NAISSANCE D’UNE MÉTHODOLOGIE Birthday of a methodology in

Musical AcousticsEN 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

l’AMBITION DE L’ACOUSTIQUE MUSICALEMusical 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 » ?

LA MÉTHODE SCIENTIFIQUE

Observer, observingCatégoriser, categorizing

Mesurer... measuring

les phénomènes dans leurs contextesPhenomenons in their context

pour construire des modèles intelligiblesqui mettent en rapport des simulations avec

les phénomènesBuild model which gathers SIMULATIONS with

PHENOMENONS

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 boisA 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

LE TRAVAIL FONDATEUR DE DOMINIQUE DOUAU(1982-1987)

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. Friederichin its one instruments

1ETUDE EXPÉRIMENTALE DE L’INFLUENCE

Experimental study on guitare brassingDES BARRAGES D’UNE GUITARE and its influence on sonority

SUR LA SONORITÉ d’un instrument de D. Friederich

Jean-Christophe Radier, thésard 1984

(sur une idée de Michèle Castellengo)

la construction du son d’une guitareachieving the sound of a guitar vs

brassingl’expérience de Dominique Douau et

Daniel Friederichd’octobre 1982 à février 1984, LAM

à la guitareJ.C. Radier

2l’ORIGINALITÉ DU TRAVAIL DE D. DOUAU

mettre en relation le corpus des mesures physiques faites sur lesLink 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 themDaniel Friederich les verbalise

mesures :des modules de Young longitudinaux et radiaux

de la masse volumiquedes amortissements

de la densité du bois d’hiver et de printempsde la taille des cellules du bois

etc.

verbalisations : deDaniel Friederich

au cours de l’auditionde 9 guitares différentesjouées par Rafaél Andia

suite du cahier de laboratoire de D. Douau

l’ANALYSE FACTORIELLE DES DONNÉES PHYSIQUES (des 25 éprouvettes) PERMET D’ORGANISER LES BOIS SELON

PLUSIEURS AXESMultidimentionnal scaling analysis allow to organize

wood samples on different axis

a) séparation nette entre les épicéa et les western red cedar, ce qui correspond bien à deux typologies sonores bien connues des luthiersclear split between « spruce » and « western red cedar »

b) les éprouvettes dont les données physiques sont proches catégorisent des guitares aux propriétés sonores procheswood 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 !

Il faut donc choisir « arbitrairement » ce que représente lesdeux 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)andTHE SECOND AXIS ON THE TIMBRE (bright/dull)

brillant doux

faible

fort

POUR VÉRIFIER LA PERTINENCE DE CE MODÈLE :To verify the relevance of our modelIl 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’harmoniene 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 matériauxIdentiques. That means luthiers are able to reproduce, more or less,same sound with same woods

RÉALISATION DU PREMIER LUTH EN FIBRES DE CARBONEOur 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

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/strong3) les musiciens confirment cette appréciation

Musicians confirm

MAIS PREMIÈRE DOUCHE FROIDEBUT FIRST COLD SHOWER

LES MUSICIENS ESTIMENT QUE BIEN QUE LE SON SOITclair-fort, homogène, facile d’émissionEven though musicians feel the instrument bright/strong, homgeneous, easy playable

L’INSTRUMENT EST ENNUYEUX !The instrument is BORRING !

COMMENT INTERPRÉTER CE JUGEMENT ? How can we understand this

jugdment ?

1) est-ce un déficit sur la connaissance des paramètres physiques des bois ?is-it a lack on the mechanical parameter of wood ?

2) 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 ?

LA QUÊTE VERS LE GRAAL DE LA QUALITÉ SONORE

mieux adapter les paramètres physiques de la masse volumiqueet de la signature d’amortissement en fonction de la fréquence

du matériaux composite

après quantité d’essais et d’erreurs, une nouvelle formulationd’un composite utilisant une âme en mousse de

polyméthacrylimide est obtenue qui est très proche de notrebois 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 !

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 :yespourtant 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 tempsA :yes, but it is not fondamental, what is

important is the lifeof sound, its evolution during time.

HISTOIRE D’UN ACHARNEMENT (1988-2000)

plus de 50 prototypes d’instruments variés ont étaient construitspour tester des variations de modules de Young, des inhomogénéité de densité, des architectures et des barrages différents... More than 50 composite prototypes between 1998-2000… 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

LE « GRAIN » DU MICRO DE GUITARE ELECTRIQUEC’EST SA NON-LINÉARITÉ !

le champ magnétique inhomogène dans lequel la corde vibre induitun enrichissement du spectre qui varie avec l’amplitude de vibration

Entréepianoforte

Sortiepianoforte

déplacement de la cordeString displacement

signal électriqueElectric signal

microphonelinéaire : piano

non-linéaire : forte

microphonelinéaire : piano

non-linéaire : forte

fO f0 2f03f0 4f0

Dans la nuance piano le spectre de sortie est le même qu’en entrée

Tandis que pour la nuance forte, lespectre de sortie est enrichi, à causede la non-linéarité, de composantes

multiples de f0

distorsion de formedistorsion de forme

A linear device bringno distorsion, whereas

a non linear device bringsharmonic enrichment

Extinctions… évolution spectrale au cours du temps

Luth en boisLuth en composite

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 » !

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 MUSICIENScela commence à devenir plus intéressant

Then musicians said : « it becames better… »And we said : (ouf!)

Typologie des barrages

Modifierla répartition des modes

- en fréquence

- en énergie

Mais aussi

THE TOP / DOWN — BOTTOM / UP O PTI MI SATI ON LOOP

WOODENINSTRUMENT

COGNITIVESDESCRIPTORS

n1

Physical Descriptorsn1

SOUND : TWO AXIS(weak/loud)(dull/bright)

4 mechanicalparameters

COMPOSITEINSTRUMENT 1

COGNITIVESDESCRIPTORS

n2

Physical Descriptorsn2

NEW SOUND AXIS(boring / living)

4 parametres

+ visco

COMPOSITEINSTRUMENT 2

COGNITIVESDESCRIPTORS

n3

Musicians bestagreement with wooden

instrument

musicians arenot satisfy !

new axis ?new descriptors ?third generationcomposite later ?

la boucle d’optimisation

une méthodologiegénérale pour àl’intersection entrele monde perceptifetle monde physique

The optimisation loop

A general method to traitProblems at the intersectionBetween perceived wordAndPhysical world