La Synthèse Sonore Par Modèles Physiques
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Université de Paris Sorbonne (Paris IV) U.F.R. de Musique et Musicologie Mémoire de Maîtrise Présenté par : Aline HUFSCHMITT LA SYNTHESE PAR MODELES PHYSIQUES Directeur de Recherche : Marc BATTIER Juin 2000 6 7 Aline HUFSCHMITT LA SYNTHESE PAR MODELES PHYSIQUES 8 9 Université de Paris Sorbonne (Paris IV) U.F.R. de Musique et Musicologie Mémoire de Maîtrise Présenté par : Aline HUFSCHMITT LA SYNTHESE PAR MODELES PHYSIQUES Directeur de Recherche : Marc BATTIER Juin 2000 5 AVANT-PROPOS La synthèse sonore par modèles physiques est une nouvelle technique de synthèse sonore qui fait l'objet de recherches et développements depuis maintenant une vingtaine d'années. Cependant, elle n'est apparue au grand public qu'en 1994 avec le premier synthétiseur en faisant usage : le VL1. Nous constatons donc qu'il s'agit d'une création très récente. La synthèse par modèles physiques revêt différents aspects. Quelques travaux universitaires s'attachent à l'étude d'un des aspects particuliers de cette technique mais aucun d'eux ne s'est encore attaché à une étude générale de cette synthèse. Il eut été dommage que cette technique continue à être méconnue des musiciens car elle diffère totalement des autres méthodes de synthèse et son apport pourrait être considérable. L'intérêt que je porte personnellement à la synthèse numérique du son, ainsi que la nouveauté, l'originalité et la méconnaissance de cette technique, m'ont donné le désir d'en faire un exposé clair et critique. En dehors des quelques musiciens et compositeurs privilégiés qui ont eu l'occasion d'utiliser une des formes existantes de synthèse par modèles physiques, la majorité des musiciens ignorent totalement de quoi il s'agit, et les privilégiés eux-mêmes ignorent parfois en quoi consistent les autres techniques qu'ils n'ont pas utilisées. J'ai donc pris le parti de décrire longuement et dans le détail les diverses méthodes de synthèse par modèles physiques, avant d'établir une critique générale de cette technique de synthèse, illustrées par des exemples sonores proposés sur les deux disques joints. Je remercie chaleureusement les compositeurs François Nicolas et Guillaume Loizillon qui ont accepté un entretien, ainsi que David Jaffe qui a bien voulu répondre à mes questions par courriers électroniques interposés. Je les remercie également, de même que Kaija Saariaho, de m'avoir procuré des enregistrements de leurs œuvres, parfois inédites. J'adresse aussi mes remerciements à Marc Battier qui m'a guidée tout au long de mes recherches et à mon frère Marc Hufschmitt qui m'a particulièrement soutenu dans mon travail. 6 AVERTISSEMENTS En raison de la nouveauté de cette technique, de la faible connaissance que le public a des résultats sonores qu'elle permet d'obtenir, mais également en raison du fait que les œuvres proposées en exemple ne sont pas publiées, j'ai fait le choix de proposer des œuvres intégrales en dépit la longueur que cela peut entraîner. Je signale au lecteur que j'ai omis volontairement de détailler les techniques de synthèse vocale par modèles physiques, au profit des techniques de modélisation des instruments ; parmi elles, le logiciel CHANT dont la première version date de 1978, réalisé à l'IRCAM par Bennet et Xavier Rodet, en collaboration avec l'acousticien Johan Sundberg, et le logiciel SPASM de Perry Cook, développé au CCRMA de Stanford. 7 SOMMAIRE AVANT-PROPOS ..................................................................................................................5 INTRODUCTION ...................................................................................................................9 I. PRÉSENTATION ET HISTORIQUE DES MODELES PHYSIQUES EN MUSIQUE..........11 1. Description générale ..................................................................................................... 11 2. Historique ...................................................................................................................... 15 3. Etat de l'art .................................................................................................................... 19 II. LES GRANDES TECHNIQUES DE MODÉLISATION .....................................................21 1. Les démarches scientifiques et artistiques de modélisation ....................................... 21 2. Approche classique de la synthèse par modèles physiques : Les travaux de Hiller et Ruiz ............................................................................................................................ 25 3. La synthèse modale ....................................................................................................... 31 4. La synthèse par guides d'ondes .................................................................................... 61 5. Les applications industrielles........................................................................................ 78 III. LA CRÉATION ARTISTIQUE AUTOUR DES MODÈLES PHYSIQUES .......................102 1. Modèle de signal et modèle physique ......................................................................... 102 2. La légitimité de la synthèse par modèles physiques................................................... 106 3. Objet sonore / Evénement sonore ............................................................................... 112 4. Un savoir instinctif ?................................................................................................... 114 5. Analyse des sons pour extraire des modèles de synthèse physique ........................... 116 6. Savoir imiter pour mieux corrompre…...................................................................... 118 7. Le contrôle du modèle simulé..................................................................................... 128 8. Espace, rayonnement et diffusion des sons synthétisés............................................. 136 9. Laisser l'œuvre disparaître ou provoquer son obsolescence. .................................... 141 CONCLUSION...................................................................................................................144 ANNEXE 1 : ENTRETIENS AVEC LES COMPOSITEURS................................................148 1. Entretien avec François Nicolas................................................................................. 148 2. Entretien avec Guillaume Loizillon............................................................................ 158 3. Courriers de David Jaffe............................................................................................. 166 ANNEXE 2 : EXEMPLES MUSICAUX...............................................................................172 1. Pipe and Drum de Ercolono Ferreti, 1963................................................................ 174 2. Sons réalisés avec Modalys......................................................................................... 175 3. Amers de Kaija Saariaho, 1992.................................................................................. 176 4. Dans la distance de François Nicolas, 1994 .............................................................. 177 5. Guillaume Loizillon..................................................................................................... 178 6. Sons provenants du synthétiseur VL1 de Yamaha..................................................... 179 7. Sons du synthétiseur VG8 de Roland ......................................................................... 180 8. David Jaffe................................................................................................................... 181 BIBLIOGRAPHIE COMMENTÉE.......................................................................................188 DOCUMENTS ELECTRONIQUES ....................................................................................198 DISCOGRAPHIE ...............................................................................................................204 INDEX................................................................................................................................206 8 9 INTRODUCTION La synthèse par modèles physiques est une nouvelle méthode de synthèse sonore réalisée par ordinateur. Nous nous attacherons dans ce mémoire à décrire tous les aspects de cette technique avant d'en faire la critique. Comme le fait remarquer Claude Cadoz1, le langage a tendance à produire des expressions contradictoires ou vides de sens quand il est utilisé trop vite à des fins de justification ou de rentabilité immédiates. Malheureusement, l'expression « modèles physiques » n'échappe pas à la règle. Le terme « modèle » désigne quelquefois l'ensemble des algorithmes dirigeant l'ordinateur ; d'autres fois, la modélisation d'un phénomène est confondue avec celle de ce qui l'engendre. Le mot « physique », quant à lui, n'apporte aucune information car la création d'un son par synthèse additive d'après une décomposition de Fourrier est également la modélisation d'un phénomène physique. « Est- ce en fait ce que l'on modélise qui est physique ou est-ce la manière de le modéliser ? Est- ce le modèle qui est physique ou la physique qui est modèle ?1 ». Pour préciser le sens de cette expression des plus floues, considérons une fois pour toutes que le « modèle » est le programme qui définit un objet susceptible de vibrer et que ce « modèle » est « physique » dans le sens ou il décrit physiquement l'objet, les matériaux qui le composent (bois de telle densité, de telle élasticité…) et les lois qui régissent le monde dans lequel