Auto-oscillations de l'appareil vocal : modélisation physique, analyse de régimes et synthèse sonore

Self-oscillations of the vocal tract: physical modelling, regime analysis and sound synthesis

• Auteur / Autrice : Thomas Risse
• Direction : Thomas Helie
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et technologies de la musique et du son (Paris ; 1983-....)

Mots clés

Mots clés libres

Analyse numérique et synthèse sonore

Aéro-acoustique et turbulences

Systèmes Hamiltoniens à Ports

Mécanique des milieux continus

Interaction fluide-structure

Appareil vocal

Hamiltonian Systems with Ports

Aeroacoustics and Turbulence

Fluid-structure interaction

Numerical analysis and sound synthesis

Continuum mechanics

Vocal apparatus

Résumé

L'appareil vocal est un système bio-physique non linéaire complexe, capable d'une grande variété de régimes et couplant de nombreux phénomènes (mécanique des solides déformables, aérodynamique, acoustique). Ce sujet de thèse propose de modéliser, simuler, analyser et contrôler un appareil vocal, avec une approche par modélisation (bio- et multi-) physique dans le cadre énergétiquement bien posé des Systèmes Hamiltoniens à Ports. Le travail (détaillé dans le sujet développé) s'intéresse en particulier à la reproduction des différents registres vocaux (voix de “fry”, poitrine, tête ou sifflet), voyelles et consonnes (occlusives, fricatives). Pour cela, on s'intéressera aux équations décrivant les mouvements des tissus et de l'écoulement d'air selon une approche de type mécanique des milieux continus, équations à partir desquelles on modélisera l'interaction fluide-structure qui permet la production de la voix. On appliquera des techniques de réduction d'ordre permettant l'analyse de comportement (e.g. cartographies de régimes, bifurcations) et la synthèse sonore avec un objectif de temps-réel. Pour traiter la complexité (progressive) des modèles, une part du travail consistera à élaborer des méthodes de génération automatique de code de simulation (mise en équation, discrétisation espace-temps préservant le bilan de puissance, solveur).

The vocal apparatus is a complex nonlinear biophysical system, capable of a wide variety of regimes that couples many phenomena (deformable solid mechanics, aerodynamics, acoustics). This thesis proposes to model, simulate, analyse and control a vocal apparatus, with a (bio- and multi-) physical modelling approach in the energetically well-posed framework of Hamiltonian Ports Systems. The work (detailed in the expanded text) concerns the reproduction of the different vocal registers (fry, chest, head or whistle voice), vowels and consonants (occlusives, fricatives). To this end, we will focus on the equations describing tissue motion and airflow using a continuum mechanics approach, from which we will model the fluid-structure interaction that allows voice production. We will apply order reduction techniques for behavioural analysis (e.g. cartographies of regimes, bifurcation) and for sound synthesis with a real-time objective. In order to address the (progressive) complexity of the models, part of the work will consist of developing methods for automatic generation of simulation code (equation setting, space-time discretisation preserving the power balance, solver).