Etude crois´ee geste-son des articulations du violon Florian Kaiser M´emoire de Master 2 Recherche ATIAM ann´ee 2005-2006 Universit´e Pierre et Marie Curie, Paris VI Laboratoire d’accueil : Ircam - Applications Temps R´eel Responsables : Fr´ed´eric Bevilacqua, Nicolas Rasamimanana 22 juin 2006 ii Remerciements Je tiens `a remercier : Fr´ed´eric Bevilacqua et Nicolas Rasamimanana pour m’avoir permis de faire ce stage, et pour leur disponibilit´e tout au long de ces trois mois. Norbert Schnell et toute l’´equipe d’Applications Temps R´eel pour leur accueil chaleureux. Alice Dacquet, Patrice Tisserand et Arshia Cont pour la place qu’ils ont su me faire dans leur bureau. iv Table des mati`eres 1 Introduction 1 2 Le violon augment´e 5 2.1 Capture du geste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Analyse du geste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 BogenLied de Florence Baschet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 El´ements d’acoustique du violon 11 3.1 R´egimes de vibration de la corde . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.1.1 R´egime stationnaire des oscillations . . . . . . . . . . . . 11 3.1.2 Diagramme de Schelleng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1.3 Transition entre deux r´egimes stationnaires . . . . . . . . 14 3.2 Conclusions pour notre ´etude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4 Description sonore des modes de jeu 19 4.1 La classification audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.1.1 D´efinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.1.2 Extraction des descripteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.1.3 S´election de descripteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.2 Application aux modes de jeu D´etach´e, Martel´e et Spiccato . . . 23 4.2.1 Cr´eation d’une base de donn´ees . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2.2 Calcul des descripteurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2.3 S´election des descripteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3 R´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.1 Descriptiondesmodesdejeusurdesnotesdemˆemehauteur 25 4.3.2 Variation de dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.3.3 Variations de la hauteur de la note et du joueur. . . . . . 28 4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 Caract´erisation des transitoires du violon 33 5.1 Retour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2 Extraction du r´esiduel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2.1 Extraction avec additive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2.2 Les m´ethodes `a haute r´esolution . . . . . . . . . . . . . . 37 v vi TABLE DES MATIE`RES 5.2.3 Application au son du violon . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.2.4 Confrontation m´ethode ESPRIT/Synth`ese Additive . . . 45 6 Etude de la relation entre le r´esiduel et l’acc´el´eration 49 6.1 Mesures et protocole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.1.1 Base d’´etude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.1.2 Pr´etraitements sur les signaux . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.1.3 Modes de jeu consid´er´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.2 R´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.2.1 Relation temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.2.2 Relation entre les amplitudes . . . . . . . . . . . . . . . . 57 6.3 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7 Conclusion et Perspectives 59 Chapitre 1 Introduction Le travail pr´esent´e dans ce rapport s’inscrit dans le cadre des recherches sur la mod´elisation du geste instrumental men´ees `a l’Ircam. Ces recherches ont entre autre pour but le d´eveloppement de nouveaux contrˆoleurs gestuels de processussonorespourlacomposition.Autourdeceprojet,lesscientifiquessont doncen´etroitecollaborationavecungroupedecompositeurs,incluantFlorence Baschet,PhilippeManoury,FrankBedrossianetJ´erˆomeCombier,quiparticipe activementaud´eveloppementdecesnouvellesinterfaceshomme/machine.L’un des enjeux de cette recherche est de d´efinir une relation entre geste et son qui procure `a l’instrumentiste un contrˆole des processus de synth`ese avec lequel il se sente `a l’aise et qui lui permette de s’exprimer pleinement. Dans ce contexte, un violon augment´e, i.e. un violon acoustique´equip´e d’un syst`emedecaptationdugeste,a´et´ed´evelopp´e`al’Ircam.Legesteestanalys´evia un syst`eme de capteurs mont´es sur l’archet. On peut alors mesurer une s´erie de signaux allant de la position de l’archet sur la corde `a l’acc´el´eration de l’archet. Cessignauxpeuventensuiteservir`alafoisdebased’´etudepourladescriptiondu geste,etcommeparam`etresd’entr´eepourlecontrˆoledeprocessus´electroniques. L’utilisation d’instruments augment´es pour le contrˆole de synth`ese pr´esente un int´erˆet majeur : l’utilisateur a d´ej`a acquis une technique de jeu, de laquelle il sait tirer profit afin de donner de l’expressivit´e `a son jeu. Se pose alors la question de la relation qui existe entre les signaux gestuels mesur´es par le violon augment´e, et le son produit par le violon. D’apr`es les ´etudes acoustiques, une partie de la r´eponse `a cette question se trouve dans l’´etude des transitoires du violon, i.e. les articulations entre notes. C’est la voie quenousempruntonsdanscerapportpourcaract´eriserlal’interactiongeste-son sur le violon. M´ethodologie L’analyse du geste avec le violon augment´e s’est articul´ee autour de la ca- ract´erisation de trois techniques de jeu, i.e. d´etach´e, martel´e, et spiccato [6]. L’´etude gestuelle de ces techniques de jeu, chacune associ´ee `a un mouvement 1 2 CHAPITRE 1. INTRODUCTION d’archet pr´ecis, a permis de d´eterminer un espace de descripteurs gestuels dans lequel chaque mode de jeu est distinct. Cette mod´elisation est int´eressante car elle permet de caract´eriser `a la fois les diff´erences et les similarit´es entre les modes de jeu. En effet, on observe des r´egions dans l’espace de descripteurs ou` les modes de jeu forment des sortes d’hybrides, qui sont tout `a fait coh´erents avec la fa¸con de jouer de l’instrumentiste. Une propri´et´e int´eressante decette mod´elisation du geste est qu’elle est forte- mentinvarianteauxvariationsdedynamiquesetdetempo,etdansunecertaine mesure au niveau du joueur. Notre ´etude crois´ee geste-son s’articulera ´egalement autour de l’analyse de ces trois modes de jeu. Il y `a cela deux raisons majeures. Premi`erement on dis- pose d´ej`a d’une mod´elisation gestuelle de chacune de ces techniques de jeu. On pourra donc essayer de d´eterminer une mod´elisation des modes de jeu qui soit bas´ee cette fois sur une description sonore, et qui satisfasse la mˆeme propri´et´e d’invariance aux variations de dynamiques et de joueurs que le mod`ele gestuel. On pourra alors tenter de d´efinir une relation entre un mod`ele gestuel et un mod`ele sonore des modes de jeu (cf fig. 1.1). Deuxi`emement, l’articulation entre ces techniques de jeu dans un contexte mu- sical donne `a l’instrumentiste un moyen riche d’expressivit´e . Il sera int´eressant de traduire dans la relation geste-son ce moyen d’expressivit´e, d’abord en ca- ract´erisant la relation geste-son qui existe pour chacun des modes de jeu, puis en essayant de d´efinir un mod`ele qui puisse traduire une continuit´e entre les modes de jeu. L’´etude des parties transitoires constitue un des points cl´es de notre ap- proche. En effet, les´etudes acoustiques men´ees par Guettler [4] ont montr´e que le couple Force/Acc´el´eration donn´e `a l’archet pendant les transitoires condi- tionnelamiseenvibrationdelacorde(cf chapitre3).Guettler´emetl’hypoth`ese que les intentions d’expression de l’instrumentiste peuventˆetre traduites par ce coupleForce/Acc´el´eration.Pourmontrercela,Guettlerautilis´edessimulations d’attaques,avecdesprofilsd’acc´el´erationconstante.Nousproposonsd’allerplus loindanscechampen´etudiantmaintenantdesprofilsd’acc´el´erationdestransi- toirescorrespondant`aunesituationr´eelledejeu,etenlesconfrontantausignal sonore. Nous disposons pour l’instant uniquement d’une mod´elisation gestuelle. La premi`ere ´etape dans cette ´etude sera donc de donner une description fine des sons associ´es `a chaque mode de jeu, afin de d´eterminer un espace dans lequel chaque mode de jeu peut ˆetre repr´esent´e. Dans un premier temps, nous utiliserons les nombreux outils d´evelopp´es pour cela dans le cadre le classification audio des instruments (cf chapitre 4). On montrera alors que le mod`ele obtenu avec une une telle descirption n’est passatisfaisant,premi`erementparcequ’ilnepermetpasdedonnerunedescrip- tionsimpledesmodesdejeuquisoitvalablepourplusieursjoueursetdesnotes 3 Fig. 1.1 – Dans l’´etude crois´ee geste-son sur le violon, une approche consiste `a mettre en parall`ele une description du geste avec une description du son 4 CHAPITRE 1. INTRODUCTION de hauteurs diff´erentes, et deuxi`ement parce qu’elle ne permet pas, de par les outilsd’analysesurlesquelsellerepose,unecaract´erisationdestransitionsentre notes. Il conviendra donc de se pencher ensuite sur l’´etude des transitoires en s´eparant les contributions harmoniques et non-harmoniques dans le signal so- nore. Nous montrerons que cette s´eparation constitue un outil puissant pour la caract´erisation des transitoires et qu’il existe de plus une forte relation de temporalit´e, variable selon les modes de jeu, entre le bruit´emis par le violon au moment des transitoires et le profil d’acc´el´eration de l’archet (cf chapitre 5 et 6). On donnera ainsi un moyen efficace pour caract´eriser les parties transitoires correspondant `a chaque mode de jeu. A terme, cette description pourrait nous permettre de d´efinir une continuit´e entre les mouvements d’archet, et ainsi de pouvoirmod´eliserdesarticulationsentrelesmodesdejeu`adesfinsexpressives.