La vibro-acoustique du clavicorde

Vibro-acoustic study of the clavichord

• Auteur / Autrice : Jean-Théo Jiolat
• Direction : Christophe d' Alessandro, Jean-Loïc Le Carrou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 25/06/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Régis Marchiano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Antunes, Caroline Traube, Theodora Psychoyou, Thomas Steiner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Foltête, François Gautier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse modale (ingénierie)

Acoustique musicale

Résonance

Modèles acoustiques

Vibrations

Cordes sympathiques

Propriétés acoustiques

Clavicorde

Mots clés libres

Clavicorde

Formulation udwadia-kalaba

Système couplé

Etude expérimentale

Sympathie

Réverbération

Résonance

Clavichord

Udwadia-Kalaba formulation

Coupled system

Experimental study

Sympathy

Reverberation

Resonance

Résumé

L’objectif de cette thèse consiste à étudier le comportement vibro-acoustique du clavicorde, depuis le système d’excitation jusqu’à la vibration des cordes sympathiques. La formulation Udwadia- Kalaba est utilisée pour modéliser l’instrument comme un système mécanique couplé réduit à ses sous-structures vibratoires principales : la sous-structure tangente-touche, la corde, les étouffoirs et le système chevalet-table. Le modèle de Kirchhoff-Carrier est introduit pour modéliser les dé- formations géométriques non-linéaires de la corde du clavicorde à l’origine du changement de sa fréquence fondamentale lors de l’excitation par la tangente. La simulation du modèle donne des résultats satisfaisants comparés aux mesures et aux résultats expérimentaux de la littérature. Les caractéristiques principales de l’excitation sont reproduites, notamment le changement de fréquence fondamentale causé par le soulèvement de la corde et la linéarité entre le niveau vibratoire et le logarithme de la vitesse d’impact. Le « paradoxe du clavicorde », faisant référence à l’exigence du geste du doigt du musicien en vue d’un compromis entre l’augmentation de la fréquence fondamentale et le niveau sonore, est étudié expérimentalement avec l’aide d’un clavicordiste et d’un doigt robotique sur un clavicorde d’étude, fabriqué à partir d’un modèle de C.G. Hubert. La vibration des cordes sympathiques du clavicorde créent deux effets vibro-acoustiques différents : l’effet de réverbération similaire à celui présent en acoustique des salles, et la résonance se manifestant dès lors qu’une coïncidence fréquentielle entre deux partiels de corde a lieu. Ces deux effets sont étudiés expérimentalement et numériquement.

The objective of this PhD is to study the vibro-acoustic behaviour of the clavichord, from its ex- citation system to the sympathetic strings vibration. The Udwadia-Kalaba formulation is used to model the instrument as a coupled mechanical system, reduced to its main vibratory substructures: the key-tangent substructure, the string, the damper and the bridge-soundboard. The Kirchhoff- Carrier model is introduced to model the non-linear geometric deformation of the clavichord string responsible for the change in its fundamental frequency when it is excited by the tangent. Sim- ulation of this model give satisfactory results compared to the measurements and experimental results found in the literature. The main features of the excitation system are satisfactorily repro- duced, among which the pitch shift caused by the string uplift as well as the linearity between the vibratory level and the logarithm of the impact velocity. The "clavichord paradox", referring to the demanding gesture of the musician’s finger to balance between pitch shift and sound level, is studied experimentally with the help of a clavichord player and by means of a robotic finger on a specific clavichord, made from a model conceived by C.G. Hubert. Sympathetic string vibration in the clavichord create two different vibro-acoustic effects: the reverberation effect similar to that found in room acoustics, and string resonance occurring when frequency coincidence between two string partials take place. These two effects are studied experimentally and numerically.