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Stage en Synthèse sonore d’instruments à vent par méthodes “data-driven” : application à la trompette
Vos Missions :
La simulation sonore par modèle physique repose, comme son nom l’indique, sur une représentation des phénomènes physiques en jeu dans le fonctionnement d’un instrument de musique. Cette approche constitue un outil pertinent pour simuler la variété des comportements de l’instrument (applications en synthèse sonore), et également une technologie très utile pour les fabricants d’instruments, afin de mieux comprendre l’influence de certains choix de facture sur la réponse du système (timbre, niveaux de pression de souffle, temps d’attaque, etc.) En effet, à l’aide des tels outils, les luthiers et ingénieurs de Yamaha peuvent étudier numériquement les conséquences de choix de conception, sans passer par la fabrication de prototypes physiques. Cette aide numérique est donc particulièrement appropriée pour évaluer un grand nombre de choix techniques (la géométrie interne de la perce pour les instruments à vent par exemple).
Par ailleurs, un des verrous dans le développement de tels modèles repose sur la représentation du musicien, en d’autres termes des lèvres pour un instrument de la famille des cuivres comme la trompette. En effet, les lèvres constituent un système biomécanique complexe, et sont actuellement modélisées par un simple oscillateur linéaire ou parfois non linéaire.
Même si ces modèles offrent des performances satisfaisantes, leurs paramètres (fréquences de résonance, amortissement, masse vibrante) restent difficiles à estimer précisément. De plus, les mesures de ces paramètres sont très difficiles (voire impossibles) à réaliser sur des musiciens dans des conditions peu invasives.
Pour tenter de surmonter ce problème, des systèmes expérimentaux tels que des « musiciens artificiels » ou « bouches artificielles » ont été développés au LMA et dans les laboratoires de Yamaha afin de jouer des instruments dans des conditions contrôlées, et de mesurer un certain nombre de grandeurs physiques (pressions, déplacement des lèvres, etc.) pendant le jeu.
L’objectif de ce projet est d’étudier les performances de techniques d’identification de systèmes basées sur les données (« data-driven »), pour identifier des modèles de lèvres et les paramètres associés à l’aide de données expérimentales collectées sur une bouche artificielle développée au LMA. Cette approche repose sur la combinaison de techniques favorisant la parcimonie et de méthodes d’apprentissage machine, afin d’identifier les équations physiques qui gouvernent la dynamique du système à partir de mesures.
Le travail s’organisera en trois étapes :
Ce stage s’inscrit dans le cadre de la chaire industrielle NAMI (Numerically Aided Musical Instrument Design) établie entre Yamaha Corporation of Japan, le LMA et l’Ecole Centrale Méditerranée.
La simulation sonore par modèle physique repose, comme son nom l’indique, sur une représentation des phénomènes physiques en jeu dans le fonctionnement d’un instrument de musique. Cette approche constitue un outil pertinent pour simuler la variété des comportements de l’instrument (applications en synthèse sonore), et également une technologie très utile pour les fabricants d’instruments, afin de mieux comprendre l’influence de certains choix de facture sur la réponse du système (timbre, niveaux de pression de souffle, temps d’attaque, etc.) En effet, à l’aide des tels outils, les luthiers et ingénieurs de Yamaha peuvent étudier numériquement les conséquences de choix de conception, sans passer par la fabrication de prototypes physiques. Cette aide numérique est donc particulièrement appropriée pour évaluer un grand nombre de choix techniques (la géométrie interne de la perce pour les instruments à vent par exemple).
Par ailleurs, un des verrous dans le développement de tels modèles repose sur la représentation du musicien, en d’autres termes des lèvres pour un instrument de la famille des cuivres comme la trompette. En effet, les lèvres constituent un système biomécanique complexe, et sont actuellement modélisées par un simple oscillateur linéaire ou parfois non linéaire.
Même si ces modèles offrent des performances satisfaisantes, leurs paramètres (fréquences de résonance, amortissement, masse vibrante) restent difficiles à estimer précisément. De plus, les mesures de ces paramètres sont très difficiles (voire impossibles) à réaliser sur des musiciens dans des conditions peu invasives.
Pour tenter de surmonter ce problème, des systèmes expérimentaux tels que des « musiciens artificiels » ou « bouches artificielles » ont été développés au LMA et dans les laboratoires de Yamaha afin de jouer des instruments dans des conditions contrôlées, et de mesurer un certain nombre de grandeurs physiques (pressions, déplacement des lèvres, etc.) pendant le jeu.
L’objectif de ce projet est d’étudier les performances de techniques d’identification de systèmes basées sur les données (« data-driven »), pour identifier des modèles de lèvres et les paramètres associés à l’aide de données expérimentales collectées sur une bouche artificielle développée au LMA. Cette approche repose sur la combinaison de techniques favorisant la parcimonie et de méthodes d’apprentissage machine, afin d’identifier les équations physiques qui gouvernent la dynamique du système à partir de mesures.
Le travail s’organisera en trois étapes :
1- Explorer différents algorithmes de régression et d’apprentissage pour l’identification de systèmes non linéaires en utilisant des données générées numériquement (oscillateurs non linéaires, modèles simplifiés d’instruments à vent).
2- Appliquer ces méthodes à des données expérimentales collectées sur la bouche artificielle développée au LMA.
3- Valider le système identifié au moyen de simulations numériques et de comparaisons avec les sons obtenus expérimentalement.
Ce stage s’inscrit dans le cadre de la chaire industrielle NAMI (Numerically Aided Musical Instrument Design) établie entre Yamaha Corporation of Japan, le LMA et l’Ecole Centrale Méditerranée.
Votre Profil :
Etudiant(e) de Master 2 ou en dernière année école d’ingénieur, éventuellement doctorant(e) en césure
Etudiant(e) de Master 2 ou en dernière année école d’ingénieur, éventuellement doctorant(e) en césure
Informations supplémentaires :
Supervision :
Vincent Fréour (Yamaha R&D division / LMA (UMR CNRS 7031))
Christophe Vergez (Directeur de recherche CNRS, LMA (UMR CNRS 7031))
Bruno Cochelin (Professeur, Ecole Centrale Méditerranée, LMA (UMR CNRS 7031))
Lieu :
Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique, LMA
4, impasse Nikola Tesla, 13013 Marseille, France
Des réunions avec les équipes de Yamaha Corporation (Japon) seront organisées pendant le stage.
Durée :
Maximum 6 mois
Rémunération :
environ 600€/ mois
Langues :
français, occasionnellement anglais
Contact :
Vincent Fréour : vincent.freour@music.yamaha.com
Supervision :
Vincent Fréour (Yamaha R&D division / LMA (UMR CNRS 7031))
Christophe Vergez (Directeur de recherche CNRS, LMA (UMR CNRS 7031))
Bruno Cochelin (Professeur, Ecole Centrale Méditerranée, LMA (UMR CNRS 7031))
Lieu :
Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique, LMA
4, impasse Nikola Tesla, 13013 Marseille, France
Des réunions avec les équipes de Yamaha Corporation (Japon) seront organisées pendant le stage.
Durée :
Maximum 6 mois
Rémunération :
environ 600€/ mois
Langues :
français, occasionnellement anglais
Contact :
Vincent Fréour : vincent.freour@music.yamaha.com
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Your contact person:
Aurelie Garnier