEER SAR CCOMCIAG d
144. ab 2 40 Une valeur r aliste du d bit u est trouv e en consid rant que le musicien vide approximati vement 4L d air de ses poumons en 30s ce qui donne u 1 3 x 1074 m s D autre part en choisissant le coefficient C gal 0 7 et les valeurs de a et b d finies au 2 4 2 nous obtenons R 1 3 MPa s m ce qui est proche de la valeur utilis e pour l ajustement Il tait donc important d avoir pour la fuite dans le bec de mesure une r sistance statique comparable celle de la clarinette afin que les musiciens puissent avoir un d bit du m me ordre que celui en situation de jeu Par ailleurs la dimension de l ouverture glottique joue sur l inertance L Pets qui peut ainsi varier de 430 Pa s m pour la glotte d crite pr c demment 110 Pa s m pour une glotte plus largement ouverte de dimensions a 18mm b 5 mm et eeff e 3 mm pas de correction de longueur dans ce cas qui d apr s Mukai correspondrait louverture glottique d un musicien amateur En fait les variations de L et de R s effectuent dans le m me sens elles diminuent lorsque l ouverture de la glotte augmente La figure 2 28 montre l effet d une modification de r sistance et d inertance au niveau de la glotte sur le module de l imp dance dans le cas des deux imp dances du conduit vocal artificiel d crites au paragraphe 2 5 2 7 CONCLUSION 47 ee aw 150 140 140 130 a a 130 a
145. abaissement important de la pression de seuil ou bien une variation norme de la fr quence de jeu peut tre attendue si une r sonance du CV coincide avec le pic de r sonance de la clarinette sur lequel a lieu l oscillation mises part ces situations particuli res les deux configurations de CV ee et aw donnent des pressions de seuil peu pres identiques Il s av re donc maintenant indispensable d effectuer une tude exp rimentale de l influence du conduit vocal pour v rifier ces pr dictions num riques et tendre les conclusions toute la plage de jeu ainsi qu des ph nom nes qu il est impossible d tudier avec Harmbal comme par exemple la facilit de transition entre deux notes Chapitre 4 Etude exp rimentale l aide d une bouche artificielle 4 1 Introduction Ce chapitre permet de pr senter suite l tude th orique pr c dente une tude exp rimentale du probl me principalement r alis e avec une bouche artificielle incluant un conduit vocal mais galement compl t e par des mesures sur des musiciens L int r t majeur de ce dispositif arti ficiel est le d couplage des l vres du conduit vocal ce qui nous permet de nous affranchir de la modificiation de l embouchure inh rente la modification de la configuration du conduit vocal chez les musiciens et donc d tudier uniquement les effets dus a une variation de l imp dance de celui ci Apr s une descriptio
146. aires de l imp dance correspondant ces fr quences Lors de l appel de Harmbal le fichier dans lequel ces valeurs devront tre prises sera pr c d de l option i option qu il nous faut ajouter au programme dans interface c case i if argc lt 1 hberr option i should be followed by filename NULL optionlist pl field string impmodel optionlist p value 105 ptt impfilename string argv nech lengthfile impfilename nech nech 3 argc break 152 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE La variable nech pass e en global contenant le nombre d chantillons lus dans le fichier nous permettra notamment d allouer l espace m moire n cessaire aux vecteurs utilis s Dans la fonction permettant le choix du r sonateur clarinetresonator dans clarinet c nous ajoutons le mod le 105 case 5 impedance given by experimental values params getimpvalues impfilename reson initresonator clarinet_experimental params np break Ces lignes permettent de copier les valeurs contenues par le fichier impfilename dans la vecteur params sous la m me forme fr quences puis partie r elle puis partie imaginaire et de faire pointer la variable reson vers le mod le de r sonateur clarinet_experimental qui permet l interpolation La fonction getimpvalues est crite ci apr s et plac e dans interface c double getimpvalues char filename FILE impfile int n
147. al mais qui pr sentent des effets importants pour les clarinettistes et peuvent ouvrir des pistes pour la suite de l tude 112 0 35 0 3 0 25 o E Q 02 0 15 0 1 2 25 3 Po kPa G5 0 06 2 2 5 3 P no kPa G5 3 5 P3 ee 3 5 0 15 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 0 095 2 2 2 4 2 6 P__ kPa mo A5 2 8 3 P3 ee 0 015 0 01f 0 005 Oo __ _ gt 2 2 2 2 4 2 6 f P no KPa A5 P2 ee ET P5 ee e P3 aw e P5 aw P4 ee e P2 aw e P4 aw 3 P no kPa 2 2 2 2 4 2 6 Pa kPa 2 8 3 FIG 4 24 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Pmo pour les deux config ee et aw droite L mission du suraigu note G5 dans la colonne de gauche et note A5 dans la colonne de Nous en avons d ja discut pour des notes particuli res comme le C6 et le E6 mais j aimerais ajouter des commentaires plus g n raux sur l ensemble des notes de ce registre Le jour o la bouche artificielle a t r gl e par P A Taillard nous avons constat une mission possible sur le mode 5 du B5 au D6 avec la configuration ee mais sur une plage de pression r duite alors que l mission de ces m mes notes fut obtenue sur une
148. ant aux imp dances de Margery Smith et de Lawrence Dobell pour les effets sp ciaux alors que les imp dances de ces deux m mes musiciens pour le jeu normal diff rent notablement figures E 7 et E 10 Serait ce d au fait que ces deux musiciens ont jou pendant quelques ann es dans le m me orchestre le Sydney Symphony Orchestra et auraient de ce fait cherch avoir un son semblable Margery Smith figure 2 14 est une des seules musiciennes australiennes s exprimer vrai ment en terme de voyelle alors que les musiciens fran ais en parlent quasiment syst matique ment elle utilise un ee pour l aigu et pour rendre le son plus brillant et va au contraire assombrir ou baisser le son avec un aw Cependant d autres musiciens d crivent ce qu ils font par rapport la position de la langue haute ou basse dans la bouche ce qui revient approximativement au m me le ee correspon dant une position haute de la langue et le aw une position basse au niveau de la configu ration sans pour autant qu ils consid rent obtenir le m me effet Ainsi Karl Murr figure 2 15 trouve qu avec la langue basse le son est plus riche en harmoniques mais n est pas centr alors que la position haute lui permet d avoir un son plus centr au d triment de la richesse harmonique Pour interpr ter un peu mieux ces mesures et surtout pour remonter la g om trie du conduit vocal des musiciens a
149. ante sur le timbre En ce qui concerne la justesse quatre musiciens consid rent que le conduit vocal est important les autres consid rant qu il est tr s important Je ne citerai ici que les musiciens qui ont t les plus capables de dire en quoi consistait r ellement leur utilisation du conduit vocal en particulier au niveau de la bouche Je conserve ici leur vocabulaire de musicien qui ne correspond parfois qu des images mentales et musicales Tout se passe avant tout par sensations et par impressions m me si certains enseignants ont tent d intellectualiser ce qu ils font pour bien comprendre les ph nom nes mis en jeu et pouvoir ainsi les expliquer leurs l ves En sus du pitch bend Deborah De Graaf utilise le conduit vocal pour claircir ou assombrir le son ainsi que pour lui donner du relief en fonction du contexte musical Elle l utilise essen tiellement pour les notes tuyau court plus facilement influen ables par le conduit vocal Pour claircir le son elle utilise la configuration i hee qu elle d crit ainsi arri re et milieu de la langue plac s haut dans la bouche palais mou abaiss gorge ferm e Pour l assombrir elle utilise un qu elle d crit par haw avec le palais mou haut l arri re de la langue abaiss et la gorge ouverte Elle pr f re de loin la configuration i qui lui permet d avoir un son plus brillant et plus stable ainsi qu une articulation tr s rapide car l
150. athe ee es 166 E 9 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e 166 E 10 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 167 E 11 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e 167 E 12 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 168 E 13 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend deux mesures assez diff rentes ont ici t consign es saut de registre li sans articulation et embouchure serr e oo A ORR ee 4 168 F 1 Comparaison entre exp rience et th orie pour deux tubes cylindriques gauche de longueur 400 3 mm et de diam tre 7 9 mm droite de longueur 306 mm et de diam tre 15 mM si a e e A E a a de a 170 F 2 Calibration des capteurs Entran gauche et Endevco droite 171 F 3 Courbes d talonnage des capteurs les points correspondent aux mesures les droites aux r gressions lin aires 171 F 4 Reproductibilit des signaux de pression dans la bouche et dans le barillet apr s d montage et remontage du conduit respiratoire 172 TABLE DES FIGURES G 1 G 2 G 3 G 4 H 1 209 Doigt de la clarinette pour l
151. ation du conduit vocal gr ce la projection du faisceau sur un rep re loign 4 2 LA BOUCHE ARTIFICIELLE 83 4 2 5 Contr le de la pression La pression de l air est d abord contr l e grossi rement par un d tendeur puis plus finement par une petite fuite au niveau de la trach e Cette fuite est indispensable lors du d marrage de Poscillation car sinon au moment o l anche se met vibrer la surpression engendr e la fait plaquer de sorte que l on saute directement du r gime statique au r gime anche plaqu e ce qui pr sente peu d int r t Son emplacement n a pas d importance elle a t mise au niveau de la trach e par pure commodit D autre part gr ce cette fuite on peut en pressant de mani re ponctuelle avec le doigt sur le tuyau de fuite cr er un saut de pression brutal l image de ce que peut obtenir un musicien avec la langue 4 2 6 R duction des fuites L une des difficult s majeures de ce dispositif a t la suppression des fuites au niveau du bec En effet dans les autres bouches artificielles d j existantes le volume buccal tant consid r comme sans influence le bec tait plac en entier dans une bo te ce qui permettait de faire le joint au niveau du barillet c est dire sur une partie cylindrique En revanche pour notre tude le volume buccal doit avoir une taille r aliste donc petite de sorte que le joint doit se faire en aval des l vres La forme m me de
152. atique comparable a celle de la clarinette tout en liminant les r sonances de ce petit tube 2 2 3 Chauffage Pour emp cher la condensation d eau un circuit lectrique basse tension mise en s rie et en parall le d un certain nombre de r sistances afin de constituer une couverture chauffante a t utilis pour lever par effet Joule la temp rature du dispositif 40 C sortie de la fuite microphon Ez gt att nuateur Fic 2 6 Le bec de mesure 2 2 4 Calibration La calibration se fait sur un tuyau cylindrique infini c est a dire de longueur telle que l onde r fl chie soit att nu e de 80 dB par rapport l onde incidente et puisse donc tre consid r e comme n gligeable Le tuyau faisant 7 8 mm de diam tre sa longueur est de 42 m L avantage d un tel tuyau est que son imp dance est une r sistance pure gale a pc S ot S est sa section droite ce qui permet d avoir une bonne pr cision sur l ensemble de la gamme de fr quences Le principe de la calibration est le suivant un signal large bande alimente le haut parleur lors de la mesure de l imp dance connue du tuyau infini Ceci permet d obtenir la r ponse fr quentielle de la chaine de mesure qui invers e puis utilis e comme signal d alimenta tion du haut parleur permet ensuite d obtenir directement l imp dance d une charge acoustique inconnue Une pi ce a ainsi t con ue pour raccorder ce tuyau a la t te d
153. aura somme toute une influence limit e sur les pics mais certaine ment pas sur les creux o l imp dance du CV peut tre bien sup rieure celle de la clarinette Ceux ci risquent ainsi de devenir inharmoniques et il sera int ressant de voir l effet induit sur la fr quence Ce cas est propre la clarinette pour laquelle les harmoniques pairs ne correspondent pas un maximum d imp dance contrairement au saxophone Il est bien vident cependant que la phase intervient et qu ajouter les imp dances ne revient pas ajouter leurs modules Il est cependant int ressant de voir si ces premi res pr dictions i me La notation des harmoniques utilis e dans cette th se se fait suivant la terminologie fran aise le n harmonique correspond l harmonique de fr quence n fois celle du fondamental harmonique 1 3 4 DESCRIPTION DU SYSTEME TH ORIQUE 53 qualitatives voire intuitives vont s av rer vraies th oriquement puis exp rimentalement Nous allons donc maintenant passer une tude th orique de l effet du CV sur la fr quence Pour r aliser cette tude nous nous placerons tout d abord dans un cas simplifi en ne gardant que les trois premiers harmoniques afin de pouvoir r soudre analytiquement le probl me dans le but d obtenir des interpr tations simples 3 4 Description du syst me th orique Le syst me th orique simulant le CV et la clarinette qui sera utilis dans tout ce chapitre a t const
154. aurait pu utiliser comme r f rence Nous avons donc choisi arbitrairement une r f rence en fonction de la fr quence de jeu mesur e pour chaque tuyau notre int r t tant uniquement de pouvoir visualiser directement si les variations de fr quence sont perceptibles ou non Ainsi la r f rence a t prise 201 Hz pour le tuyau long 276 5 Hz pour le tuyau moyen et 431 Hz pour le tuyau court ce qui ne correspond finalement pas aux fr quences du G3 du C4 et du G4 Ceci vient du fait qu en raison de l ind termination que l on a sur la longueur effective du tuyau en particulier cause du bec nous avions choisi ces longueurs suite nos premi res mesures avec des tuyaux l g rement plus troits et avant le r glage de la bouche par Pierre Andr Taillard Or ce r glage a consid rablement chang la fr quence de jeu et nous nous en sommes rendus compte trop tard pour r ajuster la lon gueur des tuyaux Ceci est dommage mais n est cependant pas d une importance capitale pour l exploitation d un certain nombre de r sultats 90 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE tuyau long tuyau moyen diff rence de fr quence cents diff rence de fr quence cents v ES Re mo D oe o Oo o o diff rence de fr quence cents 4 5 Pg KPa Fic 4 7 Evolution de la fr quence de jeu mesur e exp rimentalement entre le seuil d os cillati
155. aut de registre li 105F i embouchure serr e embouchure serr e E a 19 500 1000 1500 2000 2500 3000 O 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 11 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e E 5 Peter Jenkin En tant qu avocat de la musique contemporaine Peter Jenkin a co fond le Sydney Alpha Ensemble et est membre du groupe innovant austraLYSIS Il est actuellement premiere cla rinette solo l Australian Opera and Ballet Orchestra et en cours d dition d un volume de courtes pi ces crites pour lui a but p dagogique 168 145 140 20log Z dB 500 1000 1500 2000 2500 fr quence Hz 3000 ANNEXE E MESURES D IMP DANCE DU CV 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz 4 i 0 500 Fic E 12 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 160 O a bend iaa bend bis saut de registre li 150 20log Z dB embouchure serr e 500 1000 1500 2500 2000 fr quence Hz 3000 bend bis saut de registre li embouchure serr e 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz 500 Fic E 13 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend deux mesures assez diff
156. blier personne Commencons par Joe avec qui tout a commenc il y a 5 ans de cela lors de mon stage de ma trise merci toi pour m avoir donn le go t de la recherche et fait r ellement d couvrir l acoustique musicale et puis merci de m avoir propos d j l poque de m encadrer pour une th se Merci pour ta physique avec les mains ton encadrement parfait ni trop ni pas assez ton enthousiasme incroyable et ton soutien continu en particulier par t l phone ces derniers mois En plus du plaisir d avoir travaill avec toi ces trois ann es quel enchantement furent les 14 mois pass s Sydney Ce fut une ann e tr s riche aussi bien sur le plan scientifique que sur le plan humain Thanks to The John Tann for his unbelievable availability when you need him Thanks to Ra Paul Alex and Attila for their support and their good mood Many thanks to Ken and Pritipal from the workshop who helped me a lot with the experiments without any complaint Thanks to David for having finished in a hurry his wonderful program without it I couldn t have done the measurements Continuons par PIRCAM mon laboratoire principal Merci Ren pour son enthousiasme d s le d but pour cette th se en cotutelle son aide exp rimentale et son soutien pr cieux durant la fin de th se plut t douloureuse le gateau au chocolat tout frais apr s la deuxi me nuit blanche fut un vrai r gal Comment remercier Andr pour son soutien au
157. bouche de clarinettistes en quasi situation de jeu a t r alis e sur une vingtaine de musiciens australiens afin de comprendre ce qui se passe acoustiquement Ces mesures ont ensuite t corr l es aux enregistrements et des mesures faites l aide d une bouche artificielle Cette th se a donc t principalement exp rimentale Cependant tous les r sultats exp rimentaux ont ensuite t interpr t s l aide d tudes th oriques ainsi que de simulations num riques 1 1 2 Enjeux Enjeux scientifiques et techniques Le premier enjeu scientifique est bien videmment la compr hension de l utilisation du conduit vocal par les musiciens dans le jeu de la clarinette afin de mettre fin la controverse existant ce sujet dans la litt rature scientifique Un autre enjeu scientifique plus long terme est l incorparation des effets subtils d au conduit vocal dans les mod les de synth se de la clarinette voire des instruments vent en g n ral Sur un plan plus technique la mise au point des dispositifs exp rimentaux utilis s pr sentaient de r els d fis techniques Il a fallu adapter le banc de mesure d imp dance existant UNSW au probl me qui nous int ressait avec tous les probl mes que cela engendrait miniaturisation l chelle du bec de clarinette fiabilit et reproductibilit des mesures quasi situation de jeu des musiciens D autre part deux bouches artificielles ont t mis
158. bove 13 and 29 in our two cases A study of the stability of the solutions is required The program Harmbal offers the possibility of detailed studies of the control parameters but also for example the influence of the vocal tract or the compliance of the reed and the reed flow A model of a real clarinet for any note could then be obtained by using a database of clarinet impedance measurements available for example at 96 instead of an approximate analytical function 150 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE C 2 Modification de Harmbal pour lP tude du conduit vocal Ce travail a fait l objet de l encadrement d un stagiaire de DEA Matthias Demoucron 22 Nous commencerons par pr senter succintement la structure g n rale du programme Harm bal afin d exposer ensuite plus facilement les modifications que nous lui avons apport es C 2 1 Structure du programme Harmbal Harmbal est constitu d un ensemble de programmes dont les principaux sont les suivants Le programme principal main c g re le d roulement g n ral du processus il lance l ini tialisation des param tres la boucle d quilibrage harmonique et l affichage des r sultats une fois la solution trouv e ou l erreur si aucune solution n est trouv e Le programme interface c enregistre les options voulues par l utilisateur lors de l appel du programme et construit le fichier de param tres du calcul et l it ration harmbal c es
159. capacit calorifique pression constante de l air Les imp dances Cw Lw aet Rw sont caract ristiques de la non rigidit des parois Comme celles ci consistent en des tissus mous intercal s dans des anneaux de cartilage chaque type de tissu peut tre repr sent par sa propre combinaison de r sistance d inductance et de capacit en s rie indice s pour les tissus mous et c pour le cartilage telle qu elle est d crite la figure 2 18 L approche choisie par Harper et coll est de mod liser la composition h t rog ne des tissus en sp cifiant la fraction of cartilage Cfrac de chaque segment puis en ajustant les param tres de chaque segment de la mani re suivante Rig Ruet Cprac 2 12 AEE des 2 13 Luc L o 2 14 eg Doel eed 2 15 se 2 16 A E E 2 17 o les param tres du circuit avec l indice t sont calcul s sur la longueur totale du segment en utilisant les param tres typiques des tissus du tableau 2 1 imal WE 2 18 Ruat 2arl 218 Puzh Lis 2 19 t 2rrl 2rrr91 wr 2 20 Con E 2 20 o x peut tre c ou s 34 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE param tre valeur Densit des tissus mous pws 1060 kg m Viscosit des tissus mous 1 5 160 N s m Elasticit des tissus mou Eps 0 392 105 N m Densit du cartilage Pc 1140 kg m Viscosit du cartilage we 18 10 N s m Elasticit de cartilage Ews 44 105 N m TAB 2 1 Valeur d
160. ccompagne de ressemblances qualitatives ainsi il s av re que la quasi totalit des musiciens ne varient que tr s peu la configuration de leur conduit vocal sur l ensemble du registre en mode de jeu normal l exception du suraigu pour certains En revanche la majorit d entre eux modifient radicalement la configuration pour des conditions de jeu particuli re comme la r alisation de liaisons d licates ou un glissando Ces mesures ont par ailleurs permis de compa rer les amplitudes de l imp dance du conduit vocal par rapport celle de la clarinette d une part la premi re n est pas n cessairement n gligeable au niveau des pics de la seconde ce qui est en accord avec les clich s de Mukai 71 montrant une ouverture glottique r duite et d autre part elle peut tre largement sup rieure au niveau des creux 123 124 CONCLUSION Suite ces mesures nous avions en main les donn es n cessaires pour tudier th oriquement Pinfluence du conduit vocal dans le cas du mod le l mentaire o la pression dans la bouche n est plus suppos e constante Ceci se traduit en particulier par la mise en s rie des imp dances des deux r sonateurs par rapport la diff rence de pression de part et d autre de l anche Cette tude a mis en lumi re diff rents points Tout d abord il n y a pas de configuration de CV que l on pourrait qualifier de neutre en raison de la particularit de la clarinette de pr senter des m
161. ce Hz FIG 4 30 A gauche rapport des harmoniques pour trois sons effectu s par P A Taillard sur la note G3 en modifiant son CV Enregistrements r alis s dans le barillet A droite spectre obtenu lorsqu il s lectionne comme fondamentale une des fr quences harmoniques de la note G3 sur le doigt de cette note Enregistrements r alis s l ext rieur hauteur du bec 4 6 3 Comparaison avec des mesures ant rieures Avant le r glage de la bouche artificielle par P A Taillard une s rie de mesures avait t r alis e sur la bouche artificielle qui bien s r jouait cette poque beaucoup moins bien Ainsi elle ne montait pas plus haut que le G5 c tait donc une vraie d butante Ceci n a cependant pas emp ch que les mesures aient t men es rigoureusement et puissent tre exploit es Elles n ont d ailleurs pas t pr sent es comme les mesures principales de ce chapitre pour une toute autre raison en r digeant le chapitre 2 je me suis rendue compte d une erreur de construction des disques placer dans la bouche Leurs sections taient ainsi beaucoup trop grandes ce qui avait l inconv nient de diminuer fortement l imp dance du CV et donc a priori les effets que l on pourrait observer Ne voulant pas me voir reprocher de ne pas m tre plac e dans des conditions extr mes alors que nous cherchions une aiguille dans une botte de foin j ai donc d cid trois semaines de la fin de refa
162. changement de configuration par le musicien entra ne n cessairement une modification de la pince Ceci conduit une variation de la pression de la l vre sur l anche 3 2 PRISE EN COMPTE DU CONDUIT VOCAL MODIFICATION DES QUATIONS 51 ainsi que de la longueur vibrante de l anche et a donc pour effet de modifier l amortissement gr et la r sonance w de anche Le musicien en contr lant la configuration du CV joue ainsi simultan ment sur diff rents param tres non ind pendants Nous nous int resserons cependant ici qu l influence de l imp dance du r sonateur amont et consid rerons les param tres propres l anche comme constants Un autre point important noter est que nous consid rons toujours l instar de la clari nette seule la source de pression acoustique dans la bouche c est dire que Pmo est suppos e constante la diff rence de l tude de Sommerfeldt et Strong 83 o la source de pression est choisie au niveau des poumons L avantage de ce choix est de mod liser au mieux les si tuations exp rimentales pr sent es au chapitre 4 c est en effet la pression statique dans la bouche que nous contr lons dans la bouche artificielle D autre part la pression dans la bouche n est que l g rement plus faible que la pression dans les poumons En effet si nous crivons rigoureusement les quations nous avons Pa ZU 3 6 Prt Pp ZmUs 3 7 o l indice t caract rise les
163. che et une anche G S French I Force 4 tr s g e L accord entre les r sultats obtenus la figure 4 17 et ceux obtenus avec la bouche artificielle est assez remarquable en ce qui concerne l volution de la fr quence avec la pression les ordres de grandeur des variations sont les m mes et nous observons bien cette remont e de la fr quence de jeu pour les notes graves Nous pouvons aussi constater que la fr quence de jeu semble tre parfois inf rieure pour le que le i m me si pour cet effet ci la significativit des r sultats aurait m rit e d tre test e en refaisant l exp rience plusieurs fois ce qui n a bien entendu pas t fait par manque de temps la venue de Pierre Andr Taillard fut de beaucoup trop courte dur e En revanche la bizarre inversion des fr quences de jeu pour la note G5 n est pas retrouv e Ceci peut tre d au fait que m me avec une anche r gl e l allemande 102 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Note G3 Note C4 Note G4 Note D5 CV ae CV i Fic 4 17 Mesures d intonation diff rence de fr quence en cents entre la fr quence jou e et la fr quence de r f rence r alis es lorsque Pierre Andr Taillard joue sur la clarinette du laboratoire les cing notes graves de l tude au seuil d oscillation et d extinction abscisse 0 et 2 ainsi qu au milieu abscisse 1 Les ch
164. cientifiquement elle offre ind niablement des pistes pour la suite de cette tude qu il ne faudra pas n gliger si l on veut pouvoir r soudre le probl me dans l id e d apporter une contribution utile la communaut des musiciens et non pas uniquement par pur plaisir scientifique Annexe A Liste des symboles Voici la notation des diff rentes grandeurs utilis es dans cette th se Ze imp dance de la clarinette Pa s m Lim imp dance du conduit vocal Pa s m pelt pression dans le bec de clarinette Pa Pmt pression harmonique dans la bouche Pa Pmo pression statique dans la bouche Pa u t d bit acoustique dans le canal de Panche mis y t d placement de l anche par rapport sa position au repos m H ouverture du canal de l anche au repos m Pu pression de placage statique de l anche Pa y pression dans la bouche adimensionn e par Pm s d param tre d embouchure li au d bit maximal pouvant passer dans s d le canal de Panche We pulsation de r sonance de l anche rad s7 Or coefficient d amortissement de l anche s71 M Ret K masse amortissement et raideur adimensionn s de l anche s d Voici la liste de notation des voyelles et phon mes utilis s avec des exemples de mots anglais qui correspondent i notation phon tique heed 1 notation phon tique hid notation phon tique had o notation phon tique had ee notation utilis e par les clarinettistes pour d signer une configura tion en s
165. complex ducts Int J Numer model 11 133 151 1998 S J Elliot et J M Bowsher Regeneration in brass wind instruments J Sound and Vibration 83 2 1982 J Epps A Dowd J Smith et J Wolfe Real time measurements of the vocal tract resonances during speech Dans ESCA Eurospeech 97 Rhodes Greece 1997 M L Facchinetti X Boutillon et A Constantinescu Numerical and experimental modal analysis of the reed and pipe of a clarinet J Acoust Soc Am 113 5 2874 2883 2003 G Fant Acoustic Theory of Speech Production Mouton Paris The Hague 1970 S Farner Harmbal Computer program in C http www pvv ntnu no farner pub harmbal html S Farner C Vergez J Kergomard et A Lizee Contributions to harmonic balance calcula tions of periodic oscillations for self sustained musical instruments with focus on single reed instruments In preparation for J Acoust Soc Am J Flanagan Speech Analysis Synthesis and Perception Springer Verlag New York 1972 N H Fletcher L Hollenberg J Smith et J Wolfe The didjeridu and the vocal tract Dans Proc of the International Symposium on Musical Acoustics 2001 N H Fletcher et T D Rossing The Physics of Musical Instruments Springer Verlag New York 1995 C Fritz S Farner et J Kergomard Some aspects of the harmonic balance method applied to the clarinet Applied Acoustics 65 1155 1180 2004 L Fuks et J Sundberg Blowing pressures in bassoon clarinet
166. conduit vocal droite pour notre tude Les param tres de l anche M et R cf partie C 1 2 ont t choisis nuls puisque nous avons d cid de consid rer une anche sans masse ni amortissement Le param tre d embouchure a t choisi pour correspondre en moyenne aux valeurs trouv es exp rimentalement cf partie 4 3 soit 0 25 La fonction non lin aire utilis e est la fonction complete issue de la relation de Bernoulli et non le polyn me d ordre 3 Le nombre d harmoniques est choisi gal 31 pour simuler un cas r el o ce nombre est grand Pour une anche non battante on applique la m thode de troncature variable 59 qui consiste calculer de mani re it rative l harmonique n en tronquant les quations au n harmonique et en consid rant que les n 1 pr c dents harmoniques ne sont que peu modifi s par le ni me Cette m thode peut s appliquer toutes les quations r gissant le syst me et en particulier la formule de la puissance r active d velopp e par Boutillon et Gibiat 13 pour d terminer la fr quence de jeu En s arr tant au troisi me harmonique on obtient ImY APP 21m AP 3Im Y3 APs 0 3 13 o Y repr sente la valeur de l admittance totale du syst me clarinette CV Y 1 Z pour le eme harmonique Au niveau du seuil la fr quence de jeu est gale la fr quence pour laquelle m Y 0 soit fo l g rement diff rente de la premi re fr quence de r sonance d
167. de clarinettistes propos de l influence du conduit vocal D 1 En Australie Dix sept clarinettistes australiens ont t interrog s mesur s et enregistr s Sept musiciens taient professionnels dont certains tr s r put s comme le c l bre jazzman Don Burrows ou bien les solistes de l Orchestre Symphonique et de l Op ra de Sydney et les autres mis part trois amateurs taient pour la plupart leurs l ves de haut niveau Except Don Burrows ils ont tous suivi une formation classique et jouent principalement de la musique classique Voici le questionnaire accompagn des instructions concernant la s rie de mesures d imp dance et les enregistrements qui leur a t propos 157 158 ANNEXE D SONDAGE DE CLARINETTISTES THE UNIVERSITY OF THE UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES NEW SOUTH WALES Subject Information Statement and Consent Form Research project SCHOOL OF PHYSICS Interaction of wind instruments with the vocal tract Subject selection and purpose of study You i e the subject are invited to participate in a study of the acoustical interaction of musical instruments with the vocal tract We i e the investigators hope to learn how the acoustic properties of the human vocal tract affect the acoustics of the reed and instrument under different conditions We study this using a model clarinet which shall ask you to pretend to play While you are pretending to play the model clarinet
168. de ne pas d ranger le musicien par le dispositif en particulier il ne faut T faut en fait corriger les mesures en tenant compte de l imp dance de l att nuateur valant 1 85 MPa s m en parall le avec l imp dance de la charge acoustique inconnue 2 2 DISPOSITIF DE MESURE D IMP DANCE 21 pas qu il ait quelque chose de plus grand qu un bec de clarinette dans la bouche Le probl me est donc de faire tenir l att nuateur dans le bec sachant que la mesure doit tre faite le plus pr s possible de l extr mit de l anche Si nous choisissons de le mettre parall le la paroi du bec ce qui permettrait de ne d ranger aucunement le musicien nous sommes malheureuse ment confront s un probl me de forte discontinuit lors de la calibration entre la section de l att nuateur elliptique de grand axe grand devant le petit axe et la section circulaire du tuyau de calibration Il a donc fallu trouver un compromis entre un angle qui ne d range pas trop le musicien et un angle qui permet une calibration correcte L angle finalement adopt est celui pour lequel l att nuateur sort du bec l endroit o le musicien pose ses dents section vue de dessus SX bec de clarinette att nuateur lan LD FIG 2 3 Deux angles de positionnement de l att nuateur dans le bec en haut l angle id al pour ne pas d ranger le clarinettiste en bas l angle compromis finalement choisi En fait d autres
169. de section ont un effet important 4 5 ETUDE SUR DES TUYAUX CYLINDRIQUES tuyau moyen tuyau moyen 0 022 r 0 03 aw 0 02 Meg 0 025 0 018 0 016 0 02 0 014 e amp 0 015 a 0 012 a 0 01 0 01 0 008 0 005 0 006 004 A i i 2 4 5 6 o 3 4 P no kPa P no KPa tuyau moyen tuyau moyen 0 07 0 2 r oia aise law o a 6e 0 06F H ee 15 0 05 913 _ 0 04 a ae ll 0 03 02 on 0 05 0 01 o 2 4 5 6 y 3 4 P no kPa P no kPa tuyau moyen x10 tuyau moyen 0 012 6 ee aw 7 6e 0 01 5 i i 0 008 4 i i a 0 006 a3 a a 0 004 2 0 002 4 0 o 2 3 4 5 6 3 4 P no KPa P no kPa x10 tuyau moyen tuyau moyen er AW 1 ee i L i i i i i i i i L i i 2 5 id 3 5 4 P kPa 4 Pi kPa 95 FIG 4 12 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Pmo pour le tuyau moyen pour les configurations de CV ee et aw gauche et simulation par Harmbal droite comparaison entre exp rience CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 96 tuyau court tuyau court 0 055 r 0 02 ge ee
170. de th se gr ce ses remarques et ses exp riences son soutien et son int r t m me si je me retrouvais souvent assomm e le matin par ses tr s longs mails parfois farfelus mais toujours tr s int ressants Un tr s grand merci aussi Debbie pour son devouement lors de la mise en place du syst me de mesure d imp dance Merci aux clarinettistes parisiens comme Emmanuel pour qui l essence du propos r side finalement dans l affirmation suivante le c est joli le i c est trop fort Massimo qui s est lib r un certains nombres d heures pour moi Gunilla qui d barqua de Su de le jour o je d sesp rais de ne trouver aucun clarinettiste l Ircam Jean Baptiste Cyrille qui m ont tous pr t main forte pour les exp riences l Ircam et Jean Brice qui a courageusement accept d ingurgiter une p te d aspect tout fait d licieux bleu flash pour r aliser un moulage de sa cavit buccale Et puis bien s r many thanks tous les cobayes de Sydney Sneha Stephanie Lawrence Don lan Philip CatherineS Karl Margery Peter Deanne David Juliet Johanna Enfin un grand merci mes amis tous les ex lyonnais pour leur soutien permanent les aikidokas francais et australiens pour m avoir permis de me d fouler sur eux et vlan kote gaeshi mes compagnons de cord e d ici et d Oz les v liplanchistes et les surfeurs de downun der les musiciens et les m lomanes avec une pens e particu
171. der au calcul de l imp dance du conduit vocal Il nous faut cependant encore la condition l autre bout En effet le clarinettiste ayant le bec dans la bouche la premi re section du conduit vocal correspond la superficie effective de l anche dans la bouche en l occurrence dans notre dispositif elle correspond la section de la t te de mesure 36 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE 2 4 4 Correction l entr e de la bouche Que se passe t il lorsqu une petite section d anche ou de t te de mesure est ins r e dans la bouche Cette situation ressemble un probleme commun en acoustique des tuyaux celui de la discontinuit entre deux tuyaux Ceci est souvent mod lis par une correction d extr mit ajout e au petit tuyau Physiquement cela repr sente l inertance d un petit volume d air pres du piston dans lequel le champ acoustique diverge fortement puisqu un petit piston d air ou Vanche rencontre un volume plus grand La correction d extr mit pour un tuyau baffl est ici utilis e on rajoute donc l entr e du conduit vocal une section de rayon r 3 9 mm et de longueur 0 85r 34 Pour une raison que nous d velopperons la partie 2 5 le conduit vocal de longueur moyenne 17 cm est discr tis tous les 5 mm ce qui donne 34 sections en plus de la sec tion O que constitue la glotte Le bec tant enfonc dans la bouche sur peu pr s 1 cm les deux premi res sections sont en r
172. derni re tape est une tape de synth se et de r daction pour aboutir au document final 1 2 3 Conduite du projet La conduite de ce projet a certainement t rendue plus d licate par la r partition de ma th se sur trois laboratoires En effet lors de ma premi re ann e de th se je passais une semaine par mois Marseille ce qui m obligeait rattraper un certain nombres d heures de cours et en plus j avais une double charge d enseignement afin de pouvoir tre libre la deuxi me ann e et pouvoir ainsi partir un peu plus d un an en Australie D autre part les billets d avion n tant pas tr s flexibles j avais au moins deux dates butoir qui m ont oblig e finir respectivement en France puis en Australie mes sous projets Ceci s est av r assez facile pour l tude th orique que je menais en France mais bien plus difficile pour l tude exp rimentale r alis e Sydney Cependant dans un projet g rer sur trois ans il est n cessaire d avoir des contraintes tempo relles au risque sinon de se laisser embarquer dans des projets auxquels on n ose ou n arrive pas mettre un terme Une aide pr cieuse dans la gestion de mon travail m a en fait t apport e par les diff rents s minaires r alis s l IRCAM et PUNSW ainsi que les pr sentations lors de congr s puisqu ils m ont en effet oblig e mettre au clair mes id es avec une contrainte de temps afin d tre capable de pr sen
173. discr tis es par intervalle de 3 968 mm La fonction d aire obtenue par le mapping peut ne pas tre unique et il convient de la v rifier a posteriori en calculant son imp dance associ e Il se trouve que g n ralement l imp dance recalcul e s loigne assez notablement de l imp dance mesur e J ai donc mis au point un programme qui permet de retoucher localement la fonction d aire en visualisant en direct l effet sur l imp dance ce qui permet d arriver de proche en proche une fonction d aire possible physiologiquement et dont l imp dance est proche de celle mesur e originalement Je ne pr senterai ici que deux r sultats pour la configuration ee que je nomme ainsi car le musicien anglophone a la sensation de dire ee comme dans need mais ne peut physiquement r aliser exactement la voyelle i comme dans heed ou 1 comme dans hid puisqu il a le bec de clarinette dans la bouche la figure 2 21 et pour la configuration aw comme dans paw la figure 2 22 Les mesures ont t choisies parmi les musiciens qui contr lent suffisamment bien leur conduit vocal afin d avoir une certaine assurance sur la configuration qu ils adoptent effectivement par rapport celle qu ils disent faire Dans le cas du ee la figure 2 21 nous permet de constater que la fonction d aire obtenue SLa th orie de Benade consid rant le r seau de trous lat raux p
174. du biseau est plus courte ce qui donne une anche plus raide La courbure de la table du bec prend sa naissance plus en arri re typiquement 25 30 mm contre 20 25 mm louverture est plus petite typiquement 0 8 1 0 mm contre 1 0 1 25 mm et la table est moins arqu e Il convient de mentionner galement le syst me autrichien encore plus allemand tables tr s longues typiquement de 30 35 mm pour une ouverture de 0 69 0 78 mm La technique d embouchure optimale pour chacun des syst mes est assez diff rente Voici une comparaison de ces deux techniques bas e sur mon exp rience personnelle avec ces deux types d instruments sur mes observations et discussions avec diff rents coll gues et tudiants ainsi que sur mon exp rience avec les instruments historiques La technique de son utilis e par chaque clarinettiste s inscrit grosso modo dans un espace d limit par deux p les que je nommerai allemand et fran ais chaque interpr te exploite g n ralement une portion plus ou moins tendue de cet espace suivant son exp rience et ses intentions musicales mais on observe que la majorit des instrumentistes pr f rent adopter une technique plus allemande avec un instrument allemand et plus fran aise pour un 176 ANNEXE G AU SUJET DE LA CLARINETTE instrument fran ais en fait c est uniquement le bec et l anche qui d terminent la technique adopter je joue personnellement assez volontiers la clarinette Boehm a
175. duit respiratoire dans la production de multiphoniques pour lesquels il faut que les r sonances du conduit soient des combinaisons lin aires des fr quences des notes jou es simultan ment ainsi que dans l effet de pitch bend o l imp dance du conduit respiratoire devient plus grande que celle de la clarinette et r git de ce fait l oscillation Cas des autres instruments La liste ne se veut pas exhaustive puisque ces instruments sortent du cadre de cette th se mais elle permet de donner quelques pistes Elliot et Bowsher 26 ont examin en marge de leur tude principale l influence du conduit vocal sur les cuivres Ils ont les premiers utilis la continuit du flux acoustique travers l anche ici lippale pour remarquer que le rapport d imp dances du conduit vocal et de l instrument tait gal au rapport de pression dans la bouche de l instrumentiste et dans l instrument et donc en d duire l imp dance du conduit vocal partir de la mesure des trois autres grandeurs Ils ont ainsi constat que si l imp dance du conduit vocal est une fraction non n gligeable de celle de l instrument l intonation en est affect e Ils ont aussi montr th oriquement que c est l utilisation d une forme correcte du conduit vocal qui permet aux musiciens de faire des buzz avec leur seule embouchure sans le corps de l instrument Des tudes ont galement t faites sur l harmonica afin de voir l influence de la
176. e gauche et aw droite m me chelle 61 Fr quence de jeu en fonction de y pour le tuyau court et la configuration ee calcul e par Harmbal pour diff rents nombres d harmoniques Np 62 Module de P Pno en fonction de la pression dans la bouche y pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle et m me l gende RE amp eer AA ed Seek gk eed 63 Module de x2 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle et m me l gende 63 Module de x3 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 63 Module de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 64 Module de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 64 Module gauche et argument droite de l imp dance des diff rents tuyaux avec diff rentes configurations sans CV avec ee et avec aw 65 204 3 17 3 18 3 19 3 20 3 21 3 22 3 23 3 24 3 29 3 26 3 27 3 28 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 TABLE DES FIGURES Phase en radians
177. e est deux fois plus marqu e mais en plus les autres harmoniques sont galement bien diff rents entre les deux configurations le cinqui me harmonique est deux fois plus grand et le deuxi me une fois est demi dans la configuration ee D autre part amplitude du premier harmonique est au contraire diminu e par cette configuration ce que l on avait d j observ sur l amplitude totale du signal la figure 4 22 Le fait que la plage de jeu soit bien augment e avec le ee avait d j t signal lors de l tude de la fr quence de jeu Notez que pour les deux notes G5 et A5 les harmoniques pairs sont tr s sup rieurs aux harmoniques impairs ils sont deux fois plus grands alors qu ils sont dix fois plus petits pour la note G3 L interpr tation de ces ph nom nes n est pas chose ais e puisque ainsi que nous l avons d j vu pour les tuyaux le renforcement d un harmonique dans le barillet n est g n ralement pas corr l un maximum d imp dance du CV au voisinage de cette fr quence On pourrait supputer que comme le troisi me pic toutefois d amplitude faible cf figure 3 3 ou 2 27 du ee tombe sur le troisi me harmonique de la note A5 l origine faible puisqu il est au dessus de la fr quence de coupure cela pourrait stabiliser l oscillation mais il faut quand m me reconna tre que la diff rence apport e par ce pic est tr s faible au niveau de l imp dance totale d apr s la fi
178. e G3 de la m me mani re qu on avait obtenu un seuil de 0 364 pour le tuyau court contre 0 376 pour le tuyau long Il est noter que pour ces trois notes l effet d un changement de configuration du CV sur la pression de seuil peut tre assez important et de sens diff rent Ainsi la configuration ee abaisse notablement la valeur de y au seuil pour la note C4 et tr s l gerement pour la note G4 alors que c est la configuration aw qui l abaisse sensiblement pour la note G3 Les notes A5 B5 et C6 tant jou es sur des modes sup rieurs les pics d imp dance cor respondants sont affaiblis et les seuils plus lev s que pour les notes du registre fondamental soit G3 C4 et G4 du moins pour la configuration aw Un ph nom ne int ressant appara t 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 71 en effet avec le CV ee les pressions de seuil sont diminu es de mani re tr s importante pour les notes B5 et C6 Ceci est en fait corr ler avec la r sonance du CV ee dans cette gamme de fr quences Ainsi la figure 3 23 donnant les imp dances totales pour les trois notes 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence fr quence 55 ss CV 1 T T T aw k ee i i i i i 2 i i i i i 500 1000 15
179. e qui peut para tre trange a t choisie identique celle de la figure 4 7 92 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 4 5 2 Etude du spectre dans le barillet Le spectre de pression dans le barillet est ici compar au spectre harmonique obtenu par Harmbal pour ces tuyaux en question les simulations du chapitre 3 ont t refaites pour prendre en compte la variation de fr quence mesur e par rapport celle attendue Un probl me important r sulte du fait que la pression est mesur e dans le barillet et non dans le bec Ceci affectera principalement les amplitudes qui en seront diminu es des harmoniques 3 pour le tuyau court et 5 pour les tuyaux moyen et long car dans ces cas le capteur se trouve non loin d un noeud de pression Cependant ce qui nous int resse principalement est la comparaison pour un tuyau donn des deux configurations de CV et cette comparaison n est pas affect e par la place du capteur partir du moment o il est fixe La figure 4 10 montre tout d abord l volution de l amplitude du premier harmonique C est pour le tuyau court qu elle et donc en premi re approximation l amplitude du signal est le plus affect e par un changement de configuration du CV tuyau long tuyau moyen P P no tuyau court 4 5 P 0 kPa FIG 4 10 Evolution du premier harmonique mesur dans le barillet en fonction de
180. e C 12 Apart from the deviation of the harmonics it is striking that the oscillation threshold is lowered so that a lower blowing pressure is needed to obtain a sound when the reed has mass and damping This is explained by the fact that the third pipe resonance the fifth harmonic interacts with the peak resonance of the reed and this stabilizes the oscillation 91 The frequency changes by about 0 2 in the range of y between the two thresholds as shown in Figure C 13 This might not be perceptible by the human ear but the deviation from model A is about 0 5 which is above the difference limen 68 Observe as well that approximation C 21 is effectively no longer valid in the case where fp is not far from fr especially for high mouth pressures C 1 7 Other regimes The program can find many solutions but cannot decide about their stability The clarinet produces a signal close to a square wave in the mouthpiece and this is the solution that seems to be the most robust when changing one of the parameters Other solutions seem to disappear 146 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE 0 3 Model 1P Model phase P Pl 22 phase P IP5l Model B phase P3 Model B P phase Ps Pg essere 0 2 LP el ese B Ge PME S a io 4 3 E a a 0 1 1 2 Re m Po ssseremmmmmmemmmmmemmmmmmmmmmmm mmtm memm mmm emmm m mmm 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 4 0
181. e bout de la langue peut tre ainsi tr s proche de l extr mit de l anche Elle demande d ailleurs ses l ves de garder tant que possible cette position en permanence D autre part pour elle seules les notes dites tuyau court sont vraiment possibles influencer avec le conduit vocal Margery Smith l ve son palais mou pour avoir plus de r sonance et de projection Dans le registre grave sa langue est basse et arqu e environ un cm de la l vre inf rieure Dans l aigu la langue remonte et se d place vers l avant tout en s aplatissant sur le dessus Elle utilise ee pour rendre le son plus brillant oo pour avoir plus de r sonance et aw for baisser le son lorsqu elle est trop haute Dans ce cas elle souffle plus fort afin de conserver une homogen it dans le son lan Sykes pr f re avoir la langue haut plac e dans la bouche afin d obtenir un son concentr Il utilise le conduit vocal pour changer de registre pour de larges intervalles ainsi que pour des effets sp ciaux comme les glissandi ou les multiphoniques Lawrence Dobell enrichit le son en harmoniques en ouvrant la cavit buccale Il ouvre galement la gorge pour descendre de registre Cependant il utilise avant tout les muscles faciaux qui changent la pince de l anche Catherine McCorkill utilise le conduit vocal pour changer l intonation et le timbre Elle a l impression que son palais mou s arque pour avoir un son plus cen
182. e clarinettistes austra liens ce qui a t enrichissant aussi bien sur le plan relationnel que sur le plan scientifique La quatri me tape elle aussi exp rimentale a t la conception puis l utilisation d une bouche artificielle avec conduit vocal J avais r alis moi m me une bouche artificielle Sydney pour la clarinette mais le probl me des fuites n tait pas compl tement r gl et surtout elle ne pr sentait pas la multi fonctionnalit souhait e l Ircam qui voudrait s en servir lavenir pour d autres instruments comme la trompette le hautbois et qui voudrait pouvoir contr ler un certain nombre de param tres comme la tension et la pression des l vres la position des dents la configuraiton du conduit vocal Sa conception a t r alis e par Alain Terrier d apr s des plans de bouches d ja existantes dans d autres laboratoires et de celle que j avais r alis e Sydney Mon travail a consist laborer certains points du dispositif pour au final pouvoir 1 2 D ROULEMENT GESTION ET CO T DU PROJET 189 comparer les exp riences aux simulations Les points sur lesquels j ai travaill sont aussi bien louverture des cordes vocales ou la configuration du conduit vocal que la place des capteurs de pression et la mise en place de protocoles pour obtenir tous les param tres importants pression dans la bouche pression dans la clarinette caract ristiques de lanche Enfin la
183. e et pour les deux configurations de CV ee et aw Notez les deux effets inverses lors de la lecture progressive de ces figures alors que l ampli tude maximale obtenue dans le barillet diminue au fur et mesure que l on monte en fr quence 2 kPa pour G3 contre 0 3 kPa pour A5 celle dans la bouche augmente norm ment pour le ee 0 2 kPa pour G3 contre 0 9 kPa pour A5 et le signal devient simultan ment plus sinusoidal Ceci est d au fait que la fr quence de jeu se rapproche de plus en plus du pic principal de r sonance du ee vers 920 Hz et au fait qu en dehors de ce pic l amplitude de 106 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE Pimp dance reste faible Donc d une part l amplitude des harmoniques sup rieurs va diminuer puisqu a partir de 500 Hz plus aucun harmonique ne pourra correspondre une fr quence proche de 900 Hz et inversement l amplitude du fondamental va augmenter nettement quand la fr quence de jeu se rapproche de 900 Hz Les m mes ph nom nes permettent galement d ex pliquer pourquoi le signal est beaucoup plus chahut dans la bouche pour le ee que pour le aw pour les notes graves puisque pour le ee il y a n cessairement un harmonique sup rieur qui sera renforc qu il soit pair ou impair Par ailleurs l inverse du ee l amplitude du signal de pression dans la bouche pour le aw tend diminuer lorsque la fr q
184. e exp rimentale n a donc pas clos le sujet Des investigations compl mentaires m rite raient d tre men es tant sur le plan purement acoustique que dans des directions nouvelles Une piste explorer est l influence a rodynamique de la cavit buccale en particulier du volume disponible dans la bouche autour du bec sur la circulation de l air au voisinage de l anche Nous avons ainsi valu de mani re tr s approximative par ordre de grandeur la diff rence de fr quence entre un cas o la vena contracta l entr e du canal de l anche en viendrait dispara tre gr ce un guidage du flux d air par la langue dans une position de type i et un cas o elle serait maximale dans une configuration de type La diff rence est de trois cents soit faible mais il est vident que c est une vision grossi re d un des ph nom nes a rodynamiques pouvant intervenir Il faudrait galement voir comment un volume buccal r aliste influe sur la raideur de l anche Ainsi nos exp riences ont montr qu une cavit buccale troite r duit de mani re non n gligeable la pression d extinction comme si l anche devenait plus souple que pour une configuration de volume buccal plus large Les mesures d Ollivier 74 aboutissant une raideur approximativement constante devraient donc tre refaites avec une cavit buccale restreinte et une arriv e d air mobile pour tester simultan ment l influence de la circulation de
185. e for less visco thermal losses more harmonics may be needed and it should be made clear that even if higher harmonics are relatively weak they are important for the perception of the corresponding sound Here and in all following figures the curves calculated using the HBM end where the reed starts to beat The fact that the beating threshold varies with N is due to large overshoots in u t for small N as shown in Figure C 3 Beating occurs only for N 1 and 3 at y 0 494 Amplitude of first harmonic Figure C 4 shows the variation of the first harmonic P with respect to the blowing pressure y obtained using the VTM i e equation C 18 and using the HBM for N 9 harmonics using the cubic expansion and the exact nonlinearity equations C 15 and C 10 respectively 140 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE u t 0 1 0 32 64 96 128 160 192 224 256 time samples Figure C 3 One period of the oscillation of the volume flow for y 0 494 for various N 0 4 y 0 02 0 4 0 3 IPI 0 2 01 HBM cubic e VTM cubic eee HBM exact 0 35 0 4 0 45 05 Y Figure C 4 Comparison of the first harmonic between the VTM cubic eq C 18 and the HBM using the cubic and exact versions of the nonlinear equation N 9 0 4 7 0 02 As expected the first harmonic approximation of the VTM for the cubic model is very good close to the threshold where the p
186. e la clarinette fe L admittance au seuil est not e Y r elle Lorsqu on augmente le nombre d harmoniques et la pression dans la bouche la fr quence de jeu change l g rement On peut alors crire f f 1 e 3 14 Dans ce cas TE Y Y Hi 3 15 d o 5 2Im Y Xal 3Im Ys X3 3 16 3 5 ETUDE ANALYTIQUE A TROIS HARMONIQUES PRES DU SEUIL 55 avec Xo AP AP et X3 AP3 AP Cependant Im Y3 tant tr s inf rieur Im Ya il s av re que dans la plupart des cas cf figure 3 4 le deuxi me terme n influence gu re l volution de la fr quence et nous pouvons simplifier l quation 3 16 en 4 e Im X 3 17 Cette quation permet donc facilement de d terminer le sens de variation de la fr quence il est oppos au signe de la partie imaginaire de l admittance au niveau du deuxi me harmonique Ainsi suivant que ce deuxi me harmonique est avant ou apr s un pic de conduit vocal nous pouvons obtenir des variations de fr quence aussi bien positives que n gatives Si l on veut conna tre un peu mieux l ordre de grandeur de cette variation il faut donc maintenant d terminer X2 Notre intuition est que contrairement au cas de la clarinette seule le deuxi me harmonique n est plus n gligeable dans le calcul des harmoniques impairs en raison du CV Nous allons modifier la m thode de Kergomard et coll d velopp e dans 59 de la mani re suivante nous ten
187. e le 4ieme et le 5ieme dans le spectre interne au niveau du barillet Par ailleurs les clarinettistes peuvent aussi d cider de ne jouer qu un seul des harmoniques L autre partie de cette figure correspond ainsi une descente harmonique qu il a r alis e chez lui sur sa clarinette et enregistr e avec un microphone cardio de l ext rieur hauteur du bec Dans ce cas il utilise une configuration glissando cf annexe H et envoie norm ment d air Il a ainsi pu passer du 10 harmonique au fondamental en les jouant tous except le 2ieme En ce qui concerne les harmoniques les plus lev s il n y a rien de tr s tonnant les fr quences sont tellement proches logarithmiquement qu un l ger changement de pression de la l vre sur l anche suffira modifier la fr quence En revanche une oscillation sur le quatri me harmonique est nettement plus impressionnante et ne peut qu tre r alis e avec l aide du CV Seuls les cing premiers harmoniques except le deux sont repr sent s sur ce spectre 118 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 20 350 _ gt e fondamental _30 3 3007 harmonique 3 4 1 harmonique 4 B 250 harmonique 5 D 40 2 4 a a 200 4 D A E y o 50 D 7 3 150 D e D S 60 ee a S 7 A 100 o 70 9 50 8 A eee 200 400 600 800 1000 1200 0 1000 2000 3000 4000 5000 fr quence Hz fr quen
188. e les effets ne peuvent tre purement acoustiques la figure E 5 montre par exemple une grande similitude entre deux configurations conduisant pourtant d apr s la clarinettiste des sons de qualit s oppos es Dans le cas de notre exp rience du 4 5 la modification importante du volume buccal a n cessairement une influence sur l a rodynamique du jet ou du flux d air qui arrive sur l anche et c est donc certainement un effet a rodynamique et non acoustique qui serait responsable de la diff rence cons quente observ e sur la fr quence de jeu entre les deux configurations Conclusions et perspectives A travers les diff rentes tudes th oriques mais surtout exp rimentales de cette th se nous avons cherch acqu rir une meilleure connaissance du syst me auto oscillant de type clarinette lorsqu en plus du r sonateur principal que constitue le corps de la clarinette un autre r sonateur directement li au musicien que repr sente son conduit respiratoire est pris en compte Nous avons en particulier cherch quelles sont les diff rences introduites par la prise en consid ration du conduit vocal dans les solutions obtenues en ce qui concerne la fr quence de jeu le spectre et la plage de jeu afin de mieux comprendre comment et dans quel but le musicien utilise son conduit vocal Nous n avons consid r dans cette th se que les effets engendr s uniquement par un changement de g om trie et donc d imp dance
189. e mesure de mani re reproductible Il faut ainsi visser la pi ce droite de la figure 2 8 sur la pi ce gauche Un filet de pate a modeler plac sur la section elliptique de la t te permet de renforcer l tanch it 24 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE Calibration a f Ea Ea spectre d sir spectre de r ponse b lf 1 a f 9 lanl charge f connue f spectre d entr e calibr spectre d sir Mesure charge Il spectre d entr e calibre Francis Z r f rence Fic 2 7 Principe de la calibration fuite le tuyau infini s ins re ici ma gt A tete de mesure Fic 2 8 Pi ce pour r aliser de mani re fiable la calibration 2 2 5 R alisme de la mesure En raison du couple trop important qu aurait exerc le poids de la clarinette sur l ensemble du dispositif celle ci a t remplac e par un tuyau en PVC donc ultra l ger Sur celui ci ont t coll s des petits joints circulaires et un repose pouce afin de simuler de mani re r aliste une vraie clarinette En effet ce tuyau permet aux musiciens de retrouver des sensations dans les mains qui leur donne alors l impression de jouer sur une vraie clarinette 2 3 LES MESURES 25 Fic 2 9 Dispositif complet 2 3 Les mesures 2 3 1 Protocole Dix sept clarinettistes australiens ont particip l exp rience Except s deux amateurs leur niveau tait soit avanc soit professionnel Ils ont com
190. e playing frequency as y increases is different The frequency decreases due to the damping of the reed whereas it increases when dispersion is taken into account We will compare the effects in a numerical example Suppose the first frequency of the clarinet is 100 Hz wp 628 3s which implies that the effective reed resonance frequency is at the 37th harmonic of the pipe In this case the values of M and R are respectively 7 3x107 and 3 4x10 Figure C 9 shows that the playing frequency is slightly decreased 0 05 1 e not percepti ble compared to the simple reed approximation and that it varies little between the oscillation and beating thresholds about 100 times less than the variation caused by dispersion cf Fig ure C 7 note the differing axes Thus as far as the playing frequency is concerned the effect of the reed resonance is negligibly small when the pipe resonance is far from the reed resonance It is also interesting to see that equation C 21 is a good approximation in the entire regime 1p approximation pess HBM 0 9998 0 9996 fif 0 9994 0 9992 0 999 0 36 0 38 04 042 0 44 046 048 0 5 Y Figure C 9 Variation of the playing frequency with the mouth pressure when the mass and damping of the reed are taken into account comparison between HBM and approxi mation C 21 for f 100 Hz N 9 0 4 7 0 02 The change in the spectrum is also quite small as shown in F
191. e sujet ainsi que de d finir les moyens d investigation pour y parvenir Dans cette tape j ai donc cherch et lu tous les articles chapitres de livres et th ses r dig s sur le conduit vocal dans le jeu des instruments vent en g n ral ainsi que dans le domaine de la parole afin de d gager les lignes directrices de mon projet Une autre tape plus longue a consist comprendre th oriquement l influence du conduit vocal du musicien Cette tude s est accompagn e de simulations num riques Dans cette tape j ai labor quelques mod les et partiellement mis en place un outil num rique pour comparer les mod les aux simulations simulations qui ont t elles m mes ensuite compar es aux valeurs exp rimentales La troisi me tape a consist en la mise en place PUNSW du syst me de mesures de l imp dance du conduit vocal de clarinettistes en quasi situation de jeu Le principe de mesure existait d j l UNSW mais en revanche j ai d r alis toute l adaptation la situation qui nous int ressait Cette tape a t une des plus int ressantes de ma th se je suis devenue experte en bricolage puisque j ai r alis tous les prototypes et les syst mes pr liminaires moi m me j ai d faire preuve de rigueur de beaucoup de pers v rance et d ing niosit pour finale ment arriver un syst me fiable Cette tape s est termin e par une s rie de mesures sur une vingtaine d
192. ee L 430 ee L 430 431 54 aw L110 Pe aw L 110 ee L 110 ee L 110 431 i 35 0 4 0 45 035 0 4 0 45 Y x tuyau court 1 T 0 45 T 0 8 a 0 6 De sE 0 4 E Art aw L 430 ee L 430 ee L 430 0 2 eau ESO iia aw L 110 ee L 110 ee L 110 4 035 0 4 0 45 J x10 tuyau court 1 2 0 35 aw L 430 o 3 ee L 430 pus aw L 430 aw L 110 ee L 430 0 25 ee L 110 A 1 aw L 110 ee L 110 0 15 0 05 0 45 77 FIG 3 28 Fr quence de jeu et module de P P 0 ainsi que de x P Pa i de 2 5 en fonction de la pression dans la bouche pour le tuyau long lorsque l inertance glottique vaut soit 430 soit 110 Pa s m 78 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE 3 7 Conclusion Cette tude th orique a donc permis de comprendre qualitativement certains effets induits par le conduit vocal sur la fr quence de jeu et le spectre tout en donnant un ordre de grandeur quantitatif de ces effets gr ce la r solution num rique avec Harmbal Les d veloppements analytiques aux premiers ordres pr s du seuil permettent de comprendre l volution de la fr quence de jeu lorsque la pression dans la bouche augmente mais uniquement dans un voisinage du seuil En effet des que nous nous en loignons l influence des harmoniques sup rieurs n es
193. eille pour avoir un beau son dans une plage de pression la plus grande possible En ce qui concerne la clarinette son angle d inclinaison a t fix 11 degr s inclinaison qui correspond grossi rement celle que les clarinettistes peuvent adopter sachant qu ils bougent beaucoup et la diff rence entre les embouchures clar grave et clar aigu consiste en une l g re baisse de la pression d eau dans les l vres Notre colonne d eau n tant malheureusement pas gradu e c est un des points am liorer pour les prochaines mesures il nous est difficile de la quantifier quelques centim tres sur un m tre de colonne Par commodit nous appellerons cyl l embouchure utilis e pour les tuyaux et clar grave ou clar aigu celle pour la clarinette respectivement dans le registre grave m dium et dans le registre aigu A partir de ces r sultats nous pouvons galement d terminer le param tre d embouchure pe 2 wH 4 1 S PPM en o les diff rentes grandeurs sont rappel es ci dessous p 1 29 kg m c 343 m s la temp rature ambiante de la salle d exp rimentation S est la section la sortie du bec de clarinette soit 177 mm w est la largeur de l anche soit 13 20 mm H est l ouverture de l anche au repos donn es par les interpolations lin aires de la figure 4 5 soit H 0 49 0 02 mm pour l embouchure cyl H 0 39 0 02 mm po
194. elles du conduit vocal et Pm et P pouvant tre mesur es gr ce des microphones Zm s en d duit ais ment a 1 3 L inconv nient de cette m thode est de n obtenir des mesures fiables que pour les fr quences harmoniques de la note jou e car pour les autres fr quences le niveau de bruit est trop im portant puisque les spectres de pression sont faibles L avantage en revanche est que cette mesure peut tre effectu e lors de l ex cution d un extrait musical Les deux m thodes donnent cependant rarement les m mes r sultats pour les fr quences harmoniques Simulations num riques Benade 11 pour analyser ses mesures a mod lis le conduit respiratoire par 3 tubes le diam tre de celui du milieu tant bien inf rieur celui des deux autres afin de repr senter la constriction palatale La longueur des trois tubes assembl s est gale la longueur totale 12 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES du conduit respiratoire et la terminaison est ouverte ce qui est contraire l effet totalement dissipatif des poumons Hoekje 50 a utilis pour la simulation du conduit respiratoire les fonctions d aires de Fant et a pris en compte les parois molles par un amortissement dix fois sup rieur celui de parois rigides comme le propose Ishizaka 51 Pour la glotte il a choisi une ouverture moyenne de 0 6 cm pour tenir compte de la disparit des joueurs Avec cette simulation il a obtenu un premier pic entre 15
195. elles verticales ont t choisies de sorte avoir peu pr s pour chaque note la m me plage de variation qu la figure 4 16 il est tr s difficile de s affranchir totalement des mouvements de m choire Ces r sultats obtenus sur la bouche artificielle et par P A Taillard diff rent des mesures de Bak et Domler 10 Ils ont ainsi mesur sur leur dispositif artificiel une augmentation de la fr quence avec la pression qu ils n ont pas retrouv e chez le musicien professionnel qu ils ont enregistr pour lequel la fr quence diminuait progressivement Ils en avaient conclu qu un musicien est difficilement capable de garder la pression des l vres constante lorsqu il souffle plus fort D apr s ce qui pr c de nous pouvons donc en d duire que sa technique de jeu tait plut t de type fran aise de sorte que la remont e de fr quence n a pu tre mesur e comme sur P A Taillard Il reste en revanche inexpliqu pourquoi contrairement eux nous avons mesur une baisse de fr quence pour les notes plut t graves avant que l anche ne batte Il semblerait donc au vu de nos mesures que la modification de la pression des l vres du musicien ne soit pas seule responsable de la baisse de fr quence lorsque la pression dans la bouche augmente Elle l est seulement forte pression en technique de jeu fran aise En ce qui concerne l aigu et le suraigu ils ont t test s d une part avec la m me embouchure que
196. en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle et m me l gende ee aw 0 5 r r 7 T r r 0 5 tc r r r te amorti mm tc tronqu 0 41 tm Prat e tm ss CV tc tc amorti ernis tc tronqu tm e tm ss CV 0 44 0 46 048 0 5 036 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 Y Y 0 42 Fic 3 13 Module de x3 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite 64 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE 3 10 raw E to 2 57 a ds 2 5F tc amorti 1 ES dl A O E te tronqu ot we eme te tronqu ol ir 4 tm s t ES ist 15h 15 2 1 57 imss CV Se e tmss CV 0 44 0 46 048 0 5 036 0 38 0 4 0 42 044 0 46 0 48 0 5 Y Ms 036 0 38 0 4 0 42 FIG 3 14 Module de x en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite ee aw 0 25 r i r r r 0 25 tc T tc amorti 0 2 o 2b fore tc tronqu im east 7 0 157 0 15 o tmss CV EX x ot tc amorti ott rte tronqu tm 0 05 ever 0 05f e tm ss CV 036 0 38 0 4 042 044
197. ent acoustique de celui ci peut tre consid r comme lin aire Il est alors caract ris par son imp dance d entr e c est dire sa fonction de transfert entre le d bit entrant et la pression dans le bec 1 6 o les lettre majuscules d signent les grandeurs oscillantes composante statique non incluse dans le domaine fr quentiel 1 2 LA CLARINETTE 15 Pour des r sonateurs de forme simple comme des tuyaux cylindriques l imp dance est connue analytiquement Pour les formes plus complexes comme une r elle clarinette l imp dance est soit mesur e 15 39 19 une importante banque de donn es pour la clarinette tant dis ponible sur 96 soit calcul e num riquement 79 56 55 M me si nous nous nous limiterons ici au cas d un r sonateur lin aire il faut garder l esprit qu un certain nombre d effets non lin aires peuvent tre pr sents Des tudes r centes se sont int ress es ces effets qu ils soient localis s 21 3 4 75 ou li s la propagation 48 70 1 2 3 La caract ristique non lin aire La non lin arit essentielle de la clarinette r side dans le comportement du jet entrant ou sortant du canal anche table Une discussion des ph nom nes physiques mis en jeu peut tre lue dans 461 La mod lisation du syst me excitateur est g n ralement r alis e dans le cadre d une th orie quasi stationnaire en ce qui concerne l coulement Ce syst me excitateur est par ai
198. ent en revanche pas dans le spectre de pression du son correspondant m me si ce spectre pr sente des formants non discernables dans le spectre de l autre son 1 1 4 Son imp dance acoustique Les tudes du conduit vocal suivent les traces des tudes effectu es dans le domaine de la parole Flanagan 32 et Fant 29 dans lesquelles le conduit vocal est consid r comme un r sonateur acoustique lin aire de sorte que son imp dance d entr e en est une grandeur caract ristique Mesures Mesures d imp dance acoustique Il existe quatre techniques principales de mesure d imp dance d entr e d un r sonateur 1 Le moyen le plus direct pour obtenir l imp dance est de mesurer simultan ment la pression et le d bit acoustique l entr e du r sonateur Cependant alors que la mesure d une Source Microphone Fic 1 2 M thode directe pression est facile r aliser l aide d un microphone celle d un d bit est beaucoup moins ais e Cette derni re peut se faire par la technique du fil chaud utilis e par Pratt Elliot et Bowsher 77 mais ce proc d est d licat mettre en oeuvre 1 1 LE CONDUIT RESPIRATOIRE 9 Il est donc plus simple d utiliser une source de d bit connue ou dont le d bit est directe ment proportionnel une pression mesurable par un microphone C est ce qui est utilis dans les deux m thodes suivantes 2 Un haut parleur dont la partie arri re est cloi
199. es caract ristiques des parois du conduit subglottal L imp dance est calcul e par it rations successives de la relation matricielle suivante sur la longueur totale du conduit subglottal 32 en commen ant aux poumons i 0 Zo 41 Pipi _ cosh yl Zesinh yl ps E EE y sinh yl cosh l Uj 2 21 Si nous d finissons z R jwL et y Gt jwC Yuc l Yus l alors y Zy et Ze 4 2 y Ceci donne par cons quent _ Zicosh yl Zosinh yl Zi 1 2 22 r cosh yl 5 sinh yl eee Cependant les segments de la ligne de transmission sont assembl dans un arbre similaire a la structure r elle du conduit subglottal Ainsi la trach e se finit dans deux bronches chacune d elle connect e deux autres branches et ainsi de suite Nous supposerons ici que l arbre est sym trique de sorte que l imp dance terminale vue par le segment 1 n est pas Z mais Z 2 de sorte que l quation 2 22 devient 4 cosh yl Z sinh yt cosh yl ER sinh yl Ziti 2 23 Nous consid rons ici un arbre de profondeur 10 Les param tres de chaque niveau sont donn s dans le tableau 2 2 Comme les nombreux petits segments du niveau 10 repr sentent au total une tr s large section nous pouvons consid rer que ceci repr sente une terminaison ouverte L imp dance terminale au niveau des poumons Z peut tre consid r e dans ce cas nulle dans la gamme de fr quence qui nous int resse soit f gt 75 Hz
200. es en place TUNSW et l Ircam Un certain nombre de nouveaut s ont t ajout es par rapport aux bouches d j existantes dans d autres laboratoires Enjeux de valorisation et de transfert Pour les clarinettistes les r sultats de cette th se pourraient leur permettre de mieux comprendre ce qu ils font avec leur conduit vocal ce qui leur permettrait par cons quent de mieux enseigner ces param tres de jeu leurs l ves Dans une logique plus marchande une valorisation au niveau du Forum le club des utilisateurs des logiciels Ircam et des compositeurs est galement envisageable long terme avec l int gration de ces r sultats dans le logiciel de synth se par mod les physiques con u l Ircam Modalys Cependant les enjeux financiers r sultants seraient faibles 1 2 D ROULEMENT GESTION ET CO T DU PROJET 187 le chiffre d affaires de Modalys tant d environ 13500 par an D autre part un projet Windset de cr ation d instruments virtuels vient d tre lanc entre la soci t Arturia et PIrcam au sein de l action Recherche et Innovation en Audiovisuel et Multimedia financ e par le Minist re de la Recherche Pour l instant le conduit vocal n a pas t voqu mais il s av rera peut tre n c ssaire de l impl menter pour obtenir des instruments plus r alistes en particulier dans le cas du saxophone 1 2 D roulement gestion et co t du projet 1 2 1 Pr paration et fi
201. eux premiers sont les segments glottiques les 44 autres constituent les 17 4 cm de conduit vocal La longueur de chacun des segments vaut 3 968mm sauf le premier qui sert ajuster l paisseur de la glotte son paisseur effective et qui vaut 1 13 mm A droite imp dance mesur e sur Joe Wolfe et imp dance simul e correspondant au ee clarinettiste est coh rente puisqu elle est assez similaire celles des voyelles i et 1 Ainsi au niveau de la constriction palatale cette fonction d aire a une valeur quasi moyenne entre les deux et il est bien vident qu il est impossible pour un clarinettiste de savoir s il fait plut t un i ou un 1 A l entr e de la bouche la fonction d aire a t fix e gale la section du bec environ 1 5 cm du bout de l anche Cependant il nous a t impossible de recaler le premier pic il s av re syst matiquement trop lev en fr quence par exemple entre 230 et 250 Hz au lieu de 200 Hz pour le aw et entre 250 et 280 Hz au lieu de 230 Hz pour le ee et un peu trop lev en amplitude D autre part une r sistance de 1 5 MPa s m a t ajout e au niveau de la glotte pour mieux ajuster la hauteur des pics Ceci peut tre justifi par le fait qu une constriction peut impliquer une perte d nergie par turbulence et ou par le fait qu une partie de l nergie des modes propagatifs est c d e aux modes non propagatifs Pour le cas du aw figure 2
202. f s explique par le fait que les clarinettistes ont une m moire musculaire d velopp e surtout s ils sont professionnels par des ann es de pratique instrumentale en effet avant de commencer jouer les musiciens pr parent la configuration qui va leur permettre d avoir d s l attaque la bonne intonation la bonne nuance etc En revanche pour l ouverture glottique le contr le ne peut se faire qu en soufflant ce qui ne signifie pas n cessairement en jouant Nous avons donc introduit ce que l on cherche par ailleurs toujours viter en acoustique c est dire une fuite Celle ci devait tre la plus courte possible afin que ses r sonances soient hors du domaine de fr quence qui nous int resse et donc ne faussent pas la mesure tout en sortant quand m me de la bouche De plus son diam tre devait tre suffisamment petit pour que son imp dance soit tr s grande par rapport l imp dance en parall le du conduit vocal Pour cette raison un tube de 40 mm de long et 3 mm de diam tre de premi re fr quence de r sonance sup rieure 4000 Hz a t creus lat ralement dans le bec bec de clarinette rempli de colle fuite att nuateur FIG 2 5 Introduction d une fuite 2 2 DISPOSITIF DE MESURE D IMP DANCE 23 De plus cette fuite est remplie de mousse acoustique afin d une part de r duire les bruits de turbulence dus au flux d air et d autre part de produire une r sistance st
203. fente apr s avoir effectu une boucle de vena contracta agrandie Nous avons la configuration typique d un r sonateur de Helmholtz ce qu il me semble Elle est assez gourmande en nergie mais elle nous permet de faire mentir l acoustique de la clarinette et d effectuer certaines corrections d intonation Nous voyons qu un instrumentiste exp riment peut contr ler dans une certaine mesure la quantit d air qu il dirige vers la langue et celle qu il dirige vers le palais Il peut donc modifier sa guise la portance de l anche ce qui s av re tr s utile pour passer instantan ment de pp ff par une simple descente de la langue en gardant la m me pression dans la bouche La modification de l angle d embouchure permet de d montrer galement le m me ph nom ne bien qu il soit difficile de maintenir toujours une embouchure peu pr s quivalente Voil pourquoi les clarinettistes allemands adoptent un angle d attaque moins prononc que leurs coll gues jouant la clarinette Boehm Voici donc en r sum les conclusions de mes observations p dagogiques et de mes exp rimenta tions sur mon propre conduit vocal Les diff rentes configuration de conduit vocal de larynx et d angle d embouchure adopt es par les clarinettistes visent principalement modifier les caract ristiques vitesse pression et direction de la circulation de l air dans la bouche en cr ant plusieurs bouclages tout en en
204. fin de l utiliser dans la bouche artificielle il s av re int ressant de pouvoir calculer num riquement sur une large gamme fr quentielle l imp dance du conduit vocal 30 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE Note C5 Note C5 150 y r r 140F y 1 D Y D E 4 4 So 18 LA ae N N A at aes e o 5 h a ace e 1 1 oO 2 120118 3 Yi a al hy ri ul ar mol toie Ml 2 aw ee 100 _t _ i i i 3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 2 14 Imp dance du conduit respiratoire de Margery Smith pour deux configurations de conduit vocal ee et aw pour la note C5 Note C4 Note C4 20log Z dB phase Z langue haute langue haute tee langue basse langue basse 1 o9 500 1000 1500 2000 2500 3000 3 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic 2 15 Imp dance du conduit respiratoire de Karl Murr pour deux positions haute et basse de la langue pour la note C4 2 4 Simulations num riques du conduit respiratoire 2 4 1 Mod lisation du conduit vocal Les fonctions de transfert du conduit vocal sont tr s souvent calcul es dans le domaine de la parole Dans cette discipline c est g n ralement l imp dance d entr e a la glotte qui est source d int r t Il faut donc inverser la m thode de calcul et d terminer la cond
205. fin du r gime anche non battante L effet est donc du m me ordre de grandeur que celui observ sur le tuyau court tronqu et le tuyau long en configuration ee de sorte que les deux effets peuvent s ajouter ou au contraire se compenser Dans tous les cas l ordre de grandeur de ces effets est tr s sup rieur l effet d la prise en compte de la masse et de l amortissement de l anche cf partie C 1 6 pour les notes graves En revanche la r sonance d anche une influence importante pour les notes aigu s de la clarinette en particulier sur le domaine seuil d oscillation seuil de battement de sorte que nous en tiendrons compte la partie 3 6 8 3 6 3 Simulation d une clarinette r elle Pour les simulations num riques nous utiliserons les mesures d imp dance que nous avons faites au Mans gr ce leur dispositif d crit dans 19 18 Afin de pouvoir comparer th orie et exp rience elles ont t r alis es pour les deux configurations du conduit vocal artificiel ee et aw ainsi que pour la clarinette avec laquelle nous ferons les exp riences du chapitre 4 Lors de la mesure de l imp dance de la clarinette le bec tait remplac par un cylindre de volume quivalent dans notre cas un cylindre de diam tre 15 mm et de longueur 63 2 mm soit de volume 11 2 mL Le d bit d anche est simul par une correction de longueur moyenne de 7 mm d apr s les travaux de Dalmont et coll 20 Les
206. fr quence Hz tuyau moyen 500 1000 1000 fr quence Hz ss CV tuyau court 1000 fr quence Hz 500 1 1 i 1 1 I 1 t 1 4 1 1 1 1 I 1 1 1 gw 1500 2000 Fic 3 16 Module gauche et argument droite de l imp dance des diff rents tuyaux avec diff rentes configurations sans CV avec ee et avec aw Ceci ne s av re en fait pas tr s surprenant lorsque l on examine le module et l argument des imp dances totales du syst me tuyau CV figure 3 16 les courbes peuvent tre en effet extr mement chahut es et il est des lors impossible de raisonner partir des connaissances que l on poss de sur la clarinette Le aw n affecte qu assez peu l imp dance de la clarinette les pics sont tr s peu modifi s 66 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE et la phase conserve son allure habituelle Il en r sulte cependant une inharmonicit des creux d imp dance qui de ce fait la mani re de la dispersion C 1 5 va affecter l g rement la fr quence ainsi que le spectre Sans n cessairement pouvoir pr dire quantitativement les effets nous saurons que les effets seront l gers peu de d viation entre les spectres des tuyaux avec ou sans CV Il n en est en revanche pas de m me pour le ee qui engendre une courbe d imp dance totale tellement chahut e tant en module qu en phase qu il est en fait impensable de voul
207. g om tries d att nuateur ont t test es comme par exemple un att nuateur courb son extr mit ce qui permettait qu il ne sorte pas du bec tout en gardant une section circulaire son extr mit ou bien un att nuateur droit et inclin comme en haut de la figure 2 3 o les volumes suppl mentaires aux extr mit s de l ellipse avaient t bouch s mais les mesures effectu es sur des tuyaux cylindriques ne se sont pas r v l es satisfaisantes mauvais accord avec la th orie au niveau des amplitudes comme des fr quences de r sonance C est ainsi que nous avons abouti la g om trie d crite au paragraphe pr c dent Le microphone Le microphone utilis est un microphone miniature de la marque Countryman mod le CAI B6 miniature B6 de diam tre 2 mm Sa position est cruciale pour la mesure Comme il est malheureusement impossible de le faire tenir au niveau de la table du bec au bout du tuyau cylindrique contenant l att nuateur nous avons recul l att nuateur dans ce cylindre d une distance l et plac le microphone sa sortie ce qui rajoute en amont du r sonateur mesur un cylindre de longueur et de diam tre 7 8 mm D une part l a t choisie de sorte qu il soit ais de retrancher cette longueur additionnelle l imp dance mesur e par un simple mod le unidimensionnel il faut en fait que l soit assez grande et nous l avons choisie gale 9 mm D autre part la position pr c
208. gramme qu est Harmbal Mais la liste ne s arr te pas l Je tiens en particulier remercier toutes les personnes que j ai rencontr es ou contact es et qui m ont aid sur le plan scientifique de pres ou de loin Thanks to Brad Story for his help regarding the vocal tract simulation and the mapping Danke Malte f r deinen wissenschaftlichen Rat for your really nice support at SMAC when I was not so convinced by what I was doing et pour tous les bons moments pass s ensemble en congr s Un grand merci l quipe du Mans S bastien Ollivier Jo l Gilbert et surtout Jean Pierre Dalmont pour leur aide scientifique et le pr t du capteur Thanks to Neville Fletcher for his fruitful comments and his interest Merci Franck Lalo pour ses commentaires int ressants et Mico Hirschberg pour son id e des poumons Thanks to Tim Leash and Gordon Troup for having provided me with dissertations or unpublished papers which were difficult to find Merci Shinji Maeda et Daniel Isabey pour m avoir accord un peu de leur temps pour me rencontrer Pour finir sur le plan scientifique je tiens galement remercier les membres de mon jury d avoir accept de juger ces travaux et plus particuli rement mes rapporteurs pour leurs com mentaires fructueux Par ailleurs cette th se n aurait pu exister sans les principaux int ress s c est dire les cla rinettistes Mille mercis Pierre Andr qui est venu illuminer mes derniers mois
209. grandeurs totales incluant composante statique prise fr quence nulle et composante oscillante caract ris e ci apr s par l indice o et Pr est la pression dans les poumons D o AP Pa Pm Ze Zm U Pr 3 8 Ze Zm Uo Pr Ze Zm 0 U 0 3 9 Ze ER Ze a Pmo 3 10 et donc AP Ze Zm Uo 3 11 Pno PL Ze Zm 0 U 0 3 12 Or dans nos quations pr c dentes AP w tait par notation la composante oscillante de la diff rence de pression et est donc gale AP ainsi que U w est gal U Nous en d duisons donc gr ce 3 12 que la pression statique dans la bouche est diminu e par rapport la pression dans les poumons de la quantit Ze Zm 0 U 0 Or l imp dance de la clarinette est nulle fr quence nulle et celle du conduit vocal reste faible d apr s nos simulations m me en consid rant la r sistance de la glotte de sorte que nous pouvons n gliger ce terme en premi re approximation et consid rer que choisir la source dans la bouche est quasiment quivalent la choisir dans les poumons Puisque les imp dances du CV et de la clarinette sont en s rie il est int ressant de commencer par une comparaison de ces deux imp dances afin d examiner si nous pouvons d j pr dire qualitativement quelques effets 52 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE 3 3 Influence qualitative du conduit vocal Les imp dances du CV et de la clarinette tant en s rie nous p
210. gure 3 23 Aucune explication n est donc vraiment chafaudable juste partir des imp dances totales repr sent es aux figures 3 23 et 3 24 D autre part les simulations num riques ne nous aident en rien puisqu elles ne pr disent pas les ph nom nes observ s Nous nous retrouvons ainsi un peu impuissants face ces r sultats exp rimentaux que nous pouvons observer et commenter sans arriver les expliquer 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 111 G3 0 6 r r 0 3 0 28 0 5 0 26 0 24 a 04f 2 20 221 e 2 Cag 0 2 0 3 e 0 18 J 0 2 0 16 J 0 14 0 1 i i 0 12 2 2 5 3 3 5 P no KPa 0 015 0 01 is S 0 005 0 i g i 2 2 5 3 3 5 4 2 6 2 8 3 2 3 4 P_ kPa P kPa mo mo D5 0 02 0 035 P2 e6 P4x10 ee 0 01 0 03 o P2 aw e P4x10 aw 0 025 0 008 z _ 0 02 _ 0 006 S 0 015 0 004 0 01 0 002 0 005 95 Ba 2 6 3 2 3 4 di Po kPa FIG 4 23 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Pmo pour les deux configurations ee et aw note G3 dans la colonne de gauche et note D5 embouchure clar grave dans la colonne de droite 4 6 2 Autres tudes Dans cette partie nous tudions tous les ph nom nes qu il s av re dans le cadre de cette th se hors de question de mod liser et impossible simuler avec Harmb
211. harmonique 1 Les figures 3 12 3 15 donnent les rapports x pour les diff rents tuyaux pour chacune des deux configurations ee et aw Pour bien visualiser les effets engendr s par le CV il est n cessaire d avoir galement les courbes dans la configuration sans conduit vocal Sachant que ces courbes pour les trois tuyaux ne diff rent approximativement l une de l autre que par une translation suivant l axe des abscisses nous n avons repr sent que celle du tuyau moyen ainsi celle du tuyau court s en d duit d une translation vers des y plus faibles et inversement pour le tuyau long 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 63 ee aw 0 7 0 6 0 5 2 0 4 a tc amorti o 03 te amorti pas tc tronqu rte tronqu im 0 2 im ans ies 0 1 i e tm ss CV tm ss CV 1 L 1 i 0 al 4 1 L 1 1 0 4 0 42 044 046 0 48 0 5 0 36 0 38 0 4 0 42 044 046 0 48 0 5 Y Y Fic 3 11 Module de P P en fonction de la pression dans la bouche y pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle et m me l gende cs ee ys aw 45X10 4510 Si r r T T 10 4r H tc amorti es CS OE tc tronqu tc amorti O eee 10 tronqu 3t y tm ll s tmss CV se oss 04 042 044 046 048 05 036 038 04 0 42 044 046 048 05 Y Y Fic 3 12 Module de x2
212. he control oscillator the reed In this study another resonator the vocal tract VT is included The acoustical impedances of the two resonators appear in series as a load on the reed Measurements were made of the impedance spectra of the VT of twenty Australian players under a range of conditions These are analysed and compared and are also used as a basis for numerical simulations These measurements show a large variability among musicians but some general trends are observed Most clarinettists vary the configuration of the VT relatively little over most of the range of the instrument except for the altissimo register They do however use radically different configurations for special effects such as pitch bend and awkward slurs across registers Two such very different configurations were chosen for theoretical numerical and experimental simulations They are described by clarinettists as ee and aw The complexity of the problem non linear coupled differential equations does not allow a simple analytical solution even with many simplifications Moreover the numerical calculations did not yield any simple correlation between the change in the VT impedance and the effect on the spectrum and the playing frequency Experiments were then conducted using a blowing machine with an artificial VT Threshold pressures playing frequencies spectra and transition transients were measured The configurations ee and aw were compa
213. hie Table des figures Table des mati res 215 185 186 187 187 188 189 190 191 192 199 209 215 R sum Cette th se est consacr e l tude de l influence du conduit vocal CV du clarinettiste sur des param tres tels que la fr quence de jeu le spectre harmonique et le seuil d oscillation Dans le mod le classique seul le r sonateur du corps de la clarinette est coupl non lin airement au syst me excitateur qu est l anche Ici un autre r sonateur est pris en compte le CV en s rie avec la clarinette Une s rie de mesures de l imp dance du CV sur une vingtaine de clarinettistes australiens en quasi situation de jeu a permis de constituer une base de donn es pour les simulations num riques et de tirer quelques conclusions qualitatives A nsi ces mesures montrent une grande variabilit entre les musiciens m me s ils respectent quasiment tous les deux principes suivants l imp dance semble constante sur l ensemble du registre except le suraigu en mode de jeu normal mais peut tre radi calement diff rente pour des effets sp ciaux comme le pitch bend ou des liaisons d licates Deux configurations tr s diff rentes correspondant aux sons et ah ont t choisies pour notre tude la fois num rique et exp rimentale La complexit du probl me quations diff rentielles non lin aires coupl es ne permet pas m me en simplifiant l extr me l obtention d
214. ien s r conserv s pour une comparaison plus facile avec notre mod le th orique et sur une vraie clarinette pour une comparaison avec les remarques des clarinettistes Il est important de signaler d s pr sent que cette tude n aurait pu tre si approfondie sans l aide pr cieuse du clarinettiste Pierre Andr Taillard en raison de son r le primordial sa biographie a t mise dans l annexe G qui non seulement a r alis un r glage fin de la bouche artificielle permettant d explorer tout le registre de la clarinette du grave au suraigu mais a galement aliment les discussions et les exp rimentations gr ce ses connaissances approfondies du jeu de la clarinette tant sur le plan musical que sur le plan scientifique Ses exp riences parall les ont ainsi permis de mettre en lumi re certains probl mes et de d terminer les points investiguer plus en profondeur avec cette bouche artificielle pour tenter de comprendre quel niveau et de quelle mani re intervient v ritablement le conduit vocal dans la production du son Cependant la nuance pianissimo piano tant r alisable facilement par un clarinettiste elle est souvent exig e par les compositeurs tant pour des parties d orchestre que pour des concertos Cette nuance repr sente donc une partie importante de la gamme dynamique de la clarinette contrairement au cas du hautbois par exemple Chapitre 1 Etat des connaissances Ce chapitre nous permet de poser
215. ificiel en altuglas gauche et module de son imp dance simul e droite pour les deux configurations ee et aw d crites dans le tableau 2 5 2 6 Incertitude au niveau de la glotte M me si les clich s de Mukai semblent montrer que la glotte des musiciens professionnels est tr s ferm e une incertitude r side cependant ce niveau ce qui implique une marge d erreur la fois sur la r sistance glottique qui par exemple a t ajust e 1 5 MPa s m mais uniquement sur les mesures soumises au maping et sur l inertance glottique La r sistance glottique est en fait due l coulement travers cette fine fente et nous pouvons l image de l coulement dans le canal de l anche appliquer la relation de Bernoulli Soient u le d bit statique la sortie de la trach e juste avant la glotte u la perturbation de 46 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE cet coulement engendr e par la fente glottique P la pression statique dans les poumons Ap la perturbation engendr e sur la diff rence de pression de part et d autre de la glotte Alors le d bit u entrant dans la glotte s crit Ap 2P Ap Ug uy ul Cab 2 Pr Ap Cab EE 55 2 37 p p 2P o C est le coefficient de vena contracta D ot 1 Ut i P pl 2 38 E 3 28 y Ap de Up 2 39 Et donc la r sistance due l coulement travers la fente glottique vaut Ap _ PU ES w C
216. iguration aw est la m me pour les deux embouchures une translation pr s vers le haut d une dizaine de cents pour l embouchure cyl aigu ce qui constitue une nigme puisque le desserrement de l embouchure la pression d eau dans les l vres a en effet t abaiss e aurait d plut t conduire une baisse de fr quence D autre part pour les trois notes o une comparaison des fr quences est possible entre les deux configurations de CV soit A5 B5 et E6 la fr quence est 15 20 cents plus lev e pour le aw que pour le ee ce qui n est certainement pas intuitif pour les clarinettistes Enfin aucune corr lation n est possible entre ces r sultats exp rimentaux et les r sultats th oriques vus au paragraphe 3 6 3 puisque ni les effets sur la fr quence de jeu ni les effets sur les pressions de seuil ne correspondent Nous n avons pas encore pu d terminer ce jour les param tres qui pourraient expliquer une telle discordance mais certaines lacunes du mod le qui pourraient en tre responsables seront discut es ult rieurement Etude de la pression dans le barillet et dans la bouche Int ressons nous maintenant la forme d onde des signaux de pression dans le barillet ainsi que dans la bouche pour les doigt s qui ne pr sentent pas de multiphoniques soit du G3 au A5 Les figures 4 20 4 22 donnent pour chaque note les formes d onde pour trois ou quatre niveaux de pression statique dans la bouch
217. igure C 10 The phase difference is completely negligible and the magnitudes differ by less than 1 The approximation of the reed as a simple spring is therefore rather good when the playing frequency is much smaller than the reed resonance frequency Pipe resonance interacting with reed resonance Consider now a hypothetical clarinet with a pipe seven times shorter such that the first res onance frequency of the pipe is fp 700 Hz The fifth harmonic is thus just below the reed resonance frequency In this case the values of M and R are respectively 3 6x107 and 2 4x10 2 Figure C 11 shows one period of the corresponding solution model B as well as a period for M R 0 model A The solution for model B was obtained from the solution for model A by increasing M and R progressively C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 145 0 2 Model A 1P 1 Pa en Pa mm A 0 36 0 37 0 38 0 39 0 4 Figure C 10 Modulus of the harmonics for models A and B in the case f 100 Hz 0 4 n 0 02 N 9 y is cut at 0 4 as the reed effect is largest near the oscillation threshold 0 4 03 Model A ee Model B 02 0 1 0 pit 0 1 0 2 0 3 0 4 0 32 64 96 128 160 192 224 256 Time samples Figure C 11 Waveform p t for models A and B when fp 700 Hz y 0 4 n 0 02 0 4 Np 9 The difference between models A and B as y changes is shown in Figur
218. in woodwind instrument playing Unpublished R Johnston P Clinch et G Troup The role of the vocal tract resonance in clarinet playing Acoustics Australia 14 3 1986 W Kausel Bore reconstruction from acoustical input impedance equipment signal pro cessing algorithms and prerequisites Dans Proc International Symposium on Musical Acoustics pp 373 378 Perugia Italie 2001 J Kergomard Champ interne et champ externe des instruments a vent These de Doctorat Universit Pierre et Marie Curie Paris 1981 J Kergomard Ch 6 Elementary considerations on reed instruments oscillations Dans Mechanics of Musical Instruments Lecture notes CISM d par A Hirschberg J Kergo mard et G Weinreich pp 229 290 Springer Verlag 1995 J Kergomard et J Gilbert Analyse de quelques aspects du r le de l anche d un instrument vent cylindrique Dans 5e Congr s Fran ais d Acoustique Lausanne pp 294 297 Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 2000 in French 198 99 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 BIBLIOGRAPHIE J Kergomard S Ollivier et J Gilbert Calculation of the spectrum of self sustained oscillations using a variable truncation method application to cylindrical reed instruments Acustica acta acustica 86 685 703 2000 M Kob Physical modelling of the singing voice These de Doctorat
219. inima d imp dance au niveau des harmoniques pairs Pour ceux ci l imp dance du CV est n cessairement pr pond rante m me si elle est d amplitude moyenne bien plus faible que celle de la clarinette et peut ainsi influer sur la fr quence de jeu comme sur le spectre Par ailleurs l influence des harmoniques sup rieurs dans le son r sultant rendent le probl me d une extr me complexit de sorte que les r sultats num riques obtenus avec le programme d quilibrage har monique Harmbal sont tr s difficilement interpr tables intuitivement la lumi re des courbes d imp dance totale Enfin alors que le spectre harmonique de la pression dans la bouche est le reflet de l imp dance du CV par exemple le troisi me harmonique sera lev s il tombe sur une r sonance du CV aucune corr lation de ce type n a t trouv e pour le spectre de pres sion au niveau du bec Ceci n implique cependant pas que le CV ne peut modifier le contenu harmonique de la pression dans le bec mais signifie juste qu l heure actuelle nous ne pouvons ni expliquer ni pr voir l effet qu aura telle ou telle configuration sur le spectre autrement que par simulation num rique Dans la mesure o notre mod le l mentaire ne prend pas en compte de nombreux pa ram tres et que les musiciens sont difficilement reproductibles et surtout ne peuvent modifier la configuration de leur conduit vocal sans modifier la pince de l anche nous avons voulu mett
220. ire toutes les exp riences avec les configurations ee et aw pr sent es pr c demment ainsi que des exp riences suppl mentaire rendues possibles gr ce au r glage de P A Taillard Et la d couverte des nouveaux r sultats en comparaison des anciens s est av r e plus que surprenante Mais avant de vous les pr senter laissez moi attiser votre curiosit en vous d taillant tout d abord les configurations de CV avec lesquelles nous avon travaill ainsi que les conditions d embouchure L ouverture de l anche au repos valait H 0 37 0 02 mm et la pression de placage Py 5 61 0 1 ce qui donnait une valeur de de 0 22 0 03 Par ailleurs les fonctions d aire des configurations de CV utilis es pour la bouche artificielle sont donn es la figure 4 31 Les imp dances correspondantes ces anciennes fonctions d aire sont repr sent es la fi gure 4 32 et celles des nouvelles ont t remises c t pour comparaison Il est important de relever que l imp dance du ee est bien sup rieure celle du i et 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 10 CV ae large CV i x CV ae troit fonction d aire en cm 10 15 glotte distance la glotte en cm l vres 119 ae troit dent lae large l vre FIG 4 31 A gauche fonction d aire pour les configurations de conduit vocal
221. ise du microphone la sortie de l att nuateur a t choisie sur la ligne m diane En effet en raison de la section finale elliptique du cylindre de mesure la sym trie cylindrique a t rompue de sorte que la position exacte du microphone s est av r e 22 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE importante Ce sont des tests sur des tuyaux cylindriques dont l imp dance est bien connue th oriquement qui nous ont permis de trouver la meilleure position pour le microphone Ds microphone att nuateur FIG 2 4 Position du microphone et de l att nuateur dans la t te de mesure Le microphone a t ins r travers un trou r alis dans la paroi lat rale du bec Introduction d une fuite Afin de ne pas mesurer l imp dance de la clarinette en parall le de l imp dance du conduit vocal nous avons d sceller l embouchure avec de la colle araldite Le musicien ne peut donc plus jouer Des exp riences pr liminaires sur un clarinettiste d vou nous ont cependant montr que les musiciens peuvent mimer sans probl me la configuration de CV mais pas l ouverture glottique Or celle ci affecte dramatiquement l amplitude des r sonances puisque si la glotte est trop ouverte nous pouvons nous attendre ce que l absorption quasi totale par les poumons r duise fortement l imp dance en particulier les r sonances autres que la premi re Le mime ais de la configuration du CV sans retour auditi
222. istive pe 2 nri 2 7 s9 Cette imp dance est l imp dance terminale qu il faut utiliser pour calculer l imp dance d entr e du conduit vocal qui finit la glotte Mod le plus labor r alis par Harper et coll 45 La r sistance des poumons pr c dente 2 7 doit tre remplac e par un calcul plus pr cis de l imp dance du conduit subglottal La ligne de transmission de la figure 2 18 d apr s des travaux de Ishizaka et coll 51 est utilis e Ceci mod lise un segment du conduit subglottal qui comme le conduit vocal est mod lis par la concat nation d un certain nombre de cylindres 4La correction de longueur est en r alit plus grande pour une fente rectangulaire que pour un diaphragme circulaire mais un calcul plus pr cis qui pourrait tre fait partir de 69 ne s av re pas utile ici compte tenu de notre pr cision 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 33 U MNES 5 AAN YN U gt Lwe 2 3 Lys P Ge Oe Ge B Rye s Rws Cwe al Cws FIG 2 18 Circuit lectrique quivalent au modele acoustique du conduit subglottal Les imp dances par unit de longueur L and et les admittances par unit de longueur C et G sont donn es par les formules suivantes Flanagan 32 R Ty pu An 2 8 p 5 2 9 a 2 10 bi 0 8 TS 2 11 PET o p est la viscosit de Pair est le coefficient de conduction thermique cp est la
223. it tant d environ 4 cents nous pouvons tout d abord remarquer que la diff rence entre les fr quences de jeu pour les configurations ee et aw n est pas perceptible sur l ensemble du registre Elle l est seulement pour les notes tuyau court et les notes aigu s conform ment ce que disent les clarinettistes D autre part except pour la note C6 que nous avons d j discut e la fr quence de jeu est quasiment toujours plus haute pour le ee que pour le aw Ceci prouve que le changement de pince du musicien lorsqu il passe du aw au ee n est donc pas seul responsable de la hausse de fr quence Par ailleurs la configuration aw pourrait tre consid r e a priori comme une configu ration neutre puisque son imp dance est tres inf rieure celle de la clarinette c est dire qu on aurait pu imaginer qu il n y aurait pas de diff rence entre cette configuration et le cas sans CV Mais cela aurait t oublier le caract re sp cial de la clarinette qui ne poss de pas d harmoniques pairs contrairement au saxophone Par cons quent le CV a une importance norme au niveau des ces harmoniques pairs puisque dans les creux d imp dance de la clari nette l imp dance du CV n est plus du tout n gligeable Or nous avons vu pr c demment que la partie imaginaire de l imp dance au niveau du deuxi me harmonique influe grandement sur la fr quence de sorte qu il serait normal
224. ition terminale la glotte Le mod le utilis est celui d velopp par Sondhi 84 86 Le conduit vocal parois souples est repr sent par une succession de cylindres concat n s et la relation qui lie les variables l entr e des cylindres k 1 et k k 0 la glotte est la suivante mi 2 2 en 2 4 SIMULATIONS NUM RIQUES DU CONDUIT RESPIRATOIRE 31 avec ol A D cosh ol B ysinh C ysinh 2 2 avec TJO o YB jw 2 4 e 42 a ju P Gornwret el a yjwq 2 6 o r et w sont reli s aux propri t s des parois non rigides ils repr sentent respectivement le rapport entre la r sistance des parois et leur masse et la fr quence de r sonance m canique des parois Leurs valeurs sont choisies gales r 408 rad s and w 27 15 Hz w est la fr quence la plus basse du conduit vocal lorsqu il est ferm aux deux extr mit s glottale et buccale ce qui se produit lors de la phonation du b qui n existerait pas si les parois taient rigides w a t mesur e gale 200 Hz Le param tre q est un facteur correctif pour la conductivit thermique et visqueuse et vaut q 4 rad s Le calcul complet a t r alis gr ce un programme d velopp par Story 89 apr s l avoir invers pour calculer l imp dance d entr e au niveau de la bouche et non de la glotte Pour proc der au calcul entier il nous faut encore les dimensions de la glotte cylindre 0
225. ituation de jeu proche a ce qu il leur semble de celle qu ils auraient pour le son heed aw notation utilis e par les clarinettistes pour d signer une configura tion en situation de jeu proche a ce qu il leur semble de celle qu ils auraient pour le son paw 127 Annexe B Tableau r capitulatif des imp dances utilis es Voici un tableau r capitulant les imp dances utilis es pour la clarinette et le conduit vocal dans les diff rentes parties de cette these Clarinette Conduit vocal Tuyaux cylindriques Imp dance simul es Imp dances simul es utilisant eq C 7 et C 8 modele de la partie 2 4 fe 355 Hz n 0 013 fm 240 Hz n 0 016 fi 177 Hz n 0 02 femo 355 Hz n 0 02 Clarinette Imp dances mesur es au Mans Imp dances mesur es au Mans 4 5 Imp dances mesur es Tuyaux cylindriques de Imp dances mesur es diam tre 1 7 cm et de longueurs 10 8 22 2 et 33 9 cm 129 Annexe C Harmbal et l quilibrage harmonique C 1 Harmbal et la clarinette Le programme d quilibrage harmonique utilis dans cette th se est celui crit par Snorre Farner lors de son post doctorat au LMA durant ma premi re ann e de th se J ai particip activement sa mise en place en le testant r guli rement afin de retrouver les r sultats d ja connus sur la clarinette et en cherchant comprendre la multitude de solutions obtenues Ceci a fait l objet d un article cosign
226. l e correspondant au aw clarinettiste 39 Circuit lectrique quivalent gtk a oe end is ts 40 Module de l imp dance du conduit vocal pour les deux configurations i et calcul soit par la simulation compl te d taill e dans les paragraphes pr c dents soit l aide du circuit lectrique quivalent de la figure 2 23 40 Profil des aires et des rayons pour les voyelles i et en parole discr tis s A ges 4 PACS Re D eee a ee tin ee ai 41 Comparaison entre les simulations pour des parois rigides et souples voyelle 42 Fonction d aires du conduit vocal artificiel en altuglas gauche et module de son imp dance simul e droite pour les deux configurations ee et aw d crites dans le tableau 2 5 e e a RER oon ee ge O 45 TABLE DES FIGURES 203 2 28 3 1 3 2 3 3 3 4 3 9 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 Influence de l inertance et de la r sistance au niveau de la glotte sur le module de limp dance du CV bli M LA D E oe ete e 47 Syst me complet instrumentiste clarinette 49 Imp dances mesur es de la clarinette pour les notes G3 et G4 et pour le CV en configuration ee et aw ces deux configurations sont celles d crites dans la partie 2 4 5 et ont t mesur es sur deux musiciens 52 Module des imp dances de la clarinette assimil
227. la pi ce la pi ce centrale du dispositif o sont encastr es les l vres ainsi que la pr sence d un joint conique moul autour du bec et press sur cette pi ce centrale permet d viter les fuites Il faut faire cependant tr s attention que le joint ne presse pas trop sur l anche juste en aval des l vres car il s est av r que la condition impos e sur l anche cet endroit est primordiale dans la facilit de jeu 4 2 7 Les capteurs Il y en a trois Un manom tre plac l entr e de la bouche 1 5 cm de l anche par commodit afin de lire directement la pression statique appliqu e Un capteur de pression pi zor sistif situ en face du manom tre permettant de mesurer la pression statique et la pression dynamique dans la bouche Il s agit du mod le 8507C 2 supportant une pression maximale de 15 kPa de sensibilit 110 3 mV psi de la marque Endevco gracieusement pr t par le LAUM Un capteur de pression diff rentiel membrane en silicium situ dans le barillet afin de mesurer le signal de pression dans la clarinette Il s agit du mod le EPE 541 0 35B M de la marque Entran supportant une pression maximale de 15 kPa de sensibilit 263 39 mV FS Ce capteur devait initialement tre plac dans le bec 1 5 cm du bout de l anche mais suite diff rents probl mes non scientifiques il a malheureusement d tre plac dans le barillet Ceci changera un peu la forme
228. le sera justifi e a posteriori en comparant les r sultats obtenus avec les simulations de Harmbal 3Le choix d une origine des temps tant en effet arbitraire la phase d un des harmoniques peut tre choisie arbitrairement 56 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE peu M A A O E came J AP so 3 20 Pour le calcul de AP et AP3 le syst me r soudre est Ya AJAP BAP 2BAP AP 3 21 Y3 A AP 2BAP AP CAP 6CAP AP 3 22 d o nous en d duisons apr s calcul les rapports X AP AP 2B C Y A TAGA 2 2B 3C Yo A BAP xy 1 2X 3 24 Y A 2X3 ae avec AP d termin par l quation 3 20 Nous obtenons ainsi _ 2B7 C A Y1 3 25 9B 430 A A Y 2 ce qui permet facilement une comparaison avec la formule 18a obtenue par Kergomard et coll nous n avons pas n glig le terme 2B de sorte que la premi re fraction ne peut tre r duite 1 3 De plus nous supposons que lorsque la fr quence varie les admittances restent constantes gales leur valeur au seuil not es par l exposant z ro Par cons quent la variation de fr quence vaut BUY A AaB 300 a t 2X3 3 26 4 Cette formule n est malheureusement pas facilement exploitable et seule une r solution num rique permet partir de la donn e des admittances au seuil au niveau des trois premiers harmoniques d obtenir la variation de la fr q
229. les sont impl ment es dans le conduit vocal artificiel partie 2 5 et nous utiliserons leurs imp dances simul es avec des parois rigides pour pouvoir comparer la th orie aux valeurs exp rimentales obtenues avec la bouche artificielle repr sent es la figure 3 3 La figure 3 3 est en fait le pendant th orique de la figure 3 2 correspondant au cas r el que l on cherche simuler 3 5 Etude analytique trois harmoniques pr s du seuil Pour cette tude pr s du seuil nous utiliserons l instar de la m thode de r solution dite troncature variable cf partie C 1 3 et 59 le d veloppement polynomial d ordre 3 d crit par l quation C 15 pour la fonction non lin aire commode pour une tude analytique Nous y remplacerons bien videmment P par AP Toute cette tude est r alis e avec des grandeurs adimensionn es L adimensionnement de l imp dance totale Z Ze Zm se fait par rapport l imp dance caract ristique de la clarinette De plus les r sultats analytiques seront compar s aux simulations r alis es avec Harmbal 54 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE tuyaulong r die tuyau moyen ects tuyau court i re tuyau court tronqu 1 m 140th a 2 SH 8 12011 5 8 120 f 3 A il 2 _ o o 0 1000 2000 3000 4000 0 1000 2000 3000 4000 Fic 3 3 Module des imp dances de la clarinette assimil e un tuyau cylindrique gauche et du
230. li re pour Olivier et sa pr cieuse relecture et puis tous les autres qui ne rentrent pas dans ces cat gories Merci galement ma famille et puis bien s r merci Pierrick pour m avoir suivie dans cette extraordinaire aventure que fut l Australie et pour avoir support mon absence les derniers mois Sommaire Introduction 1 Etat des connaissances 1 1 Le conduit respiratoire Sanu Dia e A NN oy SE a te os A A 1 3 R solution num rique La m thode d quilibrage harmonique 1 4 Exp rimentation Bouche artificielle 4 404 8 8 964 244 ee Mona Dae dons 2 Le conduit vocal et son imp dance 2 1 Introductions 6 ds so ke he Xb IL RS SUISSE RES oe E NS ti 2 2 Dispositif de mesure d imp dance Zs e a os UE GAS US be hoe ek ROG eh R Re d Ble ARR 2 4 Simulations num riques du conduit respiratoire 2 5 Conduit vocal artificiel mas es oe de A ee nat ee 2 6 incertitude au niveau de la glotte ces A queen te ste Dal CONnCIMSION e 224 4 aun chs Mes A IDR Be ES AS De EES Ble rr 3 Etude th orique Sel Introduction i 423 218 4 dee A A eh A OR At eh A LA Ae ed 3 2 Prise en compte du conduit vocal modification des quations 3 3 Influence qualitative du conduit vocal y cun Sate des Mas doe Sate ds has 3 4 Description du syst me th orique 3 5 Etude analytique trois harmoniques pr s du seuil
231. lleurs suppos de dimensions petites devant la longueur d onde et localis la sortie du canal anche table La source acoustique ainsi constitu e est caract ris e par une relation non lin aire entre le d bit et la diff rence de pression de part et d autre de l anche Une relation a d abord t propos e de mani re empirique par Backus 6 puis les travaux de Hirschberg et coll 47 et Gilbert 40 ont conduit l adoption du mod le l mentaire suivant d duit de la relation de Bernoulli en r gime stationnaire 2 Cc Pi u w H y Sb ep ET 1 7 o u est le d bit entrant w la largeur effective de l anche qui tient compte de la contraction ou de l largissement du jet et p la masse volumique de l air Nous rappelons que y est le d placement de l anche v rifiant 1 4 ou 1 5 et H louverture du canal lorsque P0 0 Ceci est valable si lanche n est pas plaqu e sinon u 0 En r gime statique la condition de placage est donn e par le fait que la pression dans la bouche doit rester inf rieure une certaine pression dite pression de plaquage Pm 1 2 4 Adimensionnement des quations Il peut tre commode d exprimer les diff rentes quations l aide de grandeurs adimen sionn es comme cela a t fait par Kergomard 57 Les d tails sont donn s la section C 1 2 Nous ne rappellerons ici que les principales quations My Ry KG Poy o P 1 8 al 1 D viy Blsen y
232. m diat l ambitus de la bouche artificielle est pass du E3 G5 au E3 E6 ce qui permet en particulier de tester la partie du registre dans laquelle le CV a certainement le plus d influence Le barillet est un barillet en altuglas r alis par Alain Terrier afin de pouvoir y placer ais ment le capteur L tude se fait soit sur une clarinette r elle de la marque Strasser soit sur des tuyaux cylindriques qui se fixent au niveau du barillet de diam tre 1 7 cm et de longueurs respectives 10 8 22 2 et 33 9 cm afin de simuler les doigt s G4 C4 et G3 de la clarinette Le diam tre de ces tubes a t choisi l g rement plus large que celui de la clarinette 1 5 cm afin d obtenir en ce qui concerne l amplitude des pics une diminution par rapport au tuyau cylindrique de diam tre 1 5 cm similaire celle due aux pertes importantes par rayonnement dans la clarinette Ceci permet donc d avoir pour les tubes des pics de r sonance d amplitude tres voisine a celle des pics de la clarinette et par cons quent la m me importance relative du CV dans les deux cas 4 3 D termination des param tres Afin de pouvoir comparer les r sultats exp rimentaux avec les simulations nous avons besoin des param tres du mod le l mentaire c est dire l ouverture de l anche au repos H et la pression de placage Py ce qui nous permettra d obtenir le coefficient de raideur de l anche k et les grandeurs adimensionn es y et
233. may be stabilized by for example a backtracking routine 78 which avoids a diverging step caused by a locally unfavorable shape of G We expect that a solution C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 137 of equation C 13 would be a periodic solution of our equations C 4 C 6 and C 10 except for the aliasing problem which is diminished by a sufficiently high sampling rate It must be noted that the method says nothing about the stability of the solution The method is described in detail in ref 31 which also presents a realization of the HBM for self sustained musical instruments through a free computer program called Harmbal 30 The program is made to handle more general models composed of a linear exciter and resonator with a nonlinear coupling This program was used for the present calculations in conjunction with a Perl script called hbmap for continuation i e using one result to calculate the next when varying a parameter The variable truncation method The variable truncation method VTM 59 is an analytical method based on truncation of the Fourier series obtained from the governing equations and separation of the symmetric and antisymmetric harmonics In the present system we simplify the nonlinear equation to equation C 12 by ignoring the mass and damping of the reed then we expand it to a third order polynomial in p which is sufficient for small oscillations i e close to the oscillation threshold u p uo Ap
234. me that the Fourier series of the pressure in the mouthpiece may be truncated to N harmonics partials plus the DC component Separating real and imaginary parts we represent the pressure spectrum by P with 2N 2 real components The three model equations C 4 C 6 and C 10 may be formulated by the fixed point representation F P f where P must satisfy P F P f C 13 for a playing frequency f which is unknown since the interaction with the reed and dispersion will cause f to differ from the frequency of the first resonance of the resonator This gives 2N 2 equations and 2N 3 unknowns A periodic signal is invariant to a shift in the time domain so the solution can be shifted to make the first harmonic real and thus its imaginary part zero This reduces the number of unknowns to 2N 2 and a finite number of solutions of equation C 13 may then be found by searching for a root of CBA E C 14 Le G 0 except for the component corresponding to the imaginary part of the first harmonic The nonzero denominator P prevents the trivial solution P 0 From an estimated solution Pi f we use the Newton Raphson method which follows the locally steepest descent direction of G P f and returns a step AP Af to a point PH fil normally closer to a solution Note that the change in the playing frequency is treated directly in the Newton Raphson step of the method as detailed by Farner et al 31 The iteration process
235. men es pour la configuration a dont le pic est inf rieur 5 MPa s m et pour deux configurations i Pune avec une r sonance d amplitude 17 MPa s m l autre de 30 MPa s m Pour v rifier certaines de leurs pr dictions Johnston Clinch et Troup 54 se sont int ress s un conduit vocal de r sonance unique variable en fr quence et en amplitude en consid rant l ap proche correcte puisque d apr s eux le musicien ne peut d ailleurs contr ler qu une r sonance g n ralement la plus basse en fr quence Ils ont fix la r sonance fondamentale de la clarinette 288 3 Hz et ont fait varier celle du conduit vocal entre 200 et 1200 Hz L autre grandeur variable est le rapport entre l amplitude du pic de r sonance du conduit vocal et celle du fondamental de la clarinette Si ce rapport est sup rieur 5 l oscillation est bas e sur le conduit vocal Si en revanche il est inf rieur 0 2 c est la clarinette qui r git l oscillation Pour des rapports interm diaires ils ont pu constat l effet de pitch bend et l effet de bugling Les variations de la fr quence de jeu sont consign es dans la figure 1 6 extraites de leur article 54 Ils ne pr cisent cependant pas quel type d imp dance ils ont utilis pour le conduit vocal et en particulier ce que vaut le facteur de qualit La r ponse est donn e dans un article qu ils n ont pas publi 53 et que Troup m a fait parvenir pour r pondre mes que
236. menc par remplir un questionnaire sur leur formation musicale et sur leur opinion propos de l influence du conduit vocal cf annexe D au cours du jeu En ce qui concerne les mesures ils ont d mimer de mani re mezzo forte les notes suivantes en notation crite G3 G4 G5 et G6 pour tudier l influence du registre ainsi que diff rentes longueurs de tuyau des effets particuliers comme le pitch bend le changement de registre legato sans articuler le mime de certaines voyelles ee et aw ou ah ainsi que des embouchures de leur propre suggestion utilis es pour diff rentes conditions de jeu Ils pouvaient bien s r tout moment jouer sur leur propre clarinette afin de v rifier leur embouchure Les mesures ont t r alis es sur une bande de fr quence de 100 3000 Hz afin d inclure la gamme de l instrument Le choix de la fr quence d chantillonnage dans le domaine fr quentiel r sulte d un compromis entre un rapport signal bruit correct et une dur e de mesure rela tivement courte Cette derni re a en effet tait choisie de 10 secondes car il est fatiguant et difficile pour un musicien de garder l embouchure constante sur une plus longue dur e D autre 2La notation phon tique n est pas utilis e ici pour distinguer les voyelles qui sont mim es en situation de jeu de celles n cessairement diff rentes de la parole Les premi res ne correspondent en fait qu une impression de ce que
237. mp dance cf section 1 1 4 que le musicien est capable de changer la principale r sonance de son conduit vocal au niveau de la fr quence et de l amplitude Il a galement r alis une simulation pour montrer l influence du conduit vocal Il a plac deux r sonateurs de part et d autre d une anche l un constant de r sonance principale 175 Hz d imp dance Z u pour upstream l autre d imp dance Za d pour downstream de r sonance d amplitude variable 350 Hz Il a regard l volution de la pression de part et d autre de l anche pour diff rentes valeurs de cette amplitude et pour diff rentes pressions statiques dans la bouche Il a ainsi remarqu que l amplitude du deuxi me harmonique de pression dans le r sonateur aval Pq augmente avec Z4 alors qu au contraire Po dans le r sonateur amont diminue et sa valeur est bien plus faible Il explique ceci par le fait que P est proportionnel uz puisque Za est constant Or Pa Pou Pog est fix sa limite sup rieure par la non lin arit de l anche et donc si Z gt Zo Zoq augmente puisque Zag augmente uz diminue n cessairement Les mesures montrent d autre part un comportement lin aire pour des faibles valeurs de Z q et un comportement limite pour des valeurs lev es D autre part Hoekje parle d une l g re variation de la composante fondamentale de pression ainsi que de la fr quence de jeu mais il ne pr cise pas davantage
238. n as well give further details about these solutions Solutions B and C seem indeed to operate at another frequency than solution A as shown in Figure C 17 These different solutions correspond to cases where the first harmonic is not necessarily the largest one The third one can indeed be much larger like for solution C or even the seventh C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE AN Pi o solution A RTE 2 ptt time samples 02 0 4 0 6 0 6 147 r 0 6 04 02 0 solution B solution C 04 t 02 p t e 02 0 4 0 20 40 60 80 time samples Figure C 14 One period of three different pressure Np 13 y 0 485 0 4 and 7 0 02 P3 0 35 solution A solution B 0 3 solution C gt 025 a 0 2 a 0 15 7 0 1 ra 0 05 f 0 0 34 0 36 038 04 042 044 046 0 48 Figure C 15 P i 1 0 5 0 6 140 0 60 80 100 120 time samples 100 120 40 140 waves p t for the same set of parameters 0 06 SL 0 02 solution A solution B 0 01 solution C 0 o a 0 01 0 02 0 03 0 04 0 34 036 0 38 04 Y 042 044 046 0 48 0 5 0 1 034 036 038 04 042 044 046 048 05 Y 0 07 0 06 0 05 0 04 0 03 0 02 Po 0 01 0 01 0 02 0 03 0 34 solution A solution A solution B solution B solution C 0 05 solution C 2 0 04 ee 05 0 03 a 0
239. n du dispositif exp rimental mis en place nous verrons comment nous pouvons d terminer assez grossi rement les param tres du mod le l mentaire qui nous servi ront dans la comparaison entre les r sultats exp rimentaux et les pr dictions th oriques Avant d tudier la clarinette nous tudierons comme au chapitre pr c dent trois tuyaux cylindriques Nous nous int resserons en particulier la fr quence de jeu la pression au seuil d oscillation ainsi qu aux spectres harmoniques dans le barillet et dans la bouche Les r sultats seront compar s aux r sultats num riques de la partie 3 6 1 Enfin influence du conduit vocal sera tudi e sur la clarinette pour diff rents cas de fi gures Tout d abord une tude similaire celle des tuyaux cylindriques sera r alis e pour un chantillon repr sentatif de doigt s et certains r sultats seront galement compar s l tude th orique de la partie 3 6 3 Nous nous int resserons ensuite d autres effets impossibles d terminer avec Harmbal comme la facilit d mission dans le suraigu la qualit des transi tions pour des intervalles d licats d octave ou de sixte ou encore la coloration du bruit juste avant le seuil d oscillation qui a un grand int r t p dagogique 79 Tequouttiodxe jryisodsiq Tp DIM poumons trach e arriv e d air fuite permettant de controler finement la pression appliqu e conduit vocal capteur dans le
240. n g n ral une telle configuration dans le piano En fait la caract ristique principale est une langue en retrait dans le pharynx vers le k c est le ph nom ne de la voce coperta typique de la technique de chant conduit vocal en 6 ou en ou pour diriger Pair vers le palais tout en conservant un bon volume dans la gorge la pression dans la bouche peut augmenter de mani re assez importante En pratiquant l exercice la bouche ouverte sans clarinette on sent nettement au palais la sensation de froid caus par le jet d air mis par la glotte Un accolement plus ferme des cordes vocales demande une pression de soutien plus importante pour forcer la glotte et fait monter le bruit du souffle dans l aigu tr s silencieux en comparaison du chuintement habituellement utilis dans la configuration on peut moduler volont les r sonances du conduit vocal pour produire une note d une hauteur bien ANNEXE H CONS QUENCES P DAGOGIQUES DE L TUDE 183 identifiable La configuration en i op re une s lection assez troite des fr quences favoris es Dans le grave il faut viter de cibler un harmonique particulier comme le 2 ou le 3 sous peine d tablir des interf rences d sagr ables et contreproductives Dans le haut du clairon ou dans le suraigu cette configuration produit un timbre assez pauvre et demande un ajustement tres pr cis ce qui fait que nous pr f rons abaisser un peu l arri re langue du c
241. nancement Ayant r alis mon stage de recherche de ma trise au laboratoire de lUNSW avec Joe Wolfe j avais tr s envie de renouveler l exp rience pour une dur e un peu plus longue pour diff rentes raisons La premi re tait le laboratoire lui m me et bien s r son directeur Joe Wolfe est un encadrant extraordinaire pr sent quand il le faut tout en laissant ses tudiants tr s libres avec une passion tr s communicative pour la recherche et la musique Son quipe est dynamique ses techniciens sont tr s serviables et j avais donc grande envie de retravailler avec eux La deuxi me raison est que je trouve important en recherche d tablir des collaborations de mani re troite et une th se en cotutelle en est un bon moyen Enfin la possession de l anglais un haut niveau est primordiale en sciences et donc passer au moins un an dans un pays anglophone s av re n cessaire C est pourquoi je suis partie la recherche d une quipe en France qui serait int ress e par une telle collaboration Ren Causs l Ircam a tout de suite t enchant par une telle perspective et le projet s est ensuite d velopp naturellement sachant qu tant moi m me fl tiste je voulais travailler sur les instruments vent et que d autre part il fallait un sujet qui s inscrive dans une r lle coop ration l Ircam s est av r int ressant pour la partie plus th orique UNSW disposait quant elle d un bon dis
242. nce du conduit vocal d un musicien en train de jouer ne peuvent tre gales celles obtenues lorsque ce musicien parle puisque les l vres sont ouvertes et les cordes vocales ferm es compl tement Leurs r sultats contredisent les r sultats de Mooney et Anfinson m me s ils sont d accord sur l avancement de la langue lors de l ascension des registres ils n observent un abaissement de la langue lorsque le son devient plus aigu qu l int rieur du registre aigu et non pas lors du passage du registre grave l aigu Ainsi les notes du registre aigu correspondent une position de langue haute et arch e alors qu elle est plate dans le registre grave de sorte que les voyelles utilis es pour d crire la position de la langue est plut t a dans le grave et i dans l aigu ICette id e toujours largement admise chez les professeurs de clarinette francais cf D 2 a t expos e il y a 50 ans par Stauffer 87 1 1 LE CONDUIT RESPIRATOIRE 5 Fonctions d aire dans le domaine de la parole Les premi res fonctions d aires ont t valu es par Fant 29 partir des radiographies par rayons X d un locuteur russe prises au cours de la phonation Ces radiographies ne constituent bien s r qu une repr sentation bidimensionnelle du CV Or la description la plus pertinente du conduit vocal est un r seau d l ments finis en trois dimensions Une banque de donn es pour la construction de tels r seaux a commenc
243. nce une grande complexit du probl me il appara t indispensable de faire une tude num rique pour essayer de mieux comprendre comment le CV influe sur les param tres de jeu en particulier le seuil d oscillation la fr quence de jeu et le spectre Des simulations num riques ont donc t r alis es l aide du programme Harmbal annexe C sur des tuyaux cylindriques ainsi que sur une clarinette r elle 3 2 Prise en compte du conduit vocal modification des quations ore
244. ne extr mit Le signal large bande est obtenu par un balayage en fr quence Comme il tait difficile pour les musiciens de garder une configuration de conduit vocal donn e la mesure tait r alis e sur un cycle de balayage seulement de sorte que la non possibilit de moyennage implique des mesures tr s bruit es C est cependant la seule tude qui donne le module et la phase de l imp dance Des pics d imp dance sont essentiellement obtenus dans la bande 200 250 Hz dans la bande 400 1100 Hz et parfois entre 2000 et 3000 Hz Les r f rences ne sont pas donn es par rapport des voyelles mais par rapport des notes et des registres pour bien relier la configuration du conduit vocal la technique musicale Wilson explique la diff rence entre ses mesures et celles de Benade et Hoekje par le fait que la gorge des musiciens est ouverte en situation de jeu Mais est ce bien s r que la sensation de gorge ouverte implique que la glotte soit ouverte alors que Wilson d clare elle m me l impossibilit des musiciens expliquer plus pr cis ment cette sensation Son autre s rie de mesures a t r alis e par une m thode indirecte li e la continuit du flux de la bouche l entr e de la clarinette Les deux quations suivantes sont v rifi es les indices m et c d signant respectivement la bouche et la clarinette Pi se ST 1 1 P ZU de sorte que Ze tant connue par des mesures pr alables plus fiables que c
245. ne reproductibilit gr ce au contr le ais de l ou verture glottique De plus le niveau de bruit est relativement faible et la mesure donne acc s la fois l amplitude et la phase de l imp dance Les mesures ont t r alis es sur une vingtaine de clarinettistes australiens de niveau avanc voire professionnel Une partie de ces mesures est expos e en annexe E Ces musiciens ont par ailleurs rempli un questionnaire dont les r sultats sont pr sent s en annexe D sur leur utilisation du conduit vocal et le placement de leur langue En fin de ce chapitre nous comparons les mesures avec des modeles th oriques modele constantes localis es et simulation num rique basse fr quence afin de pouvoir ajuster le profil g om trique du conduit vocal pour retrouver les imp dances mesur es Dans un troisieme chapitre nous pr sentons l influence du conduit vocal sur le plan acous tique d un point de vue th orique Apr s un rappel des quations du syst me lorsque la pres sion dans la bouche n est plus consid r e comme uniquement statique nous effectuons un d veloppement pr s du seuil trois harmoniques seulement afin d tablir des relations ana 2 INTRODUCTION lytiques donnant l volution de la fr quence de jeu en fonction de la configuration de conduit vocal Malheureusement les pr dictions sont tr s limit es en raison de la complexit du syst me lorsqu un grand nombre d harmoniques est pris en compte
246. ner ais ment la fr quence de jeu ainsi que l volution de la solution fr quence et spectre en fonction des variations d un param tre comme par exemple y ou 1 4 EXP RIMENTATION BOUCHE ARTIFICIELLE 17 Cette m thode a t impl ment e par Snorre Farner dans le programme Harmbal 30 d crit en annexe C et que nous utiliserons dans toutes les simulations num riques de cette th se 1 4 Exp rimentation Bouche artificielle Toutes les bouches artificielles qui ont t r alis es jusqu pr sent pour instrument anche disposent d une large cavit buccale pour essentiellement deux raisons D une part l tanch it peut ainsi tre r alis e pour la clarinette autour du barillet cylindrique ce qui est videmment beaucoup plus facile que de la faire au niveau des l vres De plus ceci permet d avoir un dispositif parois planes il s agit toujours d une bo te parall l pip dique indispensables aux mesures optiques pour la d termination du d placement de l anche Voici de mani re succinte un rappel sur diff rentes bouches qui ont t construites de part le monde La premi re bouche remonte notre connaissance 1941 et a t r alis e par McGinnis et Gallagher dans le but d tudier les modes de vibration de l anche 64 par une tude stro boscopique Un patin en caoutchouc simulait la l vre inf rieure et la pression de ce patin sur l anche tait ajust e par une vis pour
247. nettiste choisit la solution la plus adapt e ses besoins musicaux La configuration large en laisse passer en gros toute la gamme de fr quences en particulier les aigus et incite la colonne d air produire soit un son fondamental tr s riche soit un mode sup rieur ce que nous avons observ au seuil d oscillation sur la bouche artificielle Nous renfor ons cet effet avec un jet compact de la glotte en forme de triangle dirig essentiellement vers la langue Une langue lat ralement troite au niveau des canines et des pr molaires permet une bonne s paration des courants aller et retour La configuration large du conduit incite l air non consomm par l instrument retourner majoritairement la base du jet de la glotte pour entretenir cette circulation rapide bruyante excitant les oscillations le sifflement des bords de l anche Cette vitesse permet aussi d augmenter la portance positive loignant l anche de la table et repousser ind finiment le seuil d extinction tout en refoulant la l vre ceci augmente la longueur 182 ANNEXE H CONS QUENCES P DAGOGIQUES DE L TUDE vibrante de l anche et fait baisser l intonation Le son produit par cette configuration est tr s bruit autour du seuil d oscillation et ne s utilise gu re dans le piano Dans le suraigu le bruit de souffle est maintenu au minimum n cessaire pour soutenir l oscillation Cette configuration s utilise principalement pour produire un
248. notable entre les courbes de bruit des deux notes A5 et E6 gauche dans la figure 4 27 ne permet d expliquer pourquoi seule la configuration aw permet l mission sur la bonne note dans le cas du A5 alors que les deux configurations 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 115 Note G4 par BA microphone externe Note G4 par Taillard microphone externe T T aw aw ee ee IR E Rod phil J 120 Y tl spectre dB spectre dB IF i j i M ii 2 i 1 i 2 i i i ee 2000 4000 6000 8000 005 2000 4000 6000 8000 fr quence fr quence FIG 4 26 Spectre du bruit g n r avant le seuil et enregistr par un microphone externe pour la note G4 pour les deux configurations de CV ee et aw comparaison entre la bouche artificielle gauche et le musicien P A Taillard droite note A5 juste avant le seuil note A5 juste apres le seuil 100 spectre dB I I D o o spectre dB i i i i i i 8 2000 4000 6000 8000 2000 4000 6000 fr quence Hz fr quence Hz note E6 juste avant le seuil note E6 juste apres le seuil 80 90 100 am 110 a D D 120 2 Oo O o o S _130l 1004 140 120 I i j ll _150 ih il ly LL l 140F 160 4 i A 5 0 2000 4000 6000 8000 0 2000 4000 6000 8000 fr quence Hz fr quence Hz FIG 4 27 Spectre du bruit enregistr par
249. ns m ont r pondu en terme de voyelle le a est utilis pour le grave et le i pour l aigu sans gu re plus de commentaires Durant la r daction du chapitre 4 j ai discut plus en d tail avec quelques clarinettistes europ ens d horizons assez diff rents afin d exploiter au mieux les r sultats obtenus Ce sont donc eux qui sont l origine des commentaires des musiciens d taill s dans la partie 4 6 1 Pierre Andr Taillard a particuli rement d taill son utilisation du conduit vocal Pour lui celui ci intervient pour au moins quatre raisons pour rendre possible une mission propre de la note jouer ce qui est particuli rement vrai dans l aigu pour viter le buzz de la cl de registre et dans le piano pour augmenter la plage d amplitude et faciliter son contr le du pianissimo au fortissimo pour modifier le timbre de la note jouer pour contr ler l intonation De plus d apr s lui dans une gamme bien quilibr e une configuration en direction du i est utilis e pour les notes petit tuyau C est peut tre un moyen d viter un changement de pression brutal au passage de registre Il est bien plus ais de faire un petit mouvement de langue qu une grosse correction de pression particuli rement dans la nuance piano La configuration en des notes long tuyau produit un son d timbr lorsqu elle est utilis e pour les notes petit tuyau C est certainement une de
250. ns the physicality of such solutions C 1 8 Comparison with real clarinet It is interesting to compare the spectra of a clarinet played by a real musician with that of the model in spite of the simplifications of the latter Because the model predicts several different possible solutions for different oscillation modes with different spectra a clarinettist was asked to attempt to produce notes with unusual spectral envelopes using a spectrum analyzer as visual feedback Such notes are difficult to produce on a clarinet played normally and require that the clarinettist modify his embouchure Figure C 18 shows two spectra produced using the same fingering but different embouchures The first is that for F3 f 156 Hz written G3 With this fingering all holes are closed except for the three most remote from the mouthpiece The F3 is played normally and the sound recorded on the instrument axis at the end of the bell This fingering can also readily be used to play a note in the next register C5 f 523 Hz by altering the embouchure rather than by opening the register hole spectrum not shown Also with this fingering it is possible to play F3 with a third harmonic that is so strong that it can be heard simultaneously as a separate note The second spectrum of Figure C 18 shows this This sounds like a chord made from a weak F3 and a stronger C5 However this playing regime is difficult for the player to sustain it tends to jump either to
251. ntes corrections Z est l imp dance sans aucune correction Zne est l imp dance calcul e lorsque les deux premi res sections sont mises en pa rall le quation 2 24 et Zcy correspond cette imp dance corrig e suivant ATOMS DG a AA E Ie Sues Me eden che 8 36 A gauche fonction d aire pour les voyelles i et 1 donn es de Story et Titze avec rajout de la glotte ainsi que celle issue du mapping puis ajust e d nomm ee clarinettiste L abscisse correspond l indice des segments les deux premiers sont les segments glottiques les 44 autres constituent les 17 4 cm de conduit vocal La longueur de chacun des segments vaut 3 968mm sauf le premier qui sert ajuster l paisseur de la glotte son paisseur effective et qui vaut 1 13 mm A droite imp dance mesur e sur Joe Wolfe et imp dance simul e correspondant au ee clarinettiste o wk oe a ee Oe aa 38 A gauche fonction d aire pour la voyelle 9 comme dans paw ainsi que celle issue du maping puis ajust e d nomm e aw clarinettiste L abscisse cor respond a l indice des segments les deux premiers sont les segments glottiques les 44 autres constituent les 17 4 cm de conduit vocal La longueur de chacun des segments vaut 3 968mm sauf le premier qui sert a ajuster l paisseur de la glotte son paisseur effective et qui vaut 1 13 mm A droite imp dance mesur e sur Deborah de Graaff et imp dance simu
252. ntities are introduced marked with a tilde in this section only to generalize the graphs and facilitate the later developments in the C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 133 Upper lip Mouthpiece y t Lower lip Figure C 1 Schematic view not to scale of the clarinet mouthpiece with physical quantities VTM The reed The exciter of a clarinet is the reed which converts energy supplied by the flow of air from the mouth at elevated pressure pm assumed constant into acoustic energy Following Wilson and Beavers 95 we treat the reed as a linear spring with mass per unit area up resonant frequency wr and specific damping gr Its displacement y from the equilibrium position is then related to the pressure p in the mouthpiece by A 1 DE gry t wry t z Plt Pm C 1 where the dots signify time derivatives The bore of the instrument is represented by its funda mental resonance with angular frequency w and a series of higher resonances cf Section C 1 2 The maximum negative value of y is H at which the reed closes when the mouth pressure is equal to a certain value Pm Using a tilde to indicate dimensionless quantities we write y y H reed position p p Pum acoustic pressure in the mouthpiece C 2 t twp time We nondimensionalize the acoustic pressure in the mouth the blowing pressure in terms of P M Y Pm Pu C 3 The dimensionless version of equation C 1 is then My t Ry Kg
253. nts based on physical models Dans Proc SMAC pp 389 392 Stockholm Sweden 2003 P Harper S Kraman H Pasterkamp et G Wodicka An acoustic model of the respiratory tract IEEE Trans Biomed Eng 48 5 543 550 2001 A Hirschberg Ch 7 Aero acoustics of wind instruments Dans Mechanics of Musical Instruments Lecture notes CISM d par A Hirschberg J Kergomard et G Weinreich pp 291 369 Springer Verlag 1995 A Hirschberg R W A Van de Laar J P Marrou Maurri res et A P J Wijnands A quasi stationnary model of the air flow in the reed channel of single reed woodwind instruments Acustica 70 146 154 1990 A Hirschberg J Gilbert R Msallam et A P J Wijnands Shockwaves in trombone J Acoust Soc Am 99 1748 1754 1996 A Hirschberg J Gilbert A P J Wijnands et A J M Houtsma Non linear behaviour of single reed woodwind musical instruments NAG Nederlands Akoestisch Genootschap 107 3 31 43 1991 P Hoekje Intercomponent energy exchange and upstream downstream symmetry in non linear self sustained oscillations of reed instruments These de Doctorat CaseWestern Reserve University Cleveland Ohio 1986 K Ishizaka M Matsudaira et T Kaneko Input acoustic impedance measurement of the subglottal system J Acoust Soc Am 60 1 1976 R Johnston Pitch control in harmonica playing Acoustics Australia 15 3 1987 R Johnston P Clinch et G Troup The role of the vocal tract resonance
254. o KPa Note G4 i 20l i ae troit ae troit 15f lt ae large ae large diff rence de fr quence en cents al diff rence de fr quence en cents Note G5 F i ae troit ae large 4 5 P no kPa FIG 4 33 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la fr quence de r f rence de la gamme temp r e G3 175Hz C4 233Hz G4 349Hz D5 523Hz et G5 698Hz en fonction de la pression statique dans la bouche Pmo Ce n est donc pas du tout le cas Ainsi les courbes pour le CV troit se superposent quasiment avec celles du i et sont par contre tr s diff rentes de celles du large les effets dus un changement de configuration du i ou ae troit au large sont ici bien plus que perceptibles D autre part les courbes du i et du troit ressemblent fortement celles que nous avons obtenues pour les configurations ee et aw De plus nous retrouvons ici la conviction des clarinettistes qu une configuration avec une large cavit buccale fait baisser la fr quence par rapport une configuration avec une constric 4 7 CONCLUSION 121 tion palatale importante ind pendamment des mouvements de m choire induits qui cependant s additionnent Ces mesures confirment galement l impression de P A Taillard de devoir faire un i pour le pianissimo au
255. of the pipe Its value is important especially for attack transients The embouchure parameter Strictly speaking there is also a contribution to the volume flow from the reed displacement to the volume flow of air u in Figure C 1 This is often included in the impedance of the pipe by a length correction 20 which does not change the harmonicity of the pipe s resonances If a simple reed model is used i e equation C 5 then equation C 10 simplifies to up CU P 7 v ly plsign y p C 12 136 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE for p gt y 1 and 0 otherwise This gives us a set of three equations C 4 C 6 and C 10 to be solved As noted earlier only dimensionless quantities will be used in the following so we omit the tilde One of our purposes is to calculate the playing frequency which depends on the first resonance of the pipe and the effective resonance of the reed so it is convenient to introduce these two constants fp w 27 and fy w 27r Note that fp fo if we disregard dispersion C 1 3 Solving methods The harmonic balance method The nonlinear problem can be solved by means of the harmonic balance method HBM which is a numerical method to calculate the steady state spectrum of periodic solutions of nonlinear oscillating systems The method can be used on free oscillating systems 72 and extended to self sustained musical instruments such as the clarinet 42 We assu
256. oir expliquer quoi que ce soit partir des connaissances du mod le de clarinette traditionnel sans CV Ainsi sans m me consid rer des harmoniques de rang lev ni s loigner du seuil mais juste en regardant l harmonique 2 tr s pres du seuil nous pouvons constater qu il est quatre fois plus grand pour le tuyau long avec le CV ee que sans CV Il n est d s lors plus tonnant d observer des comportements tranges pour la fr quence de jeu lorsqu on s loigne du seuil Ceci se comprend galement lorsque l on tudie la phase des harmoniques qui dans certains cas s loignent norm ment du cas sans conduit vocal pe tc gt gt gt te amorti rite tronqu 1m atl e tm ss CV Y Y Fic 3 17 Phase en radians de x2 en fonction de la pression dans la bouche pour les diff rents tuyaux configuration ee gauche et aw droite m me chelle et m me l gende Les r sultats de cette tude sont donc limit s puisqu il nous est impossible de les expliquer en raison du grand nombre de param tres On aurait pu penser qu un raisonnement qualitatif partir des connaissances du mod le sans CV sur AP aurait t plus appropri puisque c est AP qui est l quivalent de P dans le cas sans CV Cependant ce raisonnement ne peut se faire en raison de la modification importante de la phase de l imp dance totale comme nous venons de le voir
257. ois Ing nieurs et techniciens 5 mois Ircam UNSW et LMA 10000 Investissement Ordinateur Ordinateur portable personnel 2600 capteurs bouches artificielles Missions S jour en Australie 8460 Congr s et s minaire D placements a Marseille becs de clarinette anches 100 a we TAB I 1 D penses associ es au projet 1 3 COMP TENCES SAVOIR FAIRE QUALIT S PROFESSIONNELLES ET PERSONNELLES 191 Provenance Montant Minist re de la recherche 90960 UNSW 22350 Ircam 20600 CNRS 10310 Bourse Ambassade 4320 Ecole Normale Sup rieure Lyon 90 SFA 30 SS TAB 1 2 Recettes 1 3 Comp tences savoir faire qualit s professionnelles et personnelles Cette th se constitue en premier lieu l aboutissement de mon parcours tudiant commenc mon entr e l Ecole Normale Sup rieure en 1997 Ce sont les courts stages de licence et de ma trise puis celui du DEA qui m ont en effet donn le go t la recherche et incit e faire une th se toujours dans le m me domaine celui pour lequel je me passionne depuis le baccalaur at soit l acoustique musicale Dans ce domaine je me suis en particulier sp cialis e dans les instruments vent et surtout la clarinette Cependant cette th se constitue surtout une v ritable exp rience professionnelle qui m a permis d acqu rir diverses comp tences Je commencerai par les comp tences obtenues par rapport au m
258. on i le circuit quivalent est alors constitu de Ciaryny en parall le avec Liarynz Lglottis Dans ce cas nous avons 1 1 foi 5j rrr 277 lies T Lie Cane 2 32 configuration dans ce cas Lpalate est tr s petite de sorte que Crorynx peut tre plac e avant Lpalate Le circuit quivalent est alors Cmoutn Ciarynx en parall le avec Lmouth Liarynx Lglottis de sorte que la fr quence d anti r sonance est par cons quent 1 1 E E 27 dite bise Te Lglottis Cmouth Cargas 2 33 Seconde anti r sonance configuration i Comme Lpalate est du m me ordre que Liarynx Lglottis le circuit que nous consid rons ici est Lpalate en s rie avec le circuit utilis pour d terminer fo p Jai 2 34 Lise Lglottis Lpalate Claras configuration De la m me mani re Lmoutn est en s rie avec le circuit utilis pour d terminer fo de sorte que fsa gt l 2 35 j rus L glottis ah Lpalate Lmouth Cmouth Ch rnel Cette seconde anti r sonance correspond pour le i la r sonance du volume du larynx avec deux goulots la glotte et la constriction palatale Pour le c est la r sonance de l ensemble larynx et bouche avec deux goulots la glotte et la bouche Elle est approximativement reli e au premier formant de la parole En effet l imp dance est nulle ce qui signifie que la pression au niveau de la bouche est nulle ce qui est qua
259. on de la pression statique dans la bouche P 0 pour les deux GV POP TOR aw AE Late O A CRE A do dues 100 Mesures d intonation diff rence de fr quence en cents entre la fr quence jou e et la fr quence de r f rence r alis es lorsque Pierre Andr Taillard joue sur la clarinette du laboratoire les cinq notes graves de l tude au seuil d oscillation et d extinction abscisse 0 et 2 ainsi qu au milieu abscisse 1 Les chelles verticales ont t choisies de sorte avoir peu pr s pour chaque note la m me plage de variation qu la figure 4 16 ed aetna LUN RE UE Et ds Us 102 Fr quence de jeu pour les notes A5 784 Hz et C6 932 Hz obtenue avec l em o ch re cat enr ae lk tee dd PACE N d 103 Fr quences de jeu pour les notes A5 B5 C6 et E6 obtenues avec l embouchure selar EUR SO DR te Ae RI E At Petes lay 104 206 4 20 4 21 4 22 4 23 4 24 4 25 4 26 4 27 4 28 4 29 4 30 4 31 4 32 4 33 TABLE DES FIGURES Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique Pmo vaut de haut en bas pour la note G3 2 22 2 50 2 90 et 3 40 kPa pour la note C4 2 00 2 30 3 00 et 3 55 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s rouges 6 lali a da la A ue 107 Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique Pmo vaut de haut en bas pour la note G4 1 80 2 30 2 90 et 3 50 kPa pour la note D5 2 52 2
260. on et le seuil d extinction pour les trois tuyaux long moyen et court suivant les deux configurations de CV ee et aw Pour les tuyaux moyen et long meme si la variation de fr quence sur la plage de jeu est grandement perceptible aucune diff rence ne pourra tre d tect e loreille entre les deux configurations ee et aw sauf bien s r quand il appara t des ph nom nes tels que des multiphoniques Ceci est en fait le cas sur une plage tr s restreinte de pression pour le tuyau long uniquement avec la configuration ee ainsi que le montre la figure 4 8 cela n avait pas t repr sent sur la figure 4 7 dans un souci de simplification car notre int r t portait uniquement sur l volution de la fr quence fondamentale Cette configuration semble donc nuire la stabilit de la note jou e En revanche pour le tuyau court la diff rence de fr quence entre les deux configurations est assez importante une dizaine de cents au niveau du seuil et se r duit d autant plus que la pression dans la bouche augmente La comparaison dans le r gime anche non battante soit dans la gamme de pressions de 1 7 un peu moins de 3 kPa de ces r sultats exp rimentaux aux r sultats num riques pr sent s la figure 4 9 montre un mauvais accord Seule la diminution de la pression de seuil avec la longueur de tuyau est v rifi e ainsi que la quasi non modification de la pression de seuil au maximum de 0
261. onation en soumettant les bords de lanche un courant d air plus rapide que le centre Ceci explique l efficacit du d tach avec le dessous de la langue dans le suraigu Une langue plus ou moins large lat ralement au niveau des canines et des pr molaires permet de modifier significativement la sonorit en influen ant l appel d air en direction de l anche Annexe I Valorisation des comp tences un nouveau chapitre de la th se Pour faciliter l insertion professionnelle de leurs doctorants trois coles doctorales en Sciences de l Univers d Ile de France et de Toulouse en partenariat avec l Institut National des Sciences de l Univers du CNRS et l Association Bernard Gr gory ABG ont imagin en 2000 le concept Valorisation des comp tences un nouveau chapitre de la th se L id e force est d encourager les doctorants pr parer leur apr s th se en les aidant faire le point sur les comp tences et savoirs faire professionnels d velopp s au cours de la pr sentation de leur doctorat Cette aide r side dans un encadrement ext rieur au monde acad mique En effet des mentors qui sont des consultants sp cialistes du recrutement form s par ABG l encadrement de cet exercice les accompagnent et les guident dans cette d marche Depuis la premi re exp rience pilote le nombre de doctorants participant cet exercice ne cesse d augmenter alors qu il y en avait 15 en 2000 il y en a 150 cet
262. ons compte du deuxi me harmonique dans le calcul AP c est dire qu au lieu de tronquer les quations N 1 nous tronquons N 2 puis nous tenons compte galement du deuxi me harmonique dans le calcul troisi me harmonique nous conservons la valeur trouv e pr c demment pour AP mais pas celle de AP Ceci nous permet ainsi d avoir r soudre deux syst mes deux inconnues au lieu d un syst me trois inconnues En fait la m thode de troncature variable est modifi e dans le but de supprimer la simpli fication que les harmoniques pairs peuvent tre calcul s apr s coup partir des harmoniques impairs afin de prendre en compte l influence de AP la fois sur AP et sur AP En revanche nous consid rons toujours que AP reste peu influenc par AP Par ailleurs nous adoptons les m mes simplifications concernant l ordre d approximation il est gal l ordre de la troncature Ainsi par exemple pour le calcul de AP nous nous li mitons l ordre 2 en AP ce qui implique que nous n gligeons les termes en p2 puisque nous supposons que le th or me de Worman 97 reste valable en pr sence du CV et que donc AP est du deuxi me ordre en AP Enfin nous utilisons la m me convention de choisir la phase du premier harmonique nulle de sorte que AP est r el 3 Pour le calcul de AP les quations sont donc les suivantes M AAP 2BAP AP 3CAP3 3 18 Yo A AP BAP 3 19 El
263. our les trois tuyaux et les deux configurations ee et aw 92 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de P 9 pour le tuyau long pour les configurations de CV ee et aw comparaison entre exp rience gauche et simulation par Harmbal droite 93 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Po pour le tuyau moyen pour les configurations de CV ee et aw comparaison entre exp rience gauche et simulation par Harmbal droite 95 Evolution des diff rents harmoniques dans le barillet en fonction de Po pour le tuyau court pour les configurations de CV ee et aw comparaison entre exp rience gauche et simulation par Harmbal droite aucune solution num rique trouv e dans le cas de la configuration ee 96 Evolution des rapports dans la bouche entre l harmonique 5 et l harmonique 1 pour le tuyau court et entre l harmonique 3 et l harmonique 1 pour le tuyau moyen en fonction de la pression statique dans la bouche Pmo 97 Evolution des rapports harmonique 3 harmonique 1 et harmonique 4 harmo nique 1 dans la bouche pour le tuyau long en fonction de Pyro 98 Diff rence en cents entre la fr quence de jeu et la fr quence de r f rence de la gamme temp r e G3 175Hz C4 233Hz G4 349Hz D5 523Hz et G5 698Hz en foncti
264. ouvons pr sager des effets si Vimp dance du CV est du m me ordre de grandeur que celle de la clarinette c est dire si les pics du CV peuvent renforcer ou entrer en concurrence avec les pics de la clarinette Ainsi nous pouvons imaginer qu une configuration aw telle que d crite la section 2 4 5 ne produira pas beaucoup d effet alors qu une configuration ee va certainement agir sur les harmoniques sup rieurs Ainsi d apr s la figure 3 2 on aurait tendance dire que la configuration ee va renforcer le troisi me harmonique de la note G4 et l g rement le cinqui me de la note G3 160 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz FIG 3 2 Imp dances mesur es de la clarinette pour les notes G3 et G4 et pour le CV en configuration ee et aw ces deux configurations sont celles d crites dans la partie 2 4 5 et ont t mesur es sur deux musiciens D autre part d apr s cette figure les pics de la clarinette sont plus lev s pour les notes tuyau court qu tuyau long de sorte que nous nous attendrions un effet du CV plus important pour les tuyaux longs que pour les tuyaux courts ce qui serait contraire l exp rience des musiciens De plus la fr quence de coupure de la clarinette tant de l ordre de 2000 Hz l importance du CV se situera surtout au niveau des harmoniques inf rieurs dans la bande 100 Hz 1500 Hz Enfin l imp dance du CV
265. p2 int N double freq double params int i double Ztot Za Z allocate memory Ztot allocvec 2 N Za allocvec 2 N Z allocvec 2 N calculate the impedances Z clarinet_tubeimp1 N freq params Za clarinet_experimental N freq Zexp add the two impedances and return the result for i 0 i lt 2 N i Ztotli Z i Zali free Z free Za return Ztot Le dernier probl me r soudre concerne l affichage et l criture des r sultats La grandeur qui nous int resse est l imp dance dans le bec de la clarinette Harmbal trouve un P qui est en fait la diff rence entre la pression dans la bouche et celle dans la clarinette Nous allons donc utiliser le d bit U pour calculer par P ZU les pressions qui nous int ressent En revanche dans les fichiers de param tre pmt que Harmbal utilise pour le calcul il faut garder la diff rence de pression Nous ajoutons donc lors de l criture des r sultats les lignes suivantes if reson gt model 106 reson gt model 107 freq hbinfo gt freq if reson gt model 106 np 3 params getparams paramlist stringlist np resfreq nu disper YES Z clarinet_tubeimpi Npart freq params Zt clarinet_totalimp2 Npart freq params else Z clarinet_experimental Npart freq Zcexp Zt clarinet_totalimp3 Npart freq params U fft u Nsamp Npart Pc allocvec 2 Npart Pm allocvec
266. par rapport la th orie Le mod le l mentaire th orique n est donc pas suffisamment labor pour pr dire l allure spectrale des signaux m me pr s du seuil Une meilleure description des pertes acoustiques ainsi qu un mod le plus labor de l anche permettraient peut tre de pr dire des amplitudes plus petites Mais ceci serait l objet d une seconde th se Le fait que les harmoniques sup rieurs soient donc tr s nettement inf rieurs en r alit peut expliquer pourquoi les sons de synth se r alis s avec ce mod le apparaissent souvent trop charg s en harmoniques aigus Les courbes exp rimentales de la figure 4 12 correspondant au tuyau moyen montrent une diff rence plus importante du spectre entre les deux configurations ee et aw diff rence qui n est pas aussi visible sur les courbes th oriques Sur le plan quantitatif les conclusions sont tr s similaires celles du tuyau long harmoniques pairs en r alit plus lev s et harmoniques impairs plus faibles La figure 4 13 n apporte rien de nouveau quant la comparaison entre exp rience et th orie par rapport au tuyau moyen mais elle permet de voir une progression dans les diff rences observ es dans le spectre mesur exp rimentalement pour deux configurations de CV lin fluence du CV augmente lorsque la longueur du tuyau diminue Ceci r sulte du fait que plus la fr quence de jeu est lev e plus de faibles changements de volume ou
267. positif de mesure d imp dance Finalement lors d une discussion de ce projet de th se avec un de mes enseignants de DEA Jean Kergomard celui ci s est trouv int ress par le projet et a contribu fortement son volution puisque l instrument d tude est pass du hautbois la clarinette La collaboration s est donc ainsi largie son quipe au LMA En sus un travail de recherche de financements a t fait J ai donc d valoriser ce projet dans le cadre de trois appels d offre l allocation moniteur normalien AMN la bourse d aide la mobilit du minist re de la recherche dans le cadre d une cotutelle de th se bourse not e par la suite bourse MR d un montant de 5100 188 ANNEXE I VALORISATION DES COMP TENCES Y appel projet de l ambassade de France en Australie pour une coop ration scienti fique franco australienne au sein de l organisation FEAST bourse not e bourse A d un montant de 4320 Au cours de cette phase pr paratoire je pense avoir ainsi fait preuve de capacit tre force de proposition ainsi que de mobilisation des comp tences et des ressources afin d organiser un projet qui me tenait coeur 1 2 2 Etapes scientifiques du travail La premiere tape fut tout d abord de lister tous les points qu il m a fallu aborder et r soudre au cours de ma these en fonction des problemes soulev s ou non r solus par les tudes pr c dentes sur ce m m
268. pr c demment embouchure clar grave et d autre part avec une embouchure un peu mieux optimis e pour l aigu en diminuant tr s l g rement la pression d eau dans les l vres 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 103 embouchure clar aigu permettant d obtenir plus de notes comme par exemple le B5 et le E6 Les r sultats sont respectivement pr sent s la figure 4 18 et la figure 4 19 A5 A5 800 r r r r r 400 15 T T ee _ e 09 e aw _ n h 4 780 T E 380 5 10 N ys Sa Q T 8 5 ee 7 760 36005 S fo LD Pei D 2 2 3 2 0 Q S 740 3402 2 5 a 2 5r 4 g 2 oO 720 00 320 10L J o aw buzz i i i i i i i 15 i i i i am 2 2 2 2 4 2 6 2 8 3 3 2 300 2 2 2 2 4 2 6 2 8 3 Pm kPa P o kPa 0 mo C6 aw C6 zoom sur le fondamental 440 25 j r N I N oa 401 y S y 5 215 2 4002 8 D v 2 10 Q 1380 g C 5 2085 5 2 6 D 360 3 5 Nob 3 0 lt aw 860 340 2 2 5 3 i i 5 2 3 5 Pm kPa P pa FIG 4 18 Fr quence de jeu pour les notes A5 784 Hz et C6 932 Hz obtenue avec l embou chure clar grave Dans la plupart des cas nous avons observ au moins pour certaines pressions l apparition de multiphoniques constitu s de la note en question d une part et d autre part de soit le buzz du fondamental qui correspond la note jou e sur le partiel 1 c est dire un peu moins qu une
269. pres du seuil nous ne pouvons percevoir de diff rence entre les configurations de CV ee et aw 3 5 ETUDE ANALYTIQUE TROIS HARMONIQUES PRES DU SEUIL 59 J tuyau court tuyau long CV ee 200 400 600 800 1000 gt 200 400 600 800 1000 fr quence Hz fr quence Hz Fic 3 7 Module de l imp dance non adimensionn e du CV ee du tuyau long et du tuyau court gauche et partie imaginaire de l admittance non adimensionn e du CV ee droite Enfin un dernier point remarquer est la valeur de la pression dans la bouche au seuil Celle ci est d termin e par Aseuy Y et donc plus l admittance au niveau de la premi re fr quence de r sonance du tuyau est grande et plus Aseus est grand et donc plus Yseui est grand d apr s C 16 D apr s la figure 3 8 pour le tuyau long la partie r elle de l imp dance est plus grande tuyau long tuyau court 0 032 tuyau long aw tuyau court aw tuyau long ee tuyau court ee 0 03 T N 0 028 sf oc E Pg Eo p AR a 0 026 RE conti 0 024 y 172 174 176 178 180 352 354 356 358 360 fr quence Hz fr quence Hz Fic 3 8 Partie r elle de l admittance totale adimensionn e du CV et du tuyau cylindrique pour le tuyau long gauche et le tuyau court droite pour les deux configurations ee et aw au voisinage de la p
270. quency with increasing y The change from the threshold to y 0 5 is above 0 8 about 14 cents The difference limen for a perceptible pitch shift of similar sounds is around 0 2 about 4 cents 68 Note that the clarinet player compensates for this effect by altering the embouchure 0 992 0 988 fifo 0 986 0 984 0 36 0 38 04 042 044 046 048 0 5 ti Figure C 7 Playing frequency using the HBM for different N for fo 100 Hz and dispersion 6 0 4 7 0 02 The line f fo given by eq 20 indicates the fundamental of the pipe The amplitude of the different harmonics do not change significantly when dispersion is added to the model as seen in Figure C 8 However the relative phase of the harmonics changes C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 143 with y for the same reason as the playing frequency changes higher inharmonic partials of the pipe become important and shift the phases of the harmonics of the reed movement 0 4 2 IP I no dispersion ave ee phase P3 no dispersion i Dash Pal SE phase P5 al phase P3 with dispersion 0 3 phase P5 0 25 m2 ay ar 0 2 E 0 A T S RES SAI fe 0 15 E 0 1 7 2 0 05 0 1 si ss fi fi 1 ji tt fi L L 1 1 N 0 34 0 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 0 34 0 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 Y Y Figure C 8 Spectrum with and without dispersion HBM N 25 0 4 7 0 02 Top modulus Bottom phase P
271. quentiel et l autre est non lin aire dans le domaine temporel La particularit de cette m thode de r solution est de calculer ce qui appartient au domaine temporel dans le domaine temporel et ce qui appartient au domaine fr quentiel dans le domaine fr quentiel Partant d un vecteur initial P dans le domaine fr quentiel dont les composantes sont la fr quence f et les parties r elles et imaginaires des harmoniques de la solution suppos e nous calculons un nouveau vecteur F de la mani re suivante nous utilisons la transform e de Fourier inverse p t de P pour trouver avec l quation non lin aire u t Puis en repassant dans le domaine fr quentiel nous obtenons un nouveau vecteur de pression F par F ZU qui doit tre gal P si P est la solution du syst me Si tel n est pas le cas les it rations sont r alis es par la m thode de Newton Raphson pour converger vers le z ro de la fonction G F P le jacobien de cette fonction est calcul au point P consid r un nouveau vecteur P en est d duit suppos s approcher de la solution puis F est calcul et G F P est compar G F P Sans d tailler plus les conditions permettant l it ration de se poursuivre ou non nous nous contenterons de savoir que lorsque la diff rence G est suffisamment petite la solution est atteinte Les avantages d une telle m thode par rapport une simulation temporelle 83 38 sont de d termi
272. r registers which is in agreement with informal reports from clarinettists C 1 5 Effect of dispersion Dispersion is the effect that the sound velocity varies with the frequency of the travelling wave This results in inharmonicity of the pipe impedance i e that the resonance frequencies of the pipe are no longer harmonically related At the oscillation threshold the playing frequency f is still equal to the first pipe resonance fp but the latter is no longer equal to fo Instead its value is determined by making the real 142 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE E IP for the low register sou P31 for the low register 0 3 o 1P for the higher register AA 1P3 for the higher register eo IP 0 5 Y Figure C 6 Register of the fundamental tone of the clarinet and the register of the twelfth 0 4 n 0 02 Np 9 part of equation C 8 equal to 7 2 so that Mu 2 de a 1 Zo te C 20 When the oscillation amplitude grows higher harmonics start to appear The higher pipe resonances are shifted upwards relative to the first one due to dispersion while the reed movement must stay periodic i e harmonic To maximize the energy the playing frequency therefore increases with increasing importance of the higher harmonics as the HBM shows in Figure C 7 Note that the first order of the HBM does only involve the first harmonic and is thus not able to capture the increase of the playing fre
273. r sultats tr s diff rents des courbes exp rimentales d Ollivier et tr s diff rentes galement des simulations num riques Il serait donc int ressant de reprendre les exp riences d Ollivier la lumi re de cette tude Nous avons observ par ailleurs que l mission dans la fin de l aigu et le suraigu semble tr s sujette la configuration de CV puisque dans certains cas seule une des deux configurations permettait l mission En r gle g n rale une configuration de type avec une large cavit CONCLUSION 125 buccale est pr f rable une configuration de type i pour les notes aigu s en accord avec une partie des clarinettistes L effet de la configuration sur l mission s est galement fait ressentir lors de transitions de sixte ou d octave dans deux registres diff rents nous avons galement retrouv l impression d un certains nombre de clarinettistes savoir que pour la mont e la configuration i est pr f rable car raccourcit les temps de transition alors que semble plus adapt e pour la descente permettant plus facilement le saut de registre L tude s est galement r v l e tres surprenante en ce qui concerne la fr quence de jeu deux configurations d imp dances quasi identiques peuvent conduire une diff rence de plus d une dizaine de cents alors que deux configurations d imp dances tr s diff rentes la modifient de moins de quelques cents sauf dans l aigu L tud
274. r d crire la configuration de leur cavit buccale en situation de jeu Pour les deux musiciens du bas ils utilisent un placement de la langue diff rent suivant qu ils jouent dans le registre grave a OA b MER RSS ig rood a ree D AS RAR LR a a 161 D 4 Esquisses r alis es par Deborah De Graaff en haut et son l ve en bas Deborah n utilise que tr s rarement la configuration Haw qu elle n aime pas 161 E 1 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 163 E 2 Imp dance module et argument du CV pour deux configurations ee et aw pour la note GA AE acta AN ES a a alg ias Co 164 E 3 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e 164 E 4 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 165 E 5 Imp dance module et argument du CV pour deux configurations permettant d obtenir ou un beau son ou au contraire un mauvais son viter note G5 165 E 6 Imp dance module et argument du CV pour trois effets sp ciaux pitch bend saut de registre li sans articulation et embouchure serr e 165 E 7 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 166 E 8 Imp dance module et argument du CV pour trois configurations ee oo et AW Dote CS oxy Sah da e E RE EE
275. r models A and B in the case fp 100 Hz 0 4 n 0 02 N 9 y is cut at 0 4 as the reed effect is largest near the oscillation thresholds da Ds a See ss ls eee da G A G4 145 C 11 Waveform p t for models A and B when f 700 Hz y 0 4 7 0 02 0 4 O eset te ak esp esa AHO Recs EA a A ee OE 145 C 12 The harmonics for models A and B for fp 700 Hz Top modulus Bottom phase P chosen real oe eae a Gate oh ee eae ee ose ole ee ee ko 146 C 13 Variation of the frequency with the mouth pressure when the mass and damping of the reed are taken into account in the case of f 700Hz Comparison to the approximation C 21 a prori only valid if fp is far from fr 146 C 14 One period of three different pressure waves p t for the same set of parameters Np 13 y 0 485 0 4 and OP ha et ey eas iy dan chia hard 147 C 15 P i 1 5 versus y for solutions A B and C with N 13 0 4 and 0 02 147 C 16 P i 7 9 versus y for solutions A B and C with N 13 0 4 and 7 0 02 147 C 17 Playing frequency for solutions A B and C as a function of y 148 C 18 Spectra of different sounds recorded at the end of the clarinet bore Top note F3 Bottom player sounding both F3 and C5 together o oo 149 P I Questionnaire s dorin ea dd A a Sos a Ate se Bed 158 208 TABLE DES FIGURES D2 Qu stionnaire 127 bad aa ts Le hom LG 159 D 3 Esquisses r alis es par cinq musiciens pou
276. ram tre qui varie fr quence de jeu valeurs des diff rents harmoniques de la pression Ce programme est galement tr s int ressant pour l tude du spectre et de la fr quence de jeu en fonction de la variation d un param tre comme y ou C 2 2 Modifications impl menter L influence du conduit vocal se traduit en terme d imp dance additionnelle Il suffit donc seulement a priori d ajouter l imp dance du CV celle de la clarinette Ce n est cependant pas C 2 MODIFICATION DE Harmbal POUR L TUDE DU CONDUIT VOCAL 151 si simple puisque jusqu pr sent Harmbal ne fonctionnait qu avec des imp dances analytiques et il est bien vident qu aucune imp dance analytique n est disponible pour le CV Il faut donc qu Harmbal puisse interpoler la valeur de l imp dance la fr quence de jeu qu il calcule en fonction des points de mesure de part et d autre de cette fr quence D autre part cette interpolation est galement mettre en place pour la clarinette afin de pouvoir obtenir plus de r alisme en utilisant galement des imp dances mesur es ou simul es pour celle ci Nous devrons donc ajouter un nouveaux mod le de r sonateur qui pourra utiliser des fichiers de valeurs discr tes exp rimentales ou simul es pour l imp dance D autre part nous avons vu que les quations taient les m mes dans le cas avec CV que sans CV condition de remplace Zaar Par Zelar Zov et Pelar par AP Paar Phouche
277. rande diff rence entre les notes dites tuyau long qu il est difficile d influencer par l action du conduit vocal et les notes tuyau court o au contraire le conduit vocal a une influence pr pond rante D autre part deux douzi mes ont t tudi es le D5 qui correspond au doigt du G3 avec la cl de registre ouverte et le G5 qui correspond au C4 Nous avons galement tudi l aigu et le suraigu avec les notes A5 B5 C6 et E6 Les fr quences de r f rence dans la gamme temp r e de ces notes sont donn es dans le tableau r capitulatif suivant 4 1 175 233 349 523 698 784 TAB 4 1 Fr quence de r f rence en notation crite en Hz des notes de l tude Etude de la fr quence de jeu et des seuils La figure 4 16 consigne l volution de la fr quence de jeu en fonction de Pmo pour les notes du chalumeau et du clairon La fr quence de jeu pour les notes G3 et C4 pr sente la m me volution que pour les tuyaux long et moyen mais ce n est pas le cas pour la note G4 en comparaison du tuyau court Deux explications possibles ce ph nom ne la clarinette avec toutes les cl s ouvertes ne se comporte pas de la m me mani re que le tuyau de longueur quivalente ou bien la fr quence du tuyau court s av rant en fait bien plus lev e que la fr quence du G4 la courbe d volution du tuyau court se rapproche plus de celle de D5 que de celle de G4 Il semble en effet y avoir une diff rence
278. re en vidence exp rimentalement avec une bouche artificielle l influence d un changement de g om trie du CV Une bouche artificielle a donc t con ue et fabriqu e de sorte pouvoir y inclure un conduit vocal artificiel Il est ainsi ais de changer la configuration sans modifier aucunement la pression des l vres ou le positionnement de la clarinette En ce qui concerne le spectre harmonique de la pression dans le barillet nous avons pu observer qu un changement de configuration peut entra ner des diff rences importantes pas en accord avec la th orie mais tout de m me similaires quant au fait que nous ne sommes pas non plus arriv s les expliquer par des raisonnements simples Ceci explique en particulier la possibilit pour les musiciens de cibler ou renforcer certains harmoniques dans le son propos de la comparaison entre les exp riences et la th orie qui il est important de le rappeler n est valable que dans le domaine anche non battante soit dans un domaine tr s restreint de pressions nous avons retrouv des r sultats analogues ceux d Ollivier 74 qui mettent en vidence la surestimation de ces harmoniques par le mod le th orique Nos me sures mettent cependant encore plus en cause le mod le lorsque le conduit vocal est pris en compte puisque les simulations num riques peuvent pr dire des effets oppos s ceux obtenus exp rimentalement En ce qui concerne la fr quence de jeu nous obtenons des
279. re et les valeurs interpol es double clarinet_experimental int N double freq double params double ar br ai bi x1 x2 yri yr2 yii yi2 zri zr2 zi1 zi2 Yr Yi complex Y1 Y2 Zint double Z int Z i 0 i k n sup allocvec 2 N if freq lt params i hberr freq given is too small compared with experimental values NULL for k 1 k lt N k sup 0 while params i lt k freq amp amp i lt nech if i nech 1 sup 1 break i if sup 1 de x1 params i x2 params i 1 zri params i nech zr2 params i 1 nech zil params i 2 nech zi2 params i 1 2 nech if k 2 0 Harmonique pair ar zri zr2 x1 x2 br zr2 x1 zr1 x2 x1 x2 ai zii zi2 x1 x2 bi zi2 x1 zi1 x2 x1 x2 Z k ar k freq br Z k N ai k freq bi else Harmonique impair 1Y1 Cdiv Complex 1 0 Complex zr1 zi1 Y2 Cdiv Complex 1 0 Complex zr2 zi2 yri Y1 re yr2 Y2 re yil Y1 im yi2 Y2 im ar yri yr2 x1 x2 br yr2 x1 yr1 x2 x1 x2 ai yil yi2 x1 x2 interpolation sur Z interpolation sur Y 154 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE bi yi2 x1 yi1 x2 x1 x2 Yr ar k freqtbr Yi aix k freqtbi Zint Cdiv Complex 1 0 Complex Yr Yi Z k Zint re Z k N Zint im i 0 else Z k 0 Z x N 0 i 0 Z 0 Z N 0 return Z 3 Pour un pas de discr tisation de l imp dance de 8 Hz l erreur est inf
280. real C 1 6 Influence of the reed resonance In order to study the different effects separately we now ignore dispersion but treat the reed as a spring with mass and damping using equation C 4 From now on this will be referred to as Model B Model A is the simple reed model Common values for the reed characteristics are 42 wr 23250 s7 f 3700 Hz gr 2900s and u 0 0231 kg m Pipe resonances independent of reed resonance As was the case when dispersion was included in the model the playing frequency changes with the mouth pressure In the study by Kergomard and Gilbert 58 of some aspects of the role of the reed an approximation of the frequency is given In the case where the first resonance of the pipe is far below the reed resonance f fo 7 3 TR s G m l C 21 R having been defined in Section C 1 2 The frequency at the threshold is thus given by fin foll 2 The mouth pressure at the threshold is 3 fr tae 1 a2 2 9 95 Vth 2 a G 22 3 a 3 a where a fin fr It is important to note that it is the damping of the reed and not its mass that makes the playing frequency change Another point is that the damping of the reed decreases the playing 144 ANNEXE C Harmbal ET L QUILIBRAGE HARMONIQUE frequency compared to the first frequency of the pipe this effect was characterized by a length correction of the pipe by Nederveen 73 However the variation of th
281. red for notes in different registers and for the difficult slurs They show poor agreement with the numerical calculations but interesting results In the low register the spectral envelope but not the playing frequency depend strongly on the tract configuration The difference is larger for high notes where even the notes issued can be significantly different between the two configurations An appropriate VT configuration can also make some notes start more easily shorter transients and facilitate slurs in good agreement with the opinion of clarinettists Keywords musical acoustics clarinet vocal tract playing frequency spectrum harmonic balance
282. remi re fr quence de r sonance de chaque tuyau pour la configuration ee que la configuration aw pour une fr quence de 177 Hz C est en revanche le contraire pour le tuyau court de fondamentale 355 Hz Ceci confirme ainsi ce que nous pouvons observer sur la figure 3 4 la configuration ee par rapport la configuration aw abaisse la pression de seuil dans la bouche pour le tuyau court mais l augmente pour le tuyau long De nombreuses autres pistes ont t explor es par Matthias Demoucron 22 lors de son stage de DEA que j ai encadr dans le but d am liorer 3 26 mais aucune formule ne s est r v l e facile d utilisation et valable plus loin du seuil et ou pour un grand nombre d harmoniques 60 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE La conclusion est donc que mis part le sens de variation de la fr quence au seuil ainsi que l abaissement ou non de la pression de seuil rien ne peut tre pr dit analytiquement en raison de la complexit du probleme Seules des simulations num riques peuvent permettre d estimer les effets du CV dans tout le r gime d anche non battante et pour un nombre important d harmoniques De plus elles permettent galement de pouvoir introduire ce que nous avons n glig ici la dispersion ainsi que la masse et l amortissement de l anche 3 6 Simulations avec Harmbal Nous nous int ressons maintenant tout le r gime anche non battante Nous tudierons dans un premier ca
283. requin de 5 mm de diam tre mont sur un arbre pourvu d une excentration de 2 mm permet en le tournant de raidir plus ou moins l action de la l vre sur l anche ce qui va en partie d terminer l ouverture de l anche au repos Les tireurs et le raidisseur sont repr sent s sur la figure 4 2 joint conique capteur dans la bouche raidisseur tireur capteur dans le barillet alimentation des l vres en eau FIG 4 2 Zoom sur la partie centrale 82 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE L AIDE D UNE BOUCHE ARTIFICIELLE 4 2 3 Le conduit respiratoire Il est constitu d un conduit vocal artificiel d une trach e et de poumons conduit vocal OA ar gt Ad trach e a lt E AE glotte a l vre joint conique disques de E poumons diff rentes sections bagues pour r duire la section d entr e FIG 4 3 Sch ma explicatif du conduit respiratoire artificiel Le conduit vocal est divis en trois parties la glotte une fente rectangulaire d paisseur 3 mm de largeur 1 5 mm et de longueur 1 cm valeurs extraites des clich s de Mukai 71 un cylindre de longueur 15 cm que l on peut remplir de disques de diff rents diam tres d paisseur 5 mm ou 10 mm afin de mod liser diff rentes configurations un cylindre de longueur 2 cm direc
284. ression statique appliqu e dans la bouche ainsi que mettre en vidence une variation de la pression au seuil ou ventuellement l apparition de multiphoniques Il est absolument indispensable pour un tuyau donn de faire les mesures pour les deux configurations l une la suite de l autre pour tre s r d avoir la m me condition d anche En effet celle ci se fatigue beaucoup lors des exp riences en particulier lors des mesures proches du point d extinction ce qui fait varier notablement la fr quence de jeu et la pression de seuil D ailleurs pour limiter ce ph nom ne il faut effectuer les mesures dans ce domaine le plus rapidement possible et bien laisser reposer l anche une dizaine de minutes avant de recommencer une nouvelle exp rience afin que l influence de l tat de lanche n interf re avec les effets d s un changement de configuration de CV ou de tuyau 4 5 1 Etude de la fr quence de jeu L volution de la fr quence de jeu lorsque la pression dans la bouche augmente du seuil d oscillation au seuil d extinction est donn e sur les courbes de la figure 4 7 L ordonn e de ces graphiques correspond en fait la diff rence en cents entre la fr quence de jeu et une fr quence de r f rence Comme la longueur totale du r sonateur est difficilement mesurable puisqu a la longueur du tuyau et celle du barillet il faut rajouter celle du bec il n tait pas possible d en d duire une fr quence qu on
285. ressure signal is almost sinusoidal and quite good as y approaches 0 4 The fact that the VTM cubic is better than the HBM cubic is a result of approximations having opposing effects We also see that the three curves become one at the oscillation threshold Figure C 5 shows how P varies with 7 and Firstly the oscillation threshold yin decreases when increases whereas it increases when y increases Indeed 7 increases when the player increases the length of the pipe by closing tone holes This therefore makes P decrease and the threshold of oscillation y increase This means that the player would have to blow harder to excite oscillation when the pipe becomes longer at least for purely cylindrical pipes For a real clarinet however the elongation of the pipe is achieved by closing tone holes and Fuks and Sundberg 36 have shown that the musician does not necessarily need to blow harder for notes involving a long part of the pipe It should be mentioned that similar figures to these have been published in ref 59 but with the continuation facilities of Harmbal the results of the HBM may be followed quasi continuously C 1 Harmbal ET LA CLARINETTE 141 0 35 0 35 n 0 005 0 2 n 0 01 20 4 0 3 n 0 02 gt 0 3 0 6 E n 0 04 A Pl Pl 0 ii i al i 1 1 1 1 0 jo A 1 1 1 0 34 0 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 0 34 0 36 0 38 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 Y Y Figure C 5 Top
286. ris un peu mes d pens qu il faut parfois savoir s arr ter de crainte de creuser sans fond et bien mesurer les risques lorsqu on se met approfondir tel ou tel point Il me semble que c est une question inh rente la recherche quel degr de pr cision et d investigation doit on arr ter un sous projet pour passer un autre Il faut en fait toujours d finir avec beaucoup de rigueur ses objectifs voire ses sous objectifs Enfin j ai appris g rer les baisses de motivation qui surviennent occasionnellement au cours d une th se gr ce ma passion pour cette sp cialit qu est l acoustique musicale mais surtout gr ce aux nombreuses personnes qui m entourent aussi bien sur le plan scientifique que sur un plan plus personnel 1 2 4 Evaluation du co t du projet Ma participation ce projet constitue la principale ressource humaine m me si j ai b n fici ponctuellement de l aide des mes directeurs de th se ainsi que des ing nieurs et techniciens des diff rentes quipes dans lesquelles j ai travaill es Le budget total d environ 149000 est en grande partie imputable la masse salariale 86 Ceci s explique par le fait que mis part des frais de d placement plus lev s qu en g n ral car l Australie est quand m me l autre bout du monde cette th se n a pas n cessit d investissements lourds Salaires et charges Doctorant 36 mois 127700 Directeurs de th se 3 m
287. rre Andr Taillard est un syst me de languettes en plastique aluminis qui est disponible en 8 formes et paisseurs diff rentes Les languettes se placent entre l anche et le bec figure G 3 Fic G 3 Mise en place d une languette Claripatch sous l anche Chaque Claripatch a t con u pour r soudre un probl me sp cifique de l anche de la clari nette Le syst me permet en particulier d am liorer la qualit d une anche neuve ou vieillissante anche trop forte ou trop faible anche trop claire ou trop molle anche qui est trop mouill e ou qui a perdu son soutien Je ne d crirai ici que le patch N comme Noblesse du commerce et le patch Y un prototype r alis expr s par Taillard pour l anche plastifi e Rico force 3 Voici comment est d crit le patch N dans le manuel d instructions de Claripatch il augmente l g rement la r sistance de l anche redonne une certaine noblesse une anche vieillissante am liore le pianissimo et donne un staccato net et facile L anche tol re une pression plus lev e de l vres En ce qui concerne le patch Y il stabilise la longueur vibrante de l anche Ce patch a t con u au d part pour tester la sym trie de lanche autour de 15 20 mm puis il s est av r qu il tait possible de l utiliser aussi musicalement comme il donne un bon soutien l anche particuli rement avec les anches faibles sans stabilit et tonitruantes
288. ruit suivant deux objectifs avoir une version simplifi e du syst me pour esp rer aboutir des r sultats analytiques exploitables et permettant une interpr ation des ph nom nes avoir une simulation du syst me r el afin de pouvoir comparer ensuite les exp riences r alis es au chapitre 4 aux r sultats th oriques tout en gardant l esprit les diff rentes simplifications qui auront t faites La premi re simplification est de consid rer dans la plupart des cas une anche sans masse ni amortissement La clarinette quant elle sera mod lis e dans son ensemble y compris le bec par un tuyau cylindrique d clin en trois longueurs afin de simuler diff rentes notes de la clarinette correspondant diff rentes longueurs de tuyaux G3 tuyau long fe 177 Hz C4 tuyau moyen fe 240 Hz et G4 tuyau court fe 355 Hz sachant que plus le tuyau est court plus il est facile de modifier la note avec le CV d apr s les musiciens Cependant ceci est tr s certainement d au fait que pour les tuyaux courts l imp dance ne comporte que deux pics harmoniques Pour v rifier ceci nous utiliserons deux imp dances pour le G4 la premi re pourrait tre qualifi e de normale avec un nombre de pics infini l autre est tronqu e apr s le troisi me harmonique cf figure 3 3 D autre part nous tudierons les deux configurations ee et aw telles qu el
289. ruments vent le hautbois Almeida 1 la trompette Vergez 92 les cuivres en g n ral 17 ainsi que pour l tude de la parole 93 pour laquelle le dispositif est tr s semblable une bouche artificielle pour cuivres les cordes vocales rempla ant les l vres et le conduit vocal l instrument Bien que ces dispositifs sortent du cadre de notre tude je les cite ici car ils nous ont servi pour la conception de notre bouche artificielle en particulier pour la r alisation des l vres Maintenant que les bases de notre tude ont t expos es tant sur le plan th orique que sur le plan exp rimental nous allons pouvoir rentrer dans le vif du sujet avec la d termination de l imp dance du conduit vocal des clarinettistes Chapitre 2 Le conduit vocal et son imp dance 2 1 Introduction Il est vident que la section de la clarinette est plus faible que celle du conduit respiratoire du musicien de sorte que son imp dance acoustique sera bien plus importante et les r sonances plus aigu s facteur de qualit des r sonances plus grand Cependant les musiciens tant capables de d celer des variations subtiles il s avere crucial de conna tre l imp dance de leur conduit respiratoire en situation de jeu afin d valuer si ce dernier peut effectivement induire des effets importants musicalement Comme les mesures r alis es par le pass cf chapitre 1 ne sont pas compl tement ex ploitables ou utilisables un no
290. s J Acoust Soc Am 56 4 1974 J Backus The effect of the player s vocal tract on woodwind instrument tone J Acoust Soc Am 78 1 1985 HT Bahnson JF Antaki et QC Beery Acoustical and physical dynamics of the diatonic harmonica J Acoust Soc Am 103 4 2134 2144 1998 N Bak et P Domler The relation between blowing pressure and blowing frequency in clarinet playing Acustica 63 238 241 1987 A Benade Air column reed and player s windway interaction in musical instruments Dans Vocal Fold Physiology d par LR Titze et R C Scherer The Denver Center for the Performing Arts 1983 H Bouasse Instruments vent A Blanchard Paris 1986 X Boutillon et V Gibiat Evaluation of the acoustical stifnfness of saxophone reeds under playing conditions by using the reactive power approach J Acoust Soc Am 100 2 1178 1189 1996 Claripatch http www claripatch com R Causs J Kergomard et X Lurton Input impedance of brass musical instruments Comparison between experiment and numerical models J Acoust Soc Am 75 241 254 1984 P Clinch G Troup et L Harris The importance of vocal tract resonance in clarinet and saxophone performance a preliminary account Acustica 50 1982 J S Cullen J Gilbert et D M Campbell Brass intruments linear stability analysis and experiments with an artificial mouth acta acustica 86 4 704 724 2000 195 196 18 19 20
291. s dont certaines courbes sont pr sent es en annexe E montrent pour la plupart une imp dance du type aw pour le 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 117 Transition C5 A5 avec la configuration aw Transition C5 A5 avec la configuration ee P_ kPa P_ kPa c 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 temps s temps s FIG 4 29 Liaison C5 A5 pour les deux configurations aw et ee obtenue avec la bouche artificielle une pression de 2 02 kPa pitch bend ainsi que le saut de registre li a l exception de deux musiciens pour lesquels Vimp dance pr sente un pic marqu entre 500 et 700 Hz ce qui serait plus caract ristique d une configuration de type i Harmoniques cibl s A Vimage de ce que nous avons vu avec les figures 4 23 et 4 24 les clarinettistes peuvent renforcer un harmonique dans le spectre grace en partie car un musicien ne pourra que tr s rarement dissocier les diff rents effets l utilisation de son CV Ainsi Pierre Andr Taillard nous a montr lors de sa venue comment il arrive modifier le contenu harmonique d une note sur l exemple de la note G3 jou e sur la clarinette du labora toire Le r sultat tait flagrant l oreille mais est malheureusement un peu moins convaincant au vu des enregistrements La partie gauche de la figure 4 30 permet toutefois de voir que cer tains harmoniques peuvent s inverser comme par exempl
292. s chefs comme R Muti F Br ggen Ph Herreweghe et N Harnoncourt Il remporte quatre premiers prix lors de concours ses concerts le m nent dans de nombreux pays europ ens et asiatiques Son enregistrement du concerto KV 622 de W A Mozart a t unanimement salu par la critique et celui du Grand Duo de Weber avec E Torbianelli a t couronn de nombreuses distinctions Diapason d Or 10 de R pertoire deux fois nomm disque du mois Il enseigne actuellement la clarinette historique dans les classes professionnelles de la Schola Cantorum Basiliensis ainsi que la clarinette moderne au Conservatoire de La Chaux de Fonds En tant que pianiste il accompagne volontiers des chanteurs comme L Lootens ou Ph H ttenlocher Il est l inventeur du syst me Claripatch partie G 4 qui permet au clarinettiste de moduler sa guise les caract ristiques lastiques et musicales de ses anches Cette invention l a amen s int resser de plus pr s au domaine de l acoustique de la clarinette G 3 Techniques de son allemande et fran aise Ce texte a donc t crit ma demande par Pierre Andr Taillard La diff rence de construction entre la clarinette allemande et fran aise Boehm est bien connue Faisons abstraction des diff rences de perce et de doigt s et int ressons nous uniquement l anche et la courbure de la table L anche allemande est plus troite que son homologue fran aise environ 12 mm contre 13 mm La coupe
293. s l influence des deux configurations sur le son de diff rents tuyaux cylindriques avant de comparer les effets ceux de la dispersion ou de la prise en compte de la masse et de l amortissement de l anche puis de r aliser quelques simulations l aide d imp dances mesur es de clarinette Il est bien vident que les musiciens utilisent en pratique diff rentes configurations de CV et que cette tude ne se veut donc pas exhaustive Elle a plut t pour but de comparer deux configurations extr mes afin d essayer d obtenir quelques conclusions qualitatives Le mod le unidimensionnel n ayant plus de sens au dessus de 4000 Hz nous nous limiterons aux fr quences inf rieures 4000 Hz ce qui limite le nombre maximal d harmoniques pour lequel peuvent tre calcul es les solutions par exemple 11 pour le tuyau court 15 pour le tuyau moyen et 21 pour le tuyau long De plus nous conservons la valeur de 0 25 et ne tiendrons pas compte dans les sous parties 3 6 1 et 3 6 3 de la masse et de l amortissement de l anche ainsi que nous l expliquerons au 3 6 2 3 6 1 Les diff rents tuyaux En plus des quatre tuyaux d crits la partie 3 4 soit les tuyaux long moyen court et court tronqu nous avons galement tudi un tuyau court amorti qui correspond un tuyau de m me longueur que le tuyau court avec un param tre de pertes 7 gal celui du tuyau long ce qui revient tudier l effet d une
294. s notes A5 et G4 montrent qu on peut entendre dans le bruit juste avant le seuil la note qui va sortir soit approximativement F4 au lieu de A5 pour la configuration ee et D6 au lieu de G4 pour la configuration aw Pour A5 cela peut sembler contraire ce que nous avons vu auparavant aux figures o le ee permettait bien l mission du A5 mais ces mesures de bruit n ont pas t r alis es le m me jour de sorte que l embouchure n est pas la m me Ceci montre par ailleurs que l effet du CV peut tre diff rent suivant l embouchure utilis e Pour le doigt G4 r alis en configuration aw le pic la fr quence du D6 est plus faible en amplitude mais beaucoup plus fin que le pic la fr quence du G4 et de surcro t dans une r gion o notre oreille est plus sensible de sorte qu on l entend beaucoup plus que la fondamentale masqu e par le bruit de fond De plus le pic du G4 est moins grand en amplitude et plus large que celui obtenu pour la configuration ee Ceci n explique pas l origine physique de ces ph nom nes mais montre que les effets du CV peuvent se faire sentir tout pr s du seuil avant m me qu on n entende vraiment le son de la clarinette Ceci a galement un int r t p dagogique important puisque l l ve d butant peut apprendre rectifier sa configuration avant de produire le son Cependant le plus important p dagogiquement parlant dans les bruits pr son
295. s of values of the parameters C 1 9 Conclusion In the simplest model which assumes no dispersion and the reed to be a simple spring without mass and damping we found good agreement between the variable truncation method VTM and the harmonic balance method HBM close to the oscillation threshold The playing frequency was equal to the first resonance of the pipe and the Fourier components of the pressure in the mouthpiece were real By adding dispersion to the model the playing frequency was significantly lowered 1 2 especially close to the oscillation threshold small y Here the harmonics of the pressure showed large deviation from the nondispersive case the phase in particular When common values for the mass damping and stiffness of the reed were introduced but no dispersion there was only a minor change for w far from wp while for w w 5 3 there was a small lowering of the playing frequency of about 0 5 a significant one for the oscillation threshold and a phase shift of the higher harmonics of the pressure in the mouthpiece Mass and damping should thus be considered when the first resonance of the pipe is quite close to the reed resonance In our study we have encountered problems related to the physical stability of the solutions found by the HBM When the number of harmonics N is increased more solutions can be found but it seems that only the rounded square solutions are maintained when N is increased a
296. s puis entach e du buzz du fondamental lorsque la pression augmente Enfin la note B5 n a pu tre obtenue avec aucune des deux configurations et la note E6 n a t permise que par le ee mais sur une gamme de pression tr s r duite de 2 42 2 60 kPa au dessus nous obtenions le buzz Avec l embouchure clar aigu le aw ne permettait plus l mission de la note A5 qui sau tait au F 6 ainsi que toutes les autres notes du clairon qui sortaient la douzi me sup rieure mais par contre permettait bien mieux dans l ensemble d obtenir la fin du registre aigu B5 et C6 et le suraigu par exemple E6 que le ee Ainsi le E6 n a pu tre obtenu pour le ee qu en fermant moiti l index gauche au lieu de le laisser compl tement ouvert De plus les pressions d obtention sont en g n ral plus faibles que pour les registres grave et m dium Ceci confirme les instructions de Marchi 62 pour bien r ussir l mission du suraigu il faut augmenter le volume buccal en abaissant la langue et le maxillaire inf rieur de mani re faire baisser la pression de l air contenu dans la bouche A propos de la fr quence de jeu des notes tudi es sans tenir compte des multiphoniques elle monte syst matiquement lorsque la pression dans la bouche augmente mis part une l g re baisse au voisinage du seuil De plus la variation de la fr quence pour les notes A5 en configuration ee et C6 en conf
297. s raisons de cet accordage constant sinon la raison principale Annexe E Banque de donn es de mesures d imp dance du conduit vocal de clarinettistes Les mesures sont pr sent es par clarinettiste pour cinq clarinettistes professionnels r put s qui ont particip l exp rience E 1 Deborah de Graaff Deborah de Graaff est une enseignante tres reconnue du Conservatoire de Musique de Syd ney Parallelement elle se produit en concert et pr pare une these sur les strat gies de pratique instrumentale de l lite des musiciens 20log Z dB phase Z rad i tE E 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 1 Imp dance module et argument du CV pour diff rents registres du G3 au G6 163 164 ANNEXE E MESURES D IMP DANCE DU CV aw ee phase Z rad i i i i 2 i i i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic E 2 Imp dance module et argument du CV pour deux configurations ee et aw pour la note G4 bend saut de registre li embouchure serr e 150 T r r T r 3 140 120 20log Z dB phase Z rad 100 i saut de registre li 3 h embouchure serr e y EI i i i i i i 4 j i i i 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
298. sans tenir compte de la glotte et le profil des aires est repr sent a la figure 2 27 Leur imp dance a t calcul e suivant le principe explicit la partie 2 4 avec les diff rentes corrections except que les parois ont t impl ment es comme rigides c est en effet de l altu glas La premi re section a t choisie plus large par commodit nous avons choisi la section circulaire la plus petite permettant d y positionner le bec sans risque d accrochage sur les bords de l anche Ceci r duit l g rement l amplitude mais est compens par le fait que les r sonances d un conduit parois rigides sont plus fortes que celles d un conduit parois souples ce qui donne donc une imp dance du m me ordre que celle du conduit vocal r el Les imp dances 2 6 INCERTITUDE AU NIVEAU DE LA GLOTTE 45 ao tes E 30 50 30 30 e 30 30 30 65 150 200 LP NP UE LR 13 15 16 17 18 19 65 100 100 150 150 200 50 50 550 m MORE RUSSE SUR O A ot 850 100 500 600 650 630 Bs 00300200330 e 6565656565 65 100 10 20 200 330 TAB 2 5 Fonctions d aires en mm pour les voyelles aw et ee discr tis es tous les 5 mm obtenues sont pr sent es la figure 2 27 800 600 a CE E E E Zi c 400 w o a 3 z o a N 0 q 0 5 10 15 20 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 distance la glotte cm fr quence Hz Fic 2 27 Fonction d aires du conduit vocal art
299. seuil d extinction car une explication simple r side dans le fait que le i abaisse ce seuil des pressions plus raisonnables 4 7 Conclusion Cette tude exp rimentale a mis en lumi re plusieurs points Le premier est de toute vidence une inad quation entre notre mod le et l exp rience pour diff rentes raisons D une part les pr dictions de Harmbal tant sur le plan de la fr quence de jeu que sur le contenu spectral ne sont quasiment jamais v rifi es D autre part notre mod le ne pr voit pas pour une configuration de CV donn e des changements radicaux de comportement comme la soudaine impossibilit d mission de certaines notes lorsque l embouchure varie tr s l g rement Enfin dans notre mod le l influence du CV ne d pend uniquement que de son imp dance et ne permet donc pas de pr dire une radicale diff rence si les imp dances sont quasiment identiques l image de celle observ e entre les configurations large et troite la partie 4 6 3 Par ailleurs ces mesures ont mis en lumi re l importante variation du signal de pression dans la bouche d une configuration de CV une autre ainsi qu en fonction de la note jou e variation qui quant elle est enti rement corr l e l imp dance du CV Il n est en revanche toujours pas clair comment ce signal va interagir avec celui dans le barillet C est sur ce seul point que th orie et exp rience se rejoignent dans les deux cas il est
300. siment le cas en parole lorsque l on n glige l imp dance de radiation De plus l imp dance la glotte Jw Lglottis peut tre consid re comme infinie ce qui est le cas pour un formant puisque ce dernier est d fini par un maximum de la fonction de transfert Les valeurs num rique du tableau 2 4 doivent tre compar es au calcul exact des formants qui donnent 300 Hz pour le i et 710 Hz pour le La diff rence est due aux deux approximations cit es pr c demment imp dance de rayonnement n glig e et impl dance de la glotte consid r e comme infinie Seconde r sonance pour i Elle est peu pr s donn e par la fr quence du circuit parall le Late Cmouth donc 1 1 277 Lpalate Cmouth fa 2 36 La constriction palatale est tellement troite que tout se passe comme si elle d bouchait sur un tr s grand volume l arri re La r sonance est alors celle du r sonateur de Helm holtz qu elle constitue avec la bouche Cette tude nous donne ainsi des indices sur la mani re 44 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE Fr quences Simulation Imp dance lectrique a lectrique en numerique calcul complet 2 31 2 32 TAB 2 4 Valeurs num riques des diff rentes fr quences en Hz de r sonance et d anti r sonance comparaison entre la simulation compl te par it ration sur les diff rents segments d crite la partie pr c dente moyennant les deux approximations d taill
301. son riche et puissant dans le grave avec une pression de l vre et une pression d air dans la bouche plus lev e ou pour stimuler la colonne d air changer de r gime pour mettre l aigu et le suraigu o la sonorit peut toutefois s av rer tr s percante et d intonation un peu basse Le timbre d sagr able du suraigu peut tre temp r par une langue lat ralement large pour diminuer l appel d air en direction de l anche FIG H 1 Repr sentation sch matique des trois configurations de conduit vocal illustrant la circulation de l air suppos e par Pierre Andr Taillard En bleu air circulant sur la langue en direction de l anche en rouge air circulant vers le palais en direction de la mentonni re du bec En brun la portance de l anche due une in galit de vitesse de l air balayant ses deux surfaces Dans la configuration en la langue laisse passer lat ralement le jet d air par dessous contrairement aux deux autres configurations o seul le dessus de la langue est repr sent Pour le i l angle d embouchure a t modifi pour accentuer encore la diff rence de circulation Dans le cercle une vue sch matique de la glotte suppos e typique de chaque configuration L autre p le principal est repr sent par une configuration en i le i symbolise toutes les positions hautes du milieu de langue Il permet d obtenir des sons dolce bien soutenus et tr s purs Nous adoptons e
302. sonn e fournit dans la cavit ainsi constitu e basse fr quence une pression uniforme et proportionnelle au d bit acoustique d livr par le haut parleur Cependant la plage de fonctionnement est limit e aux fr quences inf rieures la premi re fr quence de r sonance de la cavit Haut parleur Microphones Fic 1 3 M thode du haut parleur cloisonn 3 Un haut parleur reli un capillaire constituant une charge acoustique de tr s grande imp dance forme une source de courant acoustique quasi parfaite Le microphone en Microphones om Capillaire Source FIG 1 4 M thode du capillaire amont du capillaire mesure une pression proportionnelle au flux acoustique la sortie du capillaire Cependant cause de la forte att nuation du capillaire le niveau de pression la sortie du haut parleur doit tre lev de sorte que les vibrations induites peuvent perturber la mesure Il est donc souhaitable de construire un montage de mani re dissocier m caniquement l instrument de la source e 4 La quatri me m thode dite deux microphones est bien connue pour la mesure d imp dance de mat riaux absorbants Comme la vitesse des particules est localement proportionnelle au gradient de pression la paire de microphones permet de d duire le d bit acoustique Elle constitue un capteur mesurant l imp dance au niveau de la section situ e au milieu des deux microphones
303. ssaire de passer maintenant une tude des spectres Nous avons s lectionn dans les figures 4 23 et 4 24 un panel repr sentatif de situations diff rentes dans le barillet En effet il ne semble pas y avoir un comportement universel d une configuration sur toutes les notes mais au contraire chaque configuration va affecter diff remment le spectre suivant la note jou e et le comportement pourra ainsi tre diff rent m me pour deux notes rapproch es Pour la note G3 obtenue vers 177 Hz l amplitude des harmoniques impairs n est que tr s peu affect e par le changement de configuration sauf pr s du seuil d extinction En revanche les harmoniques pairs du moins le second et le quatri me peuvent tre notablement augment s pour certaines pressions par la configuration ee Le cas de la note D5 525 Hz montre que le changement de configuration peut n affecter sensiblement voire de mani re tr s importante aux deux seuils que harmonique 1 en laissant les autres harmoniques quasiment inchang s La note G5 707 Hz montre quant elle que le renforcement d un harmonique peut tre spectaculaire au point d tre pr s de deux fois plus lev pour le ee que pour le aw dans le cas de l harmonique 3 sans que les autres en soient vraiment affect s Ces effets sont comparer avec ceux pour la note A5 785 Hz seulement un ton au dessus l augmentation de l harmonique 3 par la configuration e
304. stions Dans cet article ils expliquent un peu plus le choix d un seul pic de r sonance les r sultats pr c dents de Clinch montrent que la cavit buccale est grande et le larynx ferm pour les notes graves et que le contraire se produit pour les notes aigu s ce qui implique que la fr quence de r sonance du conduit vocal augmente simultan ment avec la fr quence de jeu Ils ont ainsi mis l id e que le musicien accorde la fr quence du conduit vocal la note jou e ce qui permet de se limiter une seule r sonance D autre part le fait de mod liser le conduit vocal a priori de 1 2 LA CLARINETTE 13 1400 1600 7 mor 7 2200 1000 7 1000 N SYSTEM Hz LeuUENCY OF COMBINED OSCILLATION FREQUENCY OF COMBINED SYSTEM Hz OSCILLATION T N 1 1 o 20 400 600 800 1000 1200 1400 pe 200 400 600 800 1000 1200 1400 FREQUENCY OF VOCAL TRACT RESONANCE Hz FREQUENCY OF VOCAL TRACT RESONANCE Hz FIG 1 6 Fr quence d oscillation en fonction de la fr quence de r sonance du conduit vocal pour un rapport d amplitude de 0 7 gauche et 0 5 droite Les lignes pointill es horizontales correspondent au fondamental et au troisi me harmonique de la clarinette la ligne diagonale correspond la r sonance du conduit vocal figure extraite de 54 toute consid ration g om trique et physiologique permet de s affranchir de donn es peu fiables en particulier celles q
305. sur Lawrence Dobell clarinette solo de l Orchestre Sympho TIGQMO CE DV GHEY us oi ese ces A E O dk ele aa a et de A Test de reproductibilit imp dance du conduit respiratoire pour la note G3 a quatre instants diff rents sur une dur e de 40 minutes 201 202 2 12 2 13 2 14 2 15 2 16 2 17 2 18 2 19 2 20 2 21 2 22 2 23 2 24 2 25 2 26 2 2 TABLE DES FIGURES Imp dance du conduit respiratoire de deux musiciens Deborah De Graaff en pointill et Peter Jenkin en trait plein pour la note G4 en haut et la note G6 DAS te e RA rt debida a dus dea 28 Comparaison entre l imp dance du mode de jeu normal et l imp dance du pitch bend chez le musicien Lawrence Dobell 29 Imp dance du conduit respiratoire de Margery Smith pour deux configurations de conduit vocal ee et aw pour la note CD 30 Imp dance du conduit respiratoire de Karl Murr pour deux positions haute et basse de la langue pour la note C4 oeste pes age un dan 30 Ouverture des cordes vocales d un joueur professionnel observ e par Mukai 71 31 Mod lisation du conduit respiratoire 4 48080 tan era 18 os 32 Circuit lectrique quivalent au mod le acoustique du conduit subglottal 33 Comparaison entre le mod le simple du conduit subglottal poumons assimil s un tuyau infini et le mod le labor de Harper 35 Effet des diff re
306. t et me l approprier J ai en effet d m int grer non seulement dans les diff rentes quipes avec lesquelles j ai travaill mais aussi dans la communaut d acoustique musicale ce que j ai r ussi aussi bien au travers de congr s que par communication t l phonique et lectronique Je me suis int gr e galement dans un environnement plus large rassemblant des chercheurs d horizons tr s diff rents au cours des Etats G n raux de la Recherche durant lequels j ai jou un r le actif au sein de l atelier interlocal de synth se de Paris Centre sur le th me Recherche et Soci t Cette ouverture au niveau scientifique a t compl t e par une ouverture sur le plan musical puisque j ai t amen e travailler avec diff rents clarinettistes surtout en Australie mais aussi en France et par une ouverture sur le plan culturel puisque j ai pass quatorze mois en Australie ce qui m a permis par la m me occasion de parler l anglais couramment Enfin sur un plan personnel en sus des comp tences que je pense avoir d j poss d es avant ma th se comme un bon relationnel un esprit d analyse et de synth se et un dynamisme qui me permet de mobiliser des gens je retiendrai trois comp tences que j ai particuli rement d velopp es la curiosit et l envie de comprendre l autonomie et la pers v rance C est en effet l envie de d couvrir de nouvelles choses et de comprendre certains ph nom nes qui m a cond
307. t est lent Il va suivre la langue se scinder en deux passer sur les c t s au niveau de la canine et des pr molaires descendre sous la langue remonter le long des incisives contourner la l vre longer l anche puis effectuer une volte face 180 degr s en d crivant une petite boucle de vena contracta avant de p n trer dans l instrument De l autre c t l air va longer le palais et les incisives descendre le long de la mentonni re du bec puis effectuer une volte face semblable Hirschberg et coll ont d j d montr ce principe dans une tude 49 L air va galement entrer lat ralement dans l instrument sous les c t s de l anche avec un angle d terminer et d pendant de la vitesse En augmentant la vitesse du jet ou en changeant la configuration du conduit vocal l air pourra tre oblig circuler en boucle Dans le jet d air sortant de la glotte nous avons une formation de petits tourbillons al atoires cr ant dans le temps un endroit donn une succession al atoire de modifications de pression ces modifications tant d autant plus al atoires que l on s loigne de la buse En augmentant la vitesse du jet nous changeons la r partition sur la bande de fr quence de ces petites saccades successives Que se passe t il lorsque la colonne d air se met en vibration dans le conduit vocal excit e par celle nettement plus efficace de l instrument J imagine qu une r troaction sur la forme du jet
308. t le programme contenant le d roulement du calcul instr c g re les fonctions communes tous les mod les utilis s clarinet c contient les mod les de r sonateurs tuyau simple conique et d excitateurs mod le complet ou cubique qui peuvent tre utilis s pour le calcul Il a donc t construit de mani re ce que l utilisateur n ait que ce dernier fichier modifier s il souhaite utiliser d autres mod les de r sonateurs pour le calcul de Z et ou d autres mod les non lin aires dans le calcul par quilibrage harmonique sans avoir toucher aux autres parties du programme Le r sultat final est crit dans un fichier pmt qui comprend la fois la valeur de tous les param tres y nombre d harmoniques et le vecteur fr quence de jeu harmoniques de la pression De plus le lancement du calcul n cessite la connaissance d une solution approch e qui sera utilis e comme vecteur initial de l it ration Or lorsque l on souhaite modifier les param tres des mod les Harmbal rencontre parfois des probl mes de convergence si la variation de ces param tres est importante Un autre programme hbmap permet donc de faire varier progres sivement les param tres de leur valeur initiale pour laquelle une solution est connue la valeur finale pur laquelle on cherche une solution Le r sultat de toutes les it rations successives est crit dans un fichier dat chaque ligne correspond pa
309. t plus n gligeable et perturbe le syst me de mani re difficilement pr dictible autrement que par une tude num rique L tude num rique a permis de mettre en lumi re la complexit du probl me ce qui justifie ainsi l utilisation du calcul num rique pour conna tre les effets du CV m me s il est parfois un peu frustrant de ne pouvoir tout expliquer par un raisonnement avec les mains En l occur rence un tel raisonnement en particulier bas sur l examen des courbes d imp dance comme il est souvent habituel de le faire pour la clarinette seule en consid rant la hauteur l acuit et l harmonicit des pics peut m me conduire des conclusions fausses L tude num rique r alis e sur quelques doigt s de la clarinette a mis en vidence un certain nombre de ph nom nes Veffet sur la fr quence de jeu augmente lorsque la longueur de tuyau quivalente diminue les maxima d imp dance du tuyau sont plus faibles mais les premiers harmoniques sont dans une bande de fr quence o l imp dance du CV est plus importante dans la plupart des cas la configuration ee conduit une fr quence de jeu plus haute que la configuration aw la prise en compte du CV m me d imp dance faible implique n cessairement un effet sur la fr quence de jeu en raison de sa grande influence sur les creux d imp dance de la clarinette au niveau des harmoniques pairs des effets particuliers comme un
310. t provenir de cet effet Benade 11 a r alis des mesures avec une m thode proche de celle du capillaire la source utilis e a directement une haute imp dance sans avoir besoin de rajouter un capillaire La source et le microphone sont cependant mont s dans un tube de 20 mm de diam tre sur lequel le musicien vient placer ses dents la bouche est donc beaucoup plus ouverte qu avec un bec de clarinette de sorte que l amplitude de l imp dance est certainement sous estim e Les spectres pr sentent en g n ral trois pics le premier vers 200 Hz le deuxieme entre 800 et 900 et le dernier entre 1100 et 1500 Hz du moins pour les trois voyelles pr sent es ah eh et fih L amplitude du premier pic est assez faible les deux autres sont bien plus lev es entre 10 et 30 dB au dessus Les spectres pr sentent tous une caract ristique commune il s agit de pics et creux superpos s sur une large bosse centr e vers 1000 Hz qui laisse penser une constriction cf le paragraphe suivant sur les simulations num riques Backus 8 a r alis ses mesures par la m thode du capillaire avec le dispositif qui lui a permis de faire ses mesures d imp dance de la clarinette 7 L adaptateur cylindrique dans lequel venait s encastrer le tube de r f rence sert ici de reposoir pour les levres Sa taille n est pas pr cis e mais comme le tube de r f rence a un diam tre interne de 1 6 cm son diam tre externe doit tre de
311. te ann e C est en entendant parler certains amis de cette exp rience et en lisant les r actions de quelques doctorants ayant particip la campagne 2002 que j ai eu envie de m inscire afin de r fl chir ma th se en tant qu exp rience professionnelle M me si ce travail m a pris beaucoup de temps et d nergie il s est av r tr s fructueux et enrichissant tant sur le plan professionnel que personnel I 1 Cadre g n ral et enjeux du projet 1 1 1 Objectifs du projet Les musiciens reconnaissent unanimement qu ils utilisent leur conduit vocal lorsqu ils jouent En revanche son utilisation n est pas tr s claire car tous les instrumentistes ne sont pas forc ment capables de d crire pr cis ment ce qu ils font et pourquoi D autre part les tudes scientifiques sont assez controversables certains ont montr que le conduit vocal pouvait jouer 185 186 ANNEXE I VALORISATION DES COMP TENCES sur la hauteur et le timbre de la note jou e d autres ont en revanche r fut cette th orie consid rant que la forte absorption des poumons inhibe la r flexion des ondes acoustiques dans le conduit respiratoire de sorte qu il ne peut y avoir aucun effet de ce r sonateur dans le jeu du musicien Le projet de ma th se tait donc pr cis ment de mettre fin la controverse et d apporter des l ments de r ponse et d explication aux clarinettistes Dans ce but une s rie de mesures de la pression dans la
312. tement inclus dans la pi ce centrale du dispositif dont le diam tre interne peut tre ajust par des bagues d paisseur 5 mm Ceci forme ainsi un conduit vocal d une longueur de 17 cm correspondant la longueur moyenne d un conduit vocal humain Les diam tres des disques ont t choisis par rapport aux donn es IRM de Story et Titze 90 Nous n tudierons ici que les deux configurations ee et aw d termin es et d crites au paragraphe 2 5 Les sections des disques utilis s sont donn es dans le tableau 2 5 et leurs imp dances sont repr sent es en chelle lin aire la figure 2 27 et en chelle logarithmique la figure 3 3 ou 2 27 La trach e est un cylindre de longueur 14 cm et de diam tre 18 mm et les poumons sont simul s par un bidon en plastique d un volume de 5L L ensemble est rempli de mousse tr s absorbante 4 2 4 Contr le de l embouchure L embouchure est tr s sensible au positionnement de la clarinette et du conduit vocal En effet suivant leur inclinaison la pression des l vres sur l anche va varier de mani re tr s importante car l ouverture de l anche au repos sera tr s diff rente C est pour cette raison que la clarinette est pos e sur un vernier afin de contr ler pr cis ment sa position verticale D autre part un niveau laser plac sur le haut de la bouche permet de contr ler finement l horizontalit du montage en particulier lors du changement de configur
313. ter mon sujet des non sp cialistes En revanche cette participation de trois laboratoires et en particulier de trois directeurs de th se a t tr s fructueuse par rapport la r solution des probl mes et aux baisses de motivations qui arrivent plus ou moins r guli rement en cours de th se En effet chacun en apportant son point de vue et son soutien moral a pu m aider diff rents moments et diff rents niveaux D autre part discuter avec ses coll gues et d autres amis doctorants permet aussi de se remotiver Consid rant qu un chercheur peut difficilement l heure actuelle travailler seul dans son coin et n tant de toute mani re pas une solitaire j ai galement conduit ce projet en tissant un r seau de contacts aussi bien en France qu l tranger afin de profiter des exp riences de chacun pour essayer de r soudre mes probl mes et faire avancer ma th se Ces trois ann es de th se m ont aussi appris travailler simultan ment sur plusieurs pro jets Il m a en effet fallu coordonner les diff rentes activit s que sont les exp riences les tudes 190 ANNEXE I VALORISATION DES COMP TENCES th oriques la r daction d articles de bilans r guliers et puis de la th se elle m me l enseigne ment la recherche de financements et les Etats G n raux de la Recherche dans lesquels je ne pouvais que me sentir concern e puisqu il s agit en quelque sorte de mon avenir J ai galement app
314. tier m me de chercheur Ce m tier consistant se poser des questions puis trouver les meilleurs moyens pour y r pondre au moins partiellement j ai beaucoup appris tant sur le plan de l ing nierie de projet que sur la gestion du projet En effet en ce qui concerne le montage du projet je suis dor navant capable d organiser de convaincre et de mobiliser un certain nombre de personnes pour arriver d finir et financer le projet Quant au pilotage dudit projet j ai appris g rer les d lais d finir les diff rentes t ches rassembler les connaissances ainsi que les comp tences et faire face certains cueils comme les baisses de motivation les pertes d objectifs r alistes la mauvaise gestion du temps partag Sur un plan plus scientifique et technique la dualit exp rimentation mod lisation th orique de ma th se m a permis de progresser sur deux plans Au niveau de l exp rimentation j ai gagn en rigueur et en pers v rance pour arriver des manipulations fiables et reproductibles Je suis galement devenue une bonne bricoleuse d apr s Joe Wolfe car j ai en effet r alis beaucoup de petites exp riences pr liminaires moi m me Au niveau de la mod lisation j ai appris faire la part des choses entre ce qu on veut obtenir d un mod le et la r alit 192 ANNEXE I VALORISATION DES COMP TENCES Sur un plan que je qualifierais de plus social j ai appris m int grer dans un environnemen
315. tion dans la bouche La l vre tait un ballon rempli d eau plac sur toute la surface de l anche et qui pouvait tre press ses deux extr mit s l extr mit fine pour r gler la pression exerc e par la l vre sur l anche et l extr mit oppos e la base de l anche pour r gler l amortissement exerc par cette l vre Un microphone quart de pouce tait ins r dans le bec pr s du bout de l anche Une bouche artificielle a galement t d velopp e au Mans au cours de plusieurs th ses Meynial 65 Gilbert 40 Gazengel 37 Ollivier 74 Elle permet grace un capteur diff rentiel de mesurer la diff rence de pression de part et d autre de l anche ainsi que l ouverture de l anche 18 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES gr ce un laser et une diode photo lectrique l image du dispositif de Backus L utilisation d un diaphragme en sortie du barillet permet galement de d terminer la caract ristique non lin aire Enfin la nouvelle n e RIAM Reed Instruments Artificial Mouth en 2003 en Autriche 63 int gralement automatis e gr ce des moteurs et des dispositifs lectrom caniques pilot s par ordinateur permet un contr le fin des param tres comme la pression d alimentation la position de la l vre dans deux directions et la force de contact qu elle applique sur l anche D autres dispositifs artificiels ont galement t d velopp s pour d autres inst
316. tions num riques du conduit respiratoire 2 4 1 Mod lisation du conduit vocal DAD AL SS Sms AAA SA LS Late See Lies 2 4 3 Le conduit subglottal 51 e e dl aja 2 4 4 Correction l entr e de la bouche 2 4 5 R sultats pour deux voyelles Ajustement 2 4 6 Interpr tation avec un circuit lectrique simple 2 5 Conduit vocal artificiel 4 4 ee 2 a a 2 6 Incertitude au niveau de la glotte 40 sen paies a Bat Bas Que CONCLUSION 225 ir a es Ge lo bye rs Aie Etude th orique 3 LA Introduction set LAN MR ee DE TR os a ae 3 2 Prise en compte du conduit vocal modification des quations 3 0 Influence qualitative du conduit vocal cues 4446464646 646 ho e446 su 3 4 Description du syst me th orique 3 5 Etude analytique trois harmoniques pr s du seuil 3 6 Simulations avec Harmbal 4 4 a 3 6 1 Les diff rents tuyaux ds e A es Ae er eae de e 3 6 2 Influence de la dispersion et d un mod le plus complet de l anche 3 6 3 Simulation d une clarinette r elle 3 6 4 Influence de l incertitude au niveau de la glotte St CONCIUSION A A et Bee NL retiens Etude exp rimentale l aide d une bouche artificielle AT Tntrod cti m u ise do NS as en A en SMS Aura Ud 4 2 La
317. tr Elle pense en fait concentrer le son par le nez Nous pouvons donc constater que le placement de la langue et la position du palais mou d pendent de mani re assez importante du musicien puisque des positions oppos es semblent pouvoir permettre d obtenir les m mes effets D 1 En AUSTRALIE 161 Voici quelques esquisses r alis es par les musiciens interrog s propos du placement de la langue et de la configuration buccale Seuls deux musiciens ont r alis une esquisse compl te incluant toute la cavit buccale L un est l l ve de l autre et cela se remarque ER A 3 A OS FIG D 3 Esquisses r alis es par cinq musiciens pour d crire la configuration de leur cavit buccale en situation de jeu Pour les deux musiciens du bas ils utilisent un placement de la langue diff rent suivant qu ils jouent dans le registre grave a ou aigu b A aa EE g YP NE Haw Hyoid muscle activated Hee tongue pretty high in the mouth pe WON f FIG D 4 Esquisses r alis es par Deborah De Graaff en haut et son l ve en bas Deborah n utilise que tr s rarement la configuration Haw qu elle n aime pas 162 ANNEXE D SONDAGE DE CLARINETTISTES D 2 En Europe Un tel questionnaire n a pas t r alis de mani re aussi syst matique mais j ai cependant questionn un grand nombre de professionnels francais au moment de commencer ma these et la quasi totalit des musicie
318. trois quipes a permis ainsi d allier connaissances th oriques et savoir faire exp rimental propres a chacune d entre elles Cette these a pour but d apporter de nouvelles connaissances sur le role du conduit vocal du musicien dans le jeu de la clarinette En effet bien que les musiciens soient unanimes quant son importance les quelques travaux sur ce sujet le sont beaucoup moins Ces travaux sont expos s dans une premiere partie ainsi que les connaissances sur la clarinette qui nous seront utiles en particulier le mod le dit l mentaire que nous utiliserons dans un souci de simplification Ce premier chapitre permet en particulier de mettre en vidence certaines lacunes que nous avons essay de combler durant cette these Ainsi l imp dance du conduit vocal des musiciens a t mesur e plusieurs reprises mais les diff rentes m thodes pr sentent toutes des problemes la phase n est pas forc ment connue le niveau de bruit est parfois tr s lev et la reproductibilit ainsi que le r alisme de la mesure ne sont pas pr cis s En particulier comment les musiciens durant la mesure pouvaient ils controler louverture de leurs cordes vocales C est dans le but de pallier ces probl mes que nous avons mis au point un nouveau syst me de mesure UNSW pr sent au chapitre 2 Ce dispositif permet une mesure en quasi situation de jeu le musicien ne peut pas v ritablement jouer mais peut souffler qui permet une bon
319. uence de jeu augmente 0 2 kPa pour G3 contre 0 08 pour A5 ce qui peut s expliquer par le fait que c est dans la r gion 150 400 Hz que l imp dance du aw est la plus grande Comme aucune corr lation n avait t trouv e pour les tuyaux entre le spectre dans le barillet et le spectre dans la bouche ni ne sera d ailleurs trouv e pour la clarinette comme nous le verrons au paragraphe suivant nous avons cherch une corr lation dans le domaine temporel Ainsi il nous est apparu que l amplitude des signaux dans la bouche et dans le bec variait en sens inverse lorsque la fr quence de jeu augmente pour la configuration ee celle dans la bouche augmente alors que celle dans le barillet diminue Ceci n est cependant pas le cas pour la configuration aw les deux signaux sont ainsi plus importants pour la note C4 que pour la note D5 et une autre corr lation doit tre de ce fait recherch e 4 6 ETUDE SUR UNE VRAIE CLARINETTE 107 kPa Note G3 P kPa bouche barillet temps ms temps ms kPa Note C4 P kPa P barillet bouche 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 temps ms temps ms FIG 4 20 Pressions dans le barillet et dans la bouche La pression statique P vaut de haut en bas pour la note G3 2 22 2 50 2 90 et 3 40 kPa pour la note C4 2 00 2 30 3 00 et 3 55 kPa Configurations ee en trait plein bleu et aw large en pointill s rouges 108 CHAPITRE 4 ETUDE EXP RIMENTALE
320. uence de jeu lorsque la pression dans la bouche augmente En revanche cette formule d apr s la figure 3 4 permet une estimation tout fait correcte de l volution de la fr quence Les figures 3 5 et 3 6 permettent de justifier a posteriori la m thode utilis e pour d terminer les diff rents harmoniques puisque les r sultats obtenus ne s loignent qu assez peu des r sultats de Harmbal 3 5 ETUDE ANALYTIQUE TROIS HARMONIQUES PRES DU SEUIL tuyau long ee Eq 3 26 Harmbal 0 5 Le 2 8 1f o e 1 5t _2 i i i 0 374 0 376 0 378 0 38 0 382 Y tuyau court ee 25 r Eq 3 26 at ol Harmbal agit 2 a E 1 57 q 8 o we 1 L 4 I 0 5 J 0 366 0 368 0 37 tuyau long aw 57 0 5 Hf en cents Eq 3 26 Harmbal 0 376 0 378 Y tuyau court aw 0 38 0 02f 0 04f 0 06F 0 08F Ex en cents I o a 0 12f 0 14 Eq 3 26 Harmbal 0 16 0 364 0 366 0 368 0 37 FIG 3 4 Evolution de la fr quence de jeu en fonction de la pression dans la bouche partir du seuil d oscillation comparaison entre l quation 3 26 et Harmbal 31 harmoniques tuyau long ee Ea 3 20 Harmbal 0 74 0 376 0 378 0 38 0 382 Y tuyau court ee 0 08 0 077 0 06F 0 05 a 0 04 0 03F
321. ui concernent le domaine sous glottal L inconv nient est qu aucun lien ne pourra ensuite tre fait avec un changement de g om trie D autre part ils donnent l imp dance utilis e il s agit de l imp dance d un tube cylindrique filtr basse fr quence pour ne garder que la premi re r sonance Il s agit donc d un cas assez particulier ce qui nuit la g n ralit du probl me Apr s nous tre concentr s sur le conduit vocal int ressons nous maintenant l instrument lui m me la clarinette 1 2 La clarinette Nous nous limiterons ici l tude de la clarinette sans conduit vocal c est dire en suppo sant que la pression dans la bouche est constante Une synth se compl te a t r alis e par Gazengel dans sa th se 37 de sorte que je ne rappellerai ici que les points qui nous int ressent en particulier le mod le l mentaire 1 2 1 L anche L anche est une lame de roseau ou en mat riau composite dont la g om trie est complexe et dont les propri t s m caniques sont inhomog nes et anisotropes Son mouvement est limit par la table du bec Lorsque l anche est en contact avec la totalit de la table le d bit entrant est nul Pour d terminer le d placement vertical de l anche certains auteurs mod lisent l anche 14 CHAPITRE 1 ETAT DES CONNAISSANCES ouverture ou canal anche table FIG 1 7 Le bec anche et table comme une poutre en flexion 88 8
322. uisqu une note trop basse est quasi impossible corriger sans ruiner la sonorit et les propri t s lastiques de l anche L essentiel du contr le de l intonation est g r par le conduit vocal Le jeu de l instrument est tr s proche du chant et le contr le de la nuance est tr s ais part le pianissimo qui peut tre difficile r aliser sans bruit de turbulence si l anche est l g rement asym trique Toute erreur dans le placement du conduit vocal ou dans le soutien de la pression d air s entend imm diatement par exemple en G 3 TECHNIQUES DE SON ALLEMANDE ET FRAN AISE 177 situation de stress alors que le contr le de la l vre inf rieure joue un r le plus secondaire Le fortissimo est d termin par la raideur de l anche et l instrumentiste n a aucune possibilit part la dilatation du conduit vocal pour le rendre plus puissant G 3 2 La technique fran aise L anche utilis e est assez raide par rapport la table utilis e le seuil d extinction en tech nique allemande serait pratiquement impossible humainement atteindre pour les anches utilis es par les professionnels L instrumentiste doit donc comprimer assez fortement l anche sur la table avec la l vre et positionner cette derni re nettement apr s la naissance de la table pour augmenter le bras de levier En fait la majorit du contr le de la nuance et de la so norit se fait par l interm diaire de cette pression exerc
323. uite tout au long de cette th se L autonomie a t acquise puisque j tais la seule porteuse de ce projet de recherche m me si mes directeurs de th se m ont aid aux moments cl Et enfin la th se est une tape difficile surtout la fin et seule la pers v rance permet d aller au bout Sans oublier tout de m me la passion pour cette discipline sans laquelle je n en serais pas ce stade 1 4 R sultats impact de la these Cette th se a permis au final d laborer deux dispositifs exp rimentaux qui pourront tre utilis s dans la suite en particulier la bouche artificielle qui permettra l tude de diff rents instruments vent M me si les simulations ne permettent pas de pr dire totalement ce qui se passe en r alit l tude r alis e permet quand m me de comprendre un peu mieux ce qui se passe acoustiquement dans le conduit respiratoire des clarinettistes D autre part cette exp rience professionnelle s est av r e en ce qui me concerne personnel lement tr s riche en enseignements et en d veloppement de nombreuses comp tences ce qui me stimule pour continuer dans ce domaine J ai en effet envie au moins dans un premier temps de continuer dans la recherche si possible en acoustique musicale et si possible dans le public Ceci explique mon choix d un poste d attach temporaire de recherche et d enseignement l Universit Paris 11 avec un projet sur le rayonnement acoustique de la voix po
324. ultitude de figures Nous avons tout d abord choisi une des notes qui correspondent un tuyau cylindrique de l tude 3 6 1 en Poccurrence le C4 afin de pouvoir comparer les r sultats Les volutions de la figure 3 25 sont tr s similaires a celles du tuyau moyen dans les fi 74 CHAPITRE 3 ETUDE TH ORIQUE 038 0 4 0 42 0 44 0 46 38 o4 042 044 046 048 05 dss 04 042 044 046 048 0 5 Y Y c4 0 1 0 08 ASUS 0 06 ne To ie x wf 0 04 ut 0 02 stig Osa 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 Y Fic 3 25 Module de P Pmo ainsi que de x P Pa rapport de l harmonique variant de 2 5 sur l harmonique 1 dans le barillet en fonction de la pression dans la bouche pour la note C4 suivant trois configurations de CV sans ee et aw gures 3 12 3 15 aussi bien qualitativement que quantitativement L autre note choisie est le C6 car elle correspond une situation un peu particuli re puisque le pic d imp dance de la clarinette est accord avec le pic de r sonance du CV ee L harmonique 5 n est pas repr sent la figure 3 26 car il sort du domaine 0 4000 Hz Il est assez difficile de d terminer pourquoi les harmoniques sup rieurs sont autant renforc s 3 6 SIMULATIONS AVEC Harmbal 75 PP 0 PA 036 0 38 0 4 0 42 044 0 46 0 48 0 5 Y C6 Serre a PT 0 44 0 46 0 48 0 5
325. ur Pembouchure clar grave et H 0 40 0 02 mm pour l embouchure clar aigu Py 5 55 0 1 kPa dans le cas cyl Pm 4 33 0 1 kPa dans le cas clar grave et Pm 3 85 0 1 kPa dans le cas clar aigu 3 2Se pose quand m me la question de la pertinence de cette valeur en particulier lorsque le tuyau plac dans le barillet est de diam tre un peu plus large comme c est le cas ici 1 7cm contre 1 5cm 3La raideur effective de anche Pm H semble donc d pendre fortement de la pression des l vres Il est d ailleurs important de noter le comportement pour le moins surprenant pour les deux embouchures clar qui consiste en une diminution de la pression de placage lorsque H augmente m me si l incertitude de la mesure peut en tre responsable 4 3 D TERMINATION DES PARAMETRES 87 Embouchure cyl 05 Zoom sur les points de mesure H 0 49 mm 0 45 E E E 0 4 3 5 4 3 2 1 0 l 5 1 0 5 0 A P kPa A P kPa Embouchure clar grave Zoom sur les points de mesure 0 4 r H 0 39 m 0 35 E E 0 3 2 05 4 3 2 A 0 0235 El 0 5 0 AP kPa AP kPa Zoom sur les points de mesure Embouchure clar aigu 5 pa 2 0 4 0 35 lt 0 3 0 0 25 4 3 2 1 0 1 5 1 0 5 0 A P kPa A P kPa FIG 4 5 D termination de la pression de placage pour les trois embouchures en haut celle de l tude des cylindres au milieu celle de l tude de la clarinette du
326. ur l ann e 2004 2005 Je n exclue cependant nullement la recherche priv e d autant que certaines comp tences 1 4 R SULTATS IMPACT DE LA THESE 193 acquises comme l organisation d finition plannification financement et la gestion d un projet me permettront d appr hender sans grande difficult un poste dans une entreprise R flexion et synth se effectu es avec l aide gracieuse de Philippe Bertrand consultant en marketing de l innovation ATEMA Conseil Bibliographie 10 11 12 13 14 15 16 17 A Almeida C Vergez R Causs et X Rodet Experimental research on double reed physical properties and its application to sound synthesis Dans Proc SMAC volume 1 pp 243 246 Stockholm Sweden 2003 R Anfinson A cinefluorographic investigation of supralaryngeal adjustments in selected clarinet playing techniques Th se de Doctorat State University of Iowa 1965 M Atig Non lin arit s localis es Th se de Doctorat Universit du Maine Le Mans France 2003 M Atig J P Dalmont et J Gilbert Saturation mechanism in clarinet like instruments the effect of the localised nonlinear losses A para tre dans Applied Acoustics J Backus Vibration of the reed and the air column in the clarinet J Acoust Soc Am 33 6 1961 J Backus Small vibration theory of the clarinet J Acoust Soc Am 35 3 1963 J Backus Input impedance curves for the reed woodwind instrument
327. us large Cette correction vaut dans un mod le unidimensionnel au premier ordre 0 85r 3 3 mm r 3 9 mm et nous l avons ajout e la correction de 9 mm Le mod le de tube de diam tre r et de longueur L utilis est celui que l on peut trouver dans Fletcher et Rossing 34 Z Zp RAC jtan wL v FA 1 jtanh aL tan wL v avec 3 1075 1 2 2 SA F 2 r 1 65 x 10 3 pc Zo F 4 9 Te F4 169 170 ANNEXE F COMPL MENT EXP RIMENTAL La figure F 1 donne pour chaque tube la courbe d imp dance mesur e et corrig e et la courbe d imp dance th orique 170 mesure mesure th orie th orie dj y y Y Y 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 fr quence Hz fr quence Hz Fic F 1 Comparaison entre exp rience et th orie pour deux tubes cylindriques gauche de longueur 400 3 mm et de diametre 7 9 mm a droite de longueur 306 mm et de diametre 15 mm M me si les minima sont d cal s par rapport la th orie ce qui serait d d apr s Neville Fletcher au fait que la source est tres petite en comparaison du tube ot est plac le microphone ce qui affecte l imp dance pour des flux importants soit les minima d imp dance on constate un bon accord pour les pics de r sonance qui sont ceux qui nous int ressent F 2 La bouche artificielle de VPIRCAM F 2 1 Etalonnage des capteurs Les capteurs Entran et Endevco
328. utc pmt et zout pmt sont utilis s par hbmap pour garder une trace de la progression du calcul et par d autres programmes d analyse des r sultats crits pour matlab mais qui ne sont pas pr sent s ici C 2 6 Options suppl mentaires et programmes annexes Nous ne pr sentons pas le cas o les deux imp dances sont interpol es option e car celui ci n apporte pas de nouveaut par rapport a ce qui pr cede ce dernier cas se d duit en effet tres facilement des deux pr c dents Nous avons d ja voqu les problemes de convergence que rencontre Harmbal lorsque les param tres du calcul changent prise en compte de la dispersion variation de v ou de Il est donc aussi n cessaire d int grer ces nouveaux modeles dans le programme hbmap qui permet de faire voluer progressivement les param tres vers la valeur souhait e Nous ne connaissons pas a priori les solutions du systeme avec conduit vocal Il est donc n cessaire d utiliser la solution sans conduit vocal comme vecteur initial de l it ration Pour faciliter la convergence lorsque cette solution initiale s avere trop loign e de la solution finale un petit programme crit en Perl par Matthias Demoucron vmap inspir de hbmap fait voluer l imp dance additionnelle de z ro jusqu sa vraie valeur avec un pas choisi par l utilisateur ce qui permet dans la plupart des cas d obtenir par continuation la solution d sir e Annexe D Sondage
329. uveau syst me de mesure a t mis en place l UNSW et sera pr sent en premi re partie de ce chapitre Il permet une mesure en quasi situation de jeu le musicien peut souffler mais non jouer ce qui permet au clarinettiste d adopter de mani re tr s reproductible une configuration de conduit vocal analogue celle qu il a en cours de jeu Dix sept clarinettistes australiens de niveau avanc ou professionnel ont particip l exp rience et les mesures seront analys es dans une seconde partie Enfin les r sultats obtenus seront compar s des simulations num riques tablies gr ce des mod les r cents r alis s dans le domaine de la parole qui nous seront ensuite utiles pour une analyse th orique des effets du conduit vocal au chapitre 3 ainsi que pour l analyse des r sultats de la bouche artificielle au chapitre 4 2 2 Dispositif de mesure d imp dance 2 2 1 Le spectrom tre d imp dance Le dispositif est bas sur un spectrom tre d j d velopp par Smith et Wolfe l UNSW 82 qui permet la mesure de l imp dance acoustique complexe Le principe repose sur la m thode 19 20 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE imp dance mesurer microphone daptat impr i catas FIG 2 1 Spectrom tre d imp dance de PUNSW du capillaire un att nuateur acoustique de tr s grande imp dance permet de transformer la source de pression le haut parleur en source de
330. vec un bec allemand et un baril d adaptation Notons que les diff rences entre ces deux coles se sont assez nettement accrues durant ce dernier demi si cle avec l apparition de becs fran ais de plus en plus ouverts Cette tendance commence s inverser depuis quelques ann es Le bec l gendaire 5RV n est actuellement plus tr s utilis par les clarinettistes professionnels car ils n aiment pas ou ne ma trisent pas la technique nettement plus allemande qu il demande J aimerais cependant bien insister sur le fait que les deux qualificatifs sont purement uti litaires et ne d crivent surtout pas un id al atteindre bien au contraire Une technique fran aise pure est tout aussi absurde qu une technique allemande pure comme elle prive le clarinettiste de nombreuses ressources musicales G 3 1 La technique allemande L instrumentiste prend beaucoup de bec et place ses l vres pr s de la naissance de la table L anche plac e sur la longue table typique du syst me allemand peut tre qualifi e d assez faible m me si elle est en fait tr s nettement plus raide qu une anche fran aise plac e sur le m me bec Le clarinettiste exerce une pression de l vre tr s mod r e sur l anche et utilise principalement la pression d air pour la courber et l amener osciller Le timbre est contr l en grande partie par la pression d air et par la configuration du conduit vocal Celui ci doit tre tr s dilat si on
331. vocal plut t que de celle du conduit respiratoire 1 1 2 Sa g om trie Etude physiologique en situation de jeu Des tudes physiologiques ont permis d examiner l ouverture de la gorge et la position de la langue de musiciens en situation de jeu et de les corr ler avec les param tres musicaux timbre justesse registre Anfinson 2 et Mooney 67 ont tous deux r alis des radiographies du conduit vocal de clarinettistes pour diff rents registres Leurs conclusions sont identiques plus le registre est lev plus la langue s abaisse en m me temps qu elle s avance vers les dents et plus louverture de la gorge est grande Ainsi la langue est dans une position similaire celle utilis e pour u pour des sons graves alors que c est plut t la voyelle a qui est utilis e pour les notes aigu s Ceci est en contradiction avec l enseignement de la clarinette dans lequel la voyelle a est pr conis e pour le registre grave et la voyelle i pour l aigu Mooney en conclut que cette derni re voyelle est voqu e plus pour la tension vers le haut des muscles des joues qu elle implique que la position de la langue Clinch et coll 16 ont examin par fluoroscopie aux rayons X la forme du conduit vocal de joueurs de clarinette et saxophone soprano et ont trouv que les mouvements de la langue taient semblables ceux utilis s dans la phonation des voyelles m me s il est clair que les fr quences de r sona
332. volume et on s int resse la pression l entr e du goulot qui est maximum la r sonance Ceci correspond dans l analogie lectrique classique la r sonance du circuit bouchon Vu de l entr e du conduit vocal ce sont bien ces r sonances qui nous int ressent soit en pression impos e a l entr e du goulot et on s int resse au d bit entrant dans le volume ce seront pour nous les anti r sonances qui correspondent a la r sonance d un circuit r sonant dans l analogie lectrique A tr s basse fr quence kl lt 1 soit f lt 320 Hz le conduit vocal peut tre grossi rement 40 CHAPITRE 2 LE CONDUIT VOCAL ET SON IMP DANCE repr sent par le circuit lectrique de la figure 2 23 L mouth L palate Larynx L glottis T Cmouth TC larynx C lungs T FIG 2 23 Circuit lectrique quivalent Nous ne tiendrons pas compte ici des corrections l entr e de la bouche Cette mod lisation n est vraiment bonne qu en dessous de 500 Hz et est peu pr s correcte entre 500 et 1000Hz au dessus le circuit lectrique ne peut d crire la propagation des ondes dans le CV Ainsi la figure 2 24 montre comment le circuit lectrique s loigne de la r alit plus la fr quence augmente Cependant l avantage d un tel circuit est de permettre une bonne compr hension basse fr quence de comment la g om trie du conduit vocal influence les r sonances et les anti r sonances lil ae
333. ynx en particulier pourrait agir comme une sorte de capteur pour synchroniser les vibrations de la colonne d air avec celles du jet d air provenant la glotte J en d duis que cette circulation de l air modifie l imp dance du conduit vocal ainsi que les param tres d embouchure et de pression dans la bouche par rapport la situation o l air est quasi immobile Il appartient aux physiciens d en d terminer la cause r sonateur de Helmholtz effet Doppler pompe vide portance de l anche r troactions sur la glotte et sur les jets d air Une excellente approche p dagogique de ces ph nom nes de tuyauterie consiste couter le bruit produit par la mise en place dans le conduit vocal de ces diff rents bouclages juste avant le seuil d oscillation Elle est d une efficacit redoutable pour corriger les probl mes d mission ou pour apprendre ma triser certaines difficult s L influence du conduit vocal est nettement accrue si l instrument est peu r sonant comme une clarinette historique par exemple Tous les efforts entrepris au niveau p dagogique ou musical pour v rifier cette nouvelle conception n ont permis que de la confirmer et ont m me suscit la d couverte de nouvelles techniques de son plus efficaces Deux exemples pris au hasard parmi une longue s rie une langue dress e devant la fente de l anche permet de renforcer les harmoniques aigus et de monter plus haut dans le suraigu en haussant l int

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