Synthèse sonore

Méthodes de résolution du problème inverse dans le cadre de la synthèse sonore par modélisation physique masses‐interactions

Finalisation de la thèse de Jérôme Villeneuve

La démarche créative à l’aide de l’environnement GENESIS passe par l’élaboration d’un réseau masses-interactions selon le formalisme CORDIS-ANIMA. Correspondant à un agencement structuré de modules, représentant respectivement des éléments matériels et leurs interactions, un tel modèle reçoit un ensemble d’informations quantitatives à travers la spécification paramétrique de chacun de ses modules. Le modèle est alors calculé algorithmiquement et de cela résulte un phénomène sonore. Nous appelons « démarche directe » le processus initial qui conduit de l’élaboration du modèle à l’obtention du phénomène sonore.
Le « problème inverse » dans ce contexte se pose de la façon suivante : étant donné un résultat sonore fixé comme cible, quel modèle physique faut-il mettre en jeu pour l’obtenir ? L’objectif général de ce travail, développé depuis 2009 par Jérôme Villeneuve dans le cadre de la préparation de son doctorat au laboratoire ICA, outre les aspects théoriques fondamentaux, est de permettre la mise en oeuvre de nouvelles fonctionnalités de haut niveau dans le logiciel de création GENESIS. L'année 2012 a vu la finalisation de ce travail, prêt pour une soutenance dont la date est fixée au 24 mai 2013. Cette approche a posé deux problèmes. Le premier concerne la description même du résultat final. Celle-ci pouvant être de plusieurs natures et souvent difficile en termes objectifs et quantitatifs, l'approche a tout d'abord consisté à réduire le problème aux notions de contenu spectral, ou encore de « structure modale », définis par une approche phénoménologique de type signal. Le second problème concerne la nature fonctionnelle et paramétrique des modèles construits au sein du paradigme CORDIS-ANIMA. Étant, par essence, une métaphore du contexte instrumental, tout modèle doit alors être conçu comme la mise en interaction d’un couple « instrument/instrumentiste ». De ces spécifications peut alors être défini UN problème inverse, dont la résolution a demandé la mise au point d’outils d’interprétation de données phénoménologiques en données paramétriques. Ce travail a finalement abouti à la mise en oeuvre de ces nouveaux outils au sein même du logiciel de création GENESIS, ainsi que dans l’environnement didactique qui l’accompagne. Les modèles qui en résultent, répondent à des critères de cohérence, de clarté et ont pour première vocation d’être réintégrés au processus de création. Ils ne constituent pas une finalité en eux-mêmes, mais un appui proposé à l’utilisateur pour compléter sa démarche. L'ensemble de ces travaux et de leurs résultats sont décrits dans le mémoire de thèse de Jérôme Villeneuve pour sa soutenance le 24 mai 2013.

Implémentation d’algorithmes d’extraction de données descriptives du signal sonore (Adrien Vidal, Jérôme Villeneuve)

En liaison avec le travail précédent, il s’est agit, dans le cadre du stage effectué en 2012 au groupe par Adrien Vidal, sous l'encadrement de Jérôme Villeneuve, de mettre en oeuvre le passage du phénomène sonore à l'une de ses descriptions susceptible de constituer l'entrée du problème inverse. Le parti pris ici est de considérer le signal sonore comme constitué de deux composantes. Une liée à un évènement sonore isolé : sa hauteur, sa durée et son évolution au cours du temps. L’autre, d’ordre évènementiel, est liée au geste : ce même événement sonore peut intervenir plusieurs fois, mais avec des variations selon les occurrences. L’étude du geste est importante dans l’approche inverse car elle permet de simplifier la création du modèle lors de la résolution inverse : au lieu de créer un modèle par événement sonore, on pourra créer un seul modèle par « instrument identifiable» qui sera percuté plusieurs fois. Les paramètres considérés sont tout d’abord les instants d’apparition d’un événement sonore, ses caractéristiques (richesse spectrale et atténuation) ainsi que la notion de redondance, c’est-à-dire si ce même événement intervient plusieurs fois dans le signal (on peut alors parler de pattern rythmique). Pour obtenir ces paramètres, le choix a été fait de commencer par trouver des solutions fonctionnant pour des sons simples, puis de complexifier au fur et à mesure les sons étudiés. De cette manière, l’algorithme peut être adapté pour permettre la résolution des cas plus généraux. Des informations élémentaires ont été extraites des sons d'étude, engendrés eux-mêmes avec GENESIS : évolutions dynamiques, spectres, etc. Plusieurs méthodes de résolution ont été implantées. Pour la détection des instants d’apparition la "technique du flux spectral" à partir de transformée de Fourier a été utilisée. Les amortissements des événements sonores ont été calculés par une approximation en exponentielle décroissante avec la méthode des moindres carrés. Enfin, associant les différents sons qui ont des propriétés communes en un même instrument, il est alors possible de déterminer les caractéristiques des différents modèles générateurs. Ce travail a fait l'objet de scripts en langage PNSL, pour être utilisés et appliqués dans le cadre du système de résolution de problème inverse décrit dans le paragraphe précédent.

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