Viscothermal models for wind musical instruments

This work focuses on thermal and viscous effects on linear wave propagation inside a pipe. It aims at understanding the ground on which are built many dissipative propagating wave models found in the musical acoustics literature, in order to quantify, as much as possible, the underlying assumptions and model errors which are performed. The Navier-Stokes (NS) equations, which are nonlinear and expressed in the 3 dimensions of space, are the starting point of all models. Thermoviscous (or viscothermal) equations are derived from NS equations mainly after linearization and assumptions on the gas state equation. Analytical or numerical solutions to these equations can be proposed, after modifying more of less the original system. These derived models are summed-up in a global sketch of the underlying hypotheses. What is observed is that the thermal and viscous effects are mainly confined near the boundaries of the pipe, in regions called "boundary layers", whose lengths depend on the physical coefficients and the harmonic regime. These thermal and viscous effects can therefore be neglected far from the boundaries (where a standard 3D Helmholtz wave equation holds). These procedures can lead to 3D models, describing the propagation of the pressure field in all the domain or only a part of it, or 1D models, describing the propagation of the mean pressure across a pipe section. Some other 1D models are obtained from derived 3D models, and describe the propagation of the pressure near the boundary layer. The time dependancy of these derived models can be very intricate because the model derivation is done in the harmonic regime, and nonlocal operators can arise. An additional modelling step can lead to local time-domain 1D models. An assessment of some of these 3D and 1D models is proposed, aiming at a quantitative estimation of the model errors with respect to their domains of validity, and at a comparison between some models for simple geometries.Ce travail porte sur les effets visqueux et thermiques se manifestant lors de la propagation d'ondes linéaires dans un tuyau. Il vise à comprendre le fondement sur lequel s'appuient de nombreux modèles d'ondes dissipatives courants en acoustique musicale, afin de quantifier autant que possible, les hypothèses sous jacentes et les erreurs de modèle effectuées. Les équations de Navier-Stokes (NS), qui sont non linéaires et formulées dans les trois dimensions de l'espace, forment le point de départ de tous les modèles. Les équations thermovisqueuses (ou viscothermiques) sont dérivées des équations de NS essentiellement après une étape de linéarisation et certaines hypothèses sur l'équation d'état du gaz. Des solutions analytiques ou numériques peuvent être proposées, après des modifications plus ou moins profondes du système original. Ces modèles dérivés sont résumés dans un schéma global précisant les hypothèses effectuées. Ce que l'on peut observer est que les effets thermiques et visqueux sont essentiellement confinés à proximité des bords du tuyau, dans une région abritant les "couches limites", dont la taille caractéristique dépend des coefficients physiques et du régime harmonique. Ces effets thermiques et visqueux peuvent donc être négligés loin des bords (où une équation de Helmholtz 3D standard est valide). Ces procédures peuvent mener à l'établissement de modèles 3D qui décrivent la propagation du champ de pression dans tout le domaine ou seulement une sous partie, ou de modèles 1D qui décrivent la propagation de la pression moyenne sur une section du tuyau. D'autres modèles 1D peuvent découler des modèles 3D, et décrivent la propagation de la pression au voisinage des couches limites. La dépendance en temps de ces modèles dérivés est parfois très délicate car leur dérivation est faite dans le régime harmonique, faisant apparaitre des opérateurs non locaux. Une étape supplémentaire de modélisation peut aboutir à des modèles 1D locaux en temps. Ce travail propose une évaluation de certains de ces modèles (3D et 1D), à travers une estimation quantitative des erreurs de modèles en lien avec leurs domaines de validité, ainsi qu'une comparaison entre les modèles pour des géométries simples

Proceedings of the 6th International Workshop on Folk Music Analysis, 15-17 June, 2016

The Folk Music Analysis Workshop brings together computational music analysis and ethnomusicology. Both symbolic and audio representations of music are considered, with a broad range of scientific approaches being applied (signal processing, graph theory, deep learning). The workshop features a range of interesting talks from international researchers in areas such as Indian classical music, Iranian singing, Ottoman-Turkish Makam music scores, Flamenco singing, Irish traditional music, Georgian traditional music and Dutch folk songs. Invited guest speakers were Anja Volk, Utrecht University and Peter Browne, Technological University Dublin

Wooden Musical Instruments - Different Forms of Knowledge: Book of End of WoodMusICK COST Action FP1302

International audienceMusical instrument are fundamental tools of human expression that reveal and reflect historical, technological, social and cultural aspects of times and people. These three-dimensional, polyma-teric objects-at times considered artworks, other times technical objects-are the most powerful way to communicate emotions and to connect people and communities with the surrounding world. The participants in WoodMusICK (WOODen MUSical Instrument Conservation and Knowledge) COST Action FP1302 have aimed to combine forces and to foster research on wooden musical instruments in order to preserve, develop and disseminate knowledge on musical instruments in Europe through inter-and transdisciplinary research. This four-year program, supported by COST (European Cooperation in Science and Technology), has involved a multidisciplinary and multinational research group composed of curators, conservators/restorers, wood, material and mechanical scientists, chemists, acousticians, organologists and instrument makers. The goal of the COST Action was to improve the knowledge and preservation of wooden musical instruments heritage by increasing the interaction and synergy between different disciplines

Trois perspectives sur le timbre de la flûte traversière : instrumentale, perceptive et computationnelle

Fichiers sonores complémentairesLe but de cette thèse est de décrire le timbre de la flûte traversière de manière précise et détaillée à partir d’approches qui se regroupent en trois axes principaux : l’expertise instrumentale, la perception, et l’informatique musicale. Des disciplines telles que l’organologie, la pédagogie instrumentale, l’analyse musicale perceptive, l’acoustique, la psychoacoustique, les sciences de l’information et la composition musicale seront mises à contribution afin de cerner ce qui caractérise le timbre de la flûte. Plusieurs aspects relatifs au point de vue instrumental seront investigués. D’abord, il sera question de l’histoire du développement organologique de la flûte et des considérations pratiques et esthétiques qui ont contribué à faire évoluer l’instrument jusqu’à sa forme actuelle. On fera un survol de la pédagogie instrumentale associée à la flûte, puis on abordera la notion de technique de jeu étendue. Un inventaire des différentes techniques de jeu sera ensuite proposé à travers une revue des principaux traités, puis ces techniques seront classifiées selon différents systèmes. Ensuite, l’utilisation d’outils d’analyse musicale perceptive conçus pour les musiques élec- troacoustiques sera explorée pour son potentiel quant à la description du timbre instrumental. Les approches typomorphologique et spectromorphologique, respectivement proposées par Pierre Schaeffer et Denis Smalley, seront investiguées. À travers deux approches distinctes de l’écoute musicale et de la description d’événements sonores, on verra dans quelle mesure les outils pro- posés peuvent s’inscrire dans cette démarche de caractérisation du timbre. Puis, après avoir fait la distinction entre les manières d’appréhender le timbre propres aux sciences de l’information et aux sciences cognitives, une revue de littérature relative aux expériences sur la perception du timbre en psychoacoustique sera présentée. Enfin, on fera un tour d’horizon des librairies informatiques d’analyse du timbre, qui sera suivi de la définition des principaux descripteurs acoustiques du timbre qui seront utilisés dans cette thèse. Les trois derniers chapitres porteront sur des analyses acoustiques effectuées sur des échantillons de sons de flûte représentatifs de la plupart des modes de jeu et des nuances de timbre de l’instrument. Dans un premier cas, une analyse par composantes principales effectuée sur une série de descripteurs du timbre permettra de déterminer de quelles manières les groupes de sons se distinguent, ainsi que les principaux descripteurs qui rendent cette distinction possible. Une deuxième expérience visera à mettre en relation des descripteurs de timbre particuliers afin de valider ou préciser certains résultats obtenus à l’expérience précédente. Finalement, le dernier chapitre portera sur une troisième expérience où des sons modulés par différents types de vibrato et des changements continus (de voyelle, de brillance, de hauteur) seront analysés grâce à un suivi en temps réel d’une série de descripteurs acoustiques, grâce à la librairie zsa.descriptors dans l’environnement Max. L’objectif est double : premièrement, on voudra observer ce qui caractérise les modulations et les changements de timbre analysés. Deuxièmement, il s’agira de mieux comprendre le comportement des descripteurs en présence de timbres changeants, de manière à pouvoir les intégrer efficacement à une stratégie de mappage musical ou audiovisuel.The aim of this thesis is to describe transverse flute timbre in a detailed and precise way, based on approaches that can be grouped in three main axes : instrumental, perceptual, and computational. Research disciplines such as organology, instrumental pedagogy, perceptual musical analysis, acoustics, psychoacoustics, information science and musical composition will contribute to determine which are the elements that characterize flute timbre. Many aspects related to the instrumental axis will be investigated. First, a historical view of the instrument’s organology is presented, with a special focus on practical and aesthetical aspects that influenced its evolution until nowadays. After an overview of instrumental pedagogy from the 19th Century onwards, the notion of extended technique is explained. Then, flute extended techniques are presented through a review of the main treatises on the subject, and a classification based on various systems is proposed. For the perceptual axis, perceptual musical analysis tools conceived for electroacoustic music are explored for their descriptive potential in regard of instrumental timbre. Typomorphological and spectromorphological approaches, as developed respectively by Pierre Schaeffer and Denis Smalley, are investigated. The aim is to see in what extent these two musical event description tools and distinct conceptions of musical listening can be useful in characterizing flute timbre. Furthermore, after distinctions between approaches such as those of music information retrieval and cognitive sciences have been made, a literature review of the major experiments on timbre perception in psychoacoustics is presented. Then, for the computational axis, the main libraries for timbre analysis are presented, after which a definition of the temporal, spectral, spectro-temporal, and harmonic timbre descriptors that will be used later on is given. The last three chapters are dedicated to acoustical analysis made on flute samples that are representative of most of the instrument’s playing techniques and timbre changes. A first experiment consists of a principal component analysis made on 34 timbre descriptors, in order to determine how groups of sounds are distinguishable from one another, and to find out which are the main descriptors that make this differentiation possible. A second experiment combines particular descriptors as an attempt to confirm and/or to precise the results v of the first experiment. Finally, a third experiment consists of a real-time analysis of sounds modulated by different kinds of vibrato, fluttertongue, and of some continuous timbre changes (such as vowel, brightness and pitch variations), made with zsa.descriptors objects in Max. This investigation has a twofold goal : first, to observe what characterizes the sound modulations and changes. And second, to better understand how descriptors vary over the course of time when applied to timbre changes, in order to be able to conceive effective mapping strategies in the context of electroacoustic mixed music and audiovisual interaction