NAISSANCE D’UNE MÉTHODOLOGIE

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1 NAISSANCE D’UNE MÉTHODOLOGIE
Birthday of a methodology in Musical Acoustics EN ACOUSTIQUE MUSICALE construire des voies de passages entre le monde perceptif et le monde physique ? Building a path between the perceived world to the physical world Charles Besnainou, Laboratoire d’Acoustique Musicale, upmc, paris6 Partie d'une science qui étudie les méthodes auxquelles elle a recours (méthodologie) Branche de la logique étudiant les méthodes des différentes sciences (méthodologie) Démarche rationnelle destinée à découvrir et à démontrer la vérité (méthode)

2 l’AMBITION DE L’ACOUSTIQUE MUSICALE Musical acoustics ambition
comprendre « la qualité » sonore des instruments de musique Understanding the sound « qualities » of musical instruments Y-a-t-il un secret de Stradivarius ? Is there a Stradivari « secret » ?

3 LA MÉTHODE SCIENTIFIQUE
Observer, observing Catégoriser, categorizing Mesurer... measuring les phénomènes dans leurs contextes Phenomenons in their context pour construire des modèles intelligibles qui mettent en rapport des simulations avec les phénomènes Build model which gathers SIMULATIONS with PHENOMENONS

4 AVEC UN LUTHIER D’EXCEPTION : With an expectional guitar maker
UNE RENCONTRE UNIQUE A unique meeting AVEC UN LUTHIER D’EXCEPTION : With an expectional guitar maker Daniel FRIEDERICH un atelier-laboratoire, a laboratory-workshop des mesures simples mais efficaces,very efficient measurements un cahier synthétisant le ressenti de toutes ses guitares A unique detail notebook on « his » guitars perception une banque d’éprouvettes de bois A wood samples bank véritable pierre de Rosette de la médiation entre le monde perceptif et le monde physique. A « Rossette Stone » between perceived world and physic world

5 LE TRAVAIL FONDATEUR DE DOMINIQUE DOUAU
( ) A the origin the founder work of Dominique DOUAU 1) une étude préparatoire à l’architecture des barrages de le guitare (DEA), architecture of the guitar brassing 2) une étude qui se concentre sur la relation entre propriétés mécaniques et acoustiques des bois de lutherie, et, la qualité sonore des guitares de Daniel Friederich, relation between acoustical & mechanical properties of woods used by D. Friederich in its one instruments

6 ETUDE EXPÉRIMENTALE DE L’INFLUENCE
1 ETUDE EXPÉRIMENTALE DE L’INFLUENCE Experimental study on guitare brassing DES BARRAGES D’UNE GUITARE and its influence on sonority SUR LA SONORITÉ d’un instrument de D. Friederich (sur une idée de Michèle Castellengo) Jean-Christophe Radier, thésard 1984

7 la construction du son d’une guitare achieving the sound of a guitar vs brassing l’expérience de Dominique Douau et Daniel Friederich d’octobre 1982 à février 1984, LAM à la guitare J.C. Radier

8 l’ORIGINALITÉ DU TRAVAIL DE D. DOUAU
2 l’ORIGINALITÉ DU TRAVAIL DE D. DOUAU mettre en relation le corpus des mesures physiques faites sur les Link a physical measurement corpus éprouvettes de bois des tables de guitares (de D. F) avec le corpus des ressentis perceptifs tel que le luthier with a percept corpus as D. Friederich talk of them Daniel Friederich les verbalise mesures : des modules de Young longitudinaux et radiaux de la masse volumique des amortissements de la densité du bois d’hiver et de printemps de la taille des cellules du bois etc.

9 verbalisations : de Daniel Friederich au cours de l’audition de 9 guitares différentes jouées par Rafaél Andia

10 suite du cahier de laboratoire de D. Douau

11 l’ANALYSE FACTORIELLE DES DONNÉES PHYSIQUES (des 25 éprouvettes) PERMET D’ORGANISER LES BOIS SELON PLUSIEURS AXES Multidimentionnal scaling analysis allow to organize wood samples on different axis séparation nette entre les épicéa et les western red cedar, ce qui correspond bien à deux typologies sonores bien connues des luthiers clear split between « spruce » and « western red cedar » b) les éprouvettes dont les données physiques sont proches catégorisent des guitares aux propriétés sonores proches wood sample which physical data are close categorize guitar with close sound Mais l’analyse factorielle des données ne dit RIEN sur ce que représentent les deux axes du point de vu perceptif ! BUT MULTIDIMENTIONNAL ANALYSIS SAY NOTHING ON WHAT REPRESENT AXIS FROM THE PERCEPTIVE POINT OF VIEW !

12 Il faut donc choisir « arbitrairement » ce que représente les
deux axes WE MUST THEN CHOOSE arbitrarly WHAT ARE THIS AXIS en effectuant une réduction drastique des données verbales BY REDUCING DRASTICLY VERBAL DATA Nous avons choisi de projeter , WE HAVE CHOOSEN THE FIRST AXIS ON THE LOUDNESS (strong/weak) and THE SECOND AXIS ON THE TIMBRE (bright/dull)

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14 faible doux brillant fort

15 POUR VÉRIFIER LA PERTINENCE DE CE MODÈLE :
To verify the relevance of our model Il faut alors tracer le chemin réciproque, du percept au matériau, qui, se fixant pour cible un point clair-fort dans le plan perceptif, soit obtenu avec une guitare dont le matériau de la table d’harmonie ne soit pas du bois mais un matériau artificiel présentant les paramètres physiques ad hoc. We need to draw the reciprocal path from perception to material, ie. Fix a target bright/strong and built a guitar with an artificial material which matches the mechanical data of a reference wood C’est aussi la manière de vérifier la pertinence de nos choix sur le « sens » des axes. It is a manner to test the relevance of our choise Cela signifie que le luthier est capable, toutes choses égales par ailleurs, de reproduire un résultat sonore à partir de matériaux Identiques. That means luthiers are able to reproduce, more or less, same sound with same woods

16 RÉALISATION DU PREMIER LUTH EN FIBRES DE CARBONE
Our first carbon fibers lute Bernard Ponsot (laboratoire ARMINES de l’école des Ponts&Chausées) conçoit et réalise la premier composite hybride bois-carbone -reproduction des modules de Young longitudinal et radial -la technique ne permettant pas de reproduire la masse volumique, c’est la masse équivalente de la table d’harmonie qui est atteinte -la signature d’amortissement n’est pas prise en compte Charles Besnainou (LAM) construit deux luths, l’un en bois, l’autre avec ce matériau composite -le résultat est suffisament éloquent pour que Daniel Friederich décide de construire sa propre guitare en fibre de carbone. Daniel Friederich accepted to built a guitar with this composite material le CNRS dépose un brevet, le LAM reçoit le soutien de l’ANVAR

17 PREMIERS SUCCÈS, FIRST SUCCES
1) les mesures simples et efficaces que D. Friederich effectue sur le composite sont conforme au bois de référence Simple measurement shows that composite is close to reference 2) le résultat sonore est conforme à la cible attendue clair-fort Sound is as expected bright/strong 3) les musiciens confirment cette appréciation Musicians confirm MAIS PREMIÈRE DOUCHE FROIDE BUT FIRST COLD SHOWER LES MUSICIENS ESTIMENT QUE BIEN QUE LE SON SOIT clair-fort, homogène, facile d’émission Even though musicians feel the instrument bright/strong, homgeneous, easy playable L’INSTRUMENT EST ENNUYEUX ! The instrument is BORRING !

18 COMMENT INTERPRÉTER CE JUGEMENT ?
How can we understand this jugdment ? est-ce un déficit sur la connaissance des paramètres physiques des bois ? is-it a lack on the mechanical parameter of wood ? est-ce un déficit du savoir-faire du luthier ? is-it a lack in the luthier know-how ? 3) que recouvre la caractérisation : ENNUYEUX ? what means BORRING ?

19 LA QUÊTE VERS LE GRAAL DE LA QUALITÉ SONORE
mieux adapter les paramètres physiques de la masse volumique et de la signature d’amortissement en fonction de la fréquence du matériaux composite après quantité d’essais et d’erreurs, une nouvelle formulation d’un composite utilisant une âme en mousse de polyméthacrylimide est obtenue qui est très proche de notre bois de référence même si les qualités sonores des instruments s’est améliorée, un panel de luths, guitares, harpes, violons, altos, violoncelles, contrebasses et clavecin, les musiciens maintiennent le jugement : ENNUYEUX !

20 le son est toujours le même ! A :The sound is always the same !
QUE VEUT DIRE ENNUYEUX ? Q :What means borring ? le son est toujours le même ! A :The sound is always the same ! même lorsque les conditions d’attaques changent ? Q :Even the attacks are different ? oui A :yes pourtant le spectre change, donc le son ? Q :but the spectrum change with different attacks ? oui, mais cela n’est pas fondamental. ce qui est important c’est la vie du son, c’est-à-dire comment il évolue au cours du temps A :yes, but it is not fondamental, what is important is the life of sound, its evolution during time.

21 HISTOIRE D’UN ACHARNEMENT (1988-2000)
plus de 50 prototypes d’instruments variés ont étaient construits pour tester des variations de modules de Young, des inhomogénéité de densité, des architectures et des barrages différents... More than 50 composite prototypes between … and the same word BORRING, BORRING, BORRING MÊMES COMMENTAIRES ! PUIS... LE HASARD (?) la guitare électrique au secours du son acoustique The electric guitar microphone save acoustic sound mémoire de master de Emmanuel Serié et Christophe Combet Etude des micros de guitare électrique

22 LE « GRAIN » DU MICRO DE GUITARE ELECTRIQUE C’EST SA NON-LINÉARITÉ !
le champ magnétique inhomogène dans lequel la corde vibre induit un enrichissement du spectre qui varie avec l’amplitude de vibration

23 déplacement de la corde signal électrique
String displacement signal électrique Electric signal Entrée piano forte Sortie piano forte distorsion de forme microphone linéaire : piano non-linéaire : forte A linear device bring no distorsion, whereas a non linear device brings harmonic enrichment Dans la nuance piano le spectre de sortie est le même qu’en entrée fO f0 2f0 3f0 4f0 Tandis que pour la nuance forte, le spectre de sortie est enrichi, à cause de la non-linéarité, de composantes multiples de f0

24 Extinctions… évolution spectrale au cours du temps
Luth en composite Luth en bois Extinctions… évolution spectrale au cours du temps Bien que le luth en composite présente une durée d’extinction plus grande que celle du luth en bois, il est perçu comme ayant un moindre « sustain » ! Even though the composite lute has a time decay Longer than the wooden one, it is perceived as a less « sustain » !

25 OF COURSE ! IT IS MERELY SIMPLE !
MAIS BIEN SUR ! C’EST SIMPLE, IL FALLAIT Y PENSER OF COURSE ! IT IS MERELY SIMPLE ! dans un système Masse-Ressort-Amortisseur les éléments non-linéaires peuvent être la raideur et/ou l’amortissement In a Mass-Spring-Damper the only elements which could be non-linear are the damper or the stiffness. donc, deux luths sont construits avec l’un une formulation composite de troisième génération intégrant une couche viscoélastique et l’autre qui utilise le composite de seconde génération avec une architecture de barrages à raideur non-linéaire (barres courbes et sygmoïdes) Consequencely, we introduced a VISCOELACTIC layer in our composite, as a NL-damper, OR a brassing architecture with NL-stiffness (curved or sygmoïdal brasses)… LE COMMENTAIRE DES MUSICIENS cela commence à devenir plus intéressant Then musicians said : « it becames better… » And we said : (ouf!)

26 Typologie des barrages
Modifier la répartition des modes en fréquence - en énergie Mais aussi

27 la boucle d’optimisation
une méthodologie générale pour à l’intersection entre le monde perceptif et le monde physique The optimisation loop A general method to trait Problems at the intersection Between perceived word And Physical world