26 réponses
13 participants
5 805 vues
11 followers

Adb

Nouvel·le AFfilié·e

Membre depuis 13 ans

Sujet de la discussion Posté le 02/11/2012 à 20:57:00

Bonjour tout le monde.

Voila, je suis en prépa ingé et il faut que je fasse un exposé à la fin de l'année.
J'ai choisis pour sujet l’étude d'un fut de batterie, c'est a dire que j’essaie de retrouver par le calcul un son que j'ai enregistré avec ma batterie pour un serrage des vis des pressions donné.

Pour cela, j'essaie de trouver l’équation de mouvement de la peau de batterie lorsqu'on tape dessus, comment se propage le son à l’intérieur du fût ou encore modéliser ces phénomènes par des logiciels mais je ne trouve pas grand chose...
J'ai bien vu les logiciels Modalys (proposé par l'institut IRCAM de recherche acoustique/musique) mais c'est payant et je ne suis même pas sur de savoir m'en servir.

Qu'est ce qui pourrait influencer le son dans le fût et comment ? (température, matériaux utilisés pour les peaux, pour le fût ?...)

Si certains d'entre vous se sentent un âme de scientifique, je suis toute ouie.
Merci

Damien Bihel

486

Posteur·euse AFfamé·e

Membre depuis 14 ans

2 Posté le 03/11/2012 à 11:31:08

Si l'on considère la peau seul sans le fut, alors le modèle spectrale se compose d'une fréquence fondamentale (fonction de la tension de la peau) et d'harmoniques (fonction de plein d'autre chose).

Quant au fût, il joue le rôle de résonateur.

Attention, il faut aussi prendre en compte l'excitateur.

Je te conseille de regarder du coté de la synthèse sonore, avec des formes d'ondes basics, on peut recréer des élement de percu par exemple.

Visitez mon blog sur le Home Studio : Mixage en Home-studio

Traumax

51839

Goncourt du Grouik

Membre depuis 19 ans

3 Posté le 03/11/2012 à 19:18:49

Je drapote parce que ca peut être intéressant, mais je serais d'acune aide. T'as demandé aux boites spécialisées genre Arturia ?

Petit péteux hargneux

bit.ly/elevations2020

bit.ly/dsmelevations2020

stratogugus

696

Posteur·euse AFfolé·e

Membre depuis 16 ans

4 Posté le 03/11/2012 à 19:45:42

Citation :

Si l'on considère la peau seul sans le fut, alors le modèle spectrale se compose d'une fréquence fondamentale (fonction de la tension de la peau) et d'harmoniques (fonction de plein d'autre chose).

Quant au fût, il joue le rôle de résonateur.

Moi je pense que c'est faux comme raisonnement. C'est un peu dire que le son de la guitare c'est le bruit de la corde que l'on pince, ou que la voix c'est le bruit de 2 bouts de chairs qui vibrent. De la même manière, une caisse claire, c'est pas uniquement la peau.

Sinon, j'aurais une piste de réflexion pour ton exposé Adb => regarde comment sa marche une reverbe à convolution, je pense que sa peut te donner des idées.

offenbach

7192

Je poste, donc je suis

Membre depuis 18 ans

5 Posté le 04/11/2012 à 00:00:41

Pour modéliser un son à partir de calcul, il faut que tu modélises mathématiquement tout le phénomène physique, de la frappe à la fin de la résonance. Donc tu prends uns snare, tu mets des capteurs partout, tu frappes et tu mesures, puis tu analyses tes mesures pour voir comment se forme et se propage les ondes. C'est un travail énorme à mon avis....

Site officiel et boutique en ligne du Studio Delta Sigma https://www.studiodeltasigma.com

stratogugus

696

Posteur·euse AFfolé·e

Membre depuis 16 ans

6 Posté le 04/11/2012 à 01:09:16

Citation :

Donc tu prends uns snare, tu mets des capteurs partout, tu frappes et tu mesures, puis tu analyses tes mesures pour voir comment se forme et se propage les ondes.

C'est un bon point de départ. Sa va permettre d'observer un truc marrant.

Citation :

C'est un travail énorme à mon avis....

... si tu reste dans le domaine temporelle.

Hors sujet :

J'espère que j'en dit pas trop, faut que tu t'amuse quand même Adb.

[ Dernière édition du message le 04/11/2012 à 01:14:12 ]

Adb

Nouvel·le AFfilié·e

Membre depuis 13 ans

7 Posté le 04/11/2012 à 19:21:38

Déjà, merci d’être aussi nombreux à répondre, c'est sympa, je vais vous répondre peu a peu.

Je ne connais pas la boite Arturia, je vais m'y intéressé, voir leur spécialité et si cela m’intéresse, voir si ils peuvent m'accorder un rdv, est elle ouverte au public?
Je crois avoir trouvé un bon bouquin pour trouver l'équation du déplacement de la peau, c'est deja cool.
En deuxième partie je m’intéresse donc de manière logique a la transmission du son dans le fut (résonance, influence des matériaux,... ).

Je me documente sur la "reverbe à convolution" qui est surement la "réverbération à convolution" je présume, pour tout vous avouer je n'ai aucune idée de ce que c'est mais merci, toute piste un minimum exploitable m’intéresse.
D'ailleurs stratogugus tu dis que l’expérience de prendre une snare et de mettre des capteurs partout est une expérience marrante, tu t'y connais ?
Et je t'en pris ne te retiens pas, si tu as des pistes donne les moi, je m'amuse deja suffisamment avec mes cours, ne t'inquiete pas.

Enfin, offenbach dans ton expérience, comment qu'est ce que tu veux que je relève? de quels types de capteurs me parles tu? Je n'ai pas tout le matos nécessaire à cette expérience. Mon lycée peut m'obtenir quelques manip de base mais ce n'est pas non plus un labo de recherche...

Merci

Traumax

51839

Goncourt du Grouik

Membre depuis 19 ans

8 Posté le 04/11/2012 à 20:01:30

Arturia est une société grenobloise qui fait de la modélisation sonore, entre autres. Sinon il y a l' ircam qui est un labo public de recherche sur le son.

Petit péteux hargneux

bit.ly/elevations2020

bit.ly/dsmelevations2020

stratogugus

696

Posteur·euse AFfolé·e

Membre depuis 16 ans

9 Posté le 04/11/2012 à 23:40:25

D'une manière générale, si tu veux faire des observations, faut que tu partes d'une expérience simple que tu complexifies au fur et à mesure afin de coller le plus possible à la réalité. Du coup, je commencerai par faire vibrer la percu à des fréquences bien définie d'abord. Avec quelques expériences sympathiques, tu devrai voir plusieurs phénomènes (ondes stationnaires, harmoniques ...). Après, tu n'as qu'un pas à faire pour te dire que sa ne serais pas bête de passer dans le domaine fréquentielle et observer comparativement quelles fréquences font vibrer la percu. Quand tu as tout ça, rien ne t’empêche de modéliser le spectre du son de ta percu. Cependant, il va te manquer un détail pour recréer un son de batterie à partir de ce spectre. Mais une petite convolution avec un "faux dirac" résoudrai le problème (intéresse toi au mécanisme de la convolution, que l'on utilise par exemple dans les reverb' à convolution).

C'est comme ça que je vois le truc en tout cas. Après, je ne suis pas (encore) un pro de la question. Et j'espère que j'ai bien compris ton problème aussi : j'élude un peu la question de l'équation du mouvement de la peau par exemple.

Cortoni

1060

AFicionado·a

Membre depuis 14 ans

10 Posté le 05/11/2012 à 08:44:40

Bonjour,

Si j'ai bien compris Adb souhaite faire une modélisation. D'ailleurs une étude expérimentale (mesurer aux accéléromètres et faire l'analyse des résultats pour découpler chaque mode) c'est une galère qu'on peut s'épargner pour des systèmes simples comme le tien.

Ce que je comprends c'est que tu souhaites effectuer une analyse modale (étudier la manière dont se déforme ton tom et à quelles fréquences de résonance), et dans ce cas la meilleure solution que je connaisse, c'est la modélisation par éléments finis.
Ça te permet, à partir des propriétés mécaniques du système (géométrie, matériaux, contraintes extérieures, liaisons), d'obtenir énormément de choses (dans ton cas ses fréquences propres).

Le travail à rendre c'est un simple exposé ou un TIPE que tu présenteras au concours en juin prochain?

CORÉLIAN : mon album Synth-Folk au Hammered Dulcimer

ARVORIG - compo Synth/Folk (vidéo)

Birdix

276

Posteur·euse AFfamé·e

Membre depuis 15 ans

11 Posté le 05/11/2012 à 09:32:05

Commence par prendre une poignée de sable fin ou de la farine, saupoudre la sur la peau, frappe la peau a différents endroits, regarde ce qui se passe prend des notes, met tout çà en équation et aprés...

Tu aura fait un petit voyage dans le temps.

Eternel apprenti assistant ingénieur du son sans ingénieur du son à assister...

Cortoni

1060

AFicionado·a

Membre depuis 14 ans

12 Posté le 05/11/2012 à 14:41:52

Citation :

frappe la peau a différents endroits

La poignée de sable/de sel/de farine peut permettre d'obtenir des résultats, mais pas en frappant la peau (réponse harmonique libre), il faut faire vibrer la plaque en augmentant lentement la fréquence d'excitation (réponse forcée). Lorsque tu obtiens une figure géométrique bien définie, c'est que tu es sur un mode propre.
Mais je pense que pour le projet il serait plus intéressant de procéder à une modélisation, tu tireras directement des résultats analytiques. Rien ne t'empèche par la suite de faire une étude expérimentale, si tu as le temps, et de comparer les résultats des deux méthodes.

CORÉLIAN : mon album Synth-Folk au Hammered Dulcimer

ARVORIG - compo Synth/Folk (vidéo)

Adb

Nouvel·le AFfilié·e

Membre depuis 13 ans

13 Posté le 05/11/2012 à 16:29:19

Cortoni, ton idée me parait intéressante, je vais me renseigner dessus et voir avec mes profs si ils peuvent m’en parler plus en profondeur. En effet, c'est pour mon TIPE, c'est un peu plus gros qu'un exposé tout bete.

Au final ce que tu appelle "comment se déforme le tom" c'est l’équation du mouvement je présume et pour cela je regarde dans un livre qui s'appelle "acoustique des instruments de musique" si ça intéresse quelqu'un.
Et pour les fréquences de résonances en quoi sont-elles si intéressantes ? Hormis le fait que l'amplitude y soit maximale quel en est l’intérêt ? Je crois avoir a disposition des logiciels qui me permettraient de décomposer les sons captés en séries de Fourier. Je pense que c'est un passage obligé de mon TIPE

Ce qui m’intéresse donc après c'est la diffusion du son dans le fût. En quoi est ce différent d'une flute (propagation du son dans un tube ouvert), comment est ce que la peau de résonance influe influe le son et comment est ce que le fait d'avoir un fût crée un son ? (car ce n'est pas simplement le fait de taper sur la peau car sans fut ni peau de résonance pas de son...)

Traumax

51839

Goncourt du Grouik

Membre depuis 19 ans

14 Posté le 05/11/2012 à 18:06:17

Si, il peut y avoir un son sans fut ni peau de résonance :

Petit péteux hargneux

bit.ly/elevations2020

bit.ly/dsmelevations2020

stratogugus

696

Posteur·euse AFfolé·e

Membre depuis 16 ans

15 Posté le 05/11/2012 à 19:14:14

Citation :

Et pour les fréquences de résonances en quoi sont-elles si intéressantes ?

C'est à ces fréquences que va vibrer ton Tom. Par conséquent, c'est ces fréquences que tu vas entendre. Enfin je pense.

Citation :

Je crois avoir a disposition des logiciels qui me permettraient de décomposer les sons captés en séries de Fourier. Je pense que c'est un passage obligé de mon TIPE

Je pense aussi. Avec un logiciel comme Matlab (ou GNU Octave si tu es pauvre), il y a moyen que tu écrive un modèle de ton signal temporelle et d'en calculer la transformé de Fourier. Il y a des logiciels qui peuvent te donner directement la représentation fréquentielle à partir d'un enregistrement audio aussi. C'est peut-être une meilleur solution d’ailleurs.

Citation :

Ce qui m’intéresse donc après c'est la diffusion du son dans le fût. En quoi est ce différent d'une flute (propagation du son dans un tube ouvert), comment est ce que la peau de résonance influe influe le son et comment est ce que le fait d'avoir un fût crée un son ? (car ce n'est pas simplement le fait de taper sur la peau car sans fut ni peau de résonance pas de son...)

Tu peux reprendre ton étude pour caractériser chaque paramètre si tu veux (avec un fût, sans fût, avec peau de résonance, sans peau de résonance ...). Et ce qui différencie un son de flûte d'un son de Tom, c'est un peu plus que leurs fréquences de résonances aussi.

Cortoni

1060

AFicionado·a

Membre depuis 14 ans

16 Posté le 05/11/2012 à 23:04:45

@ Adb : Est-ce que tu as étudié les oscillateurs harmoniques en mécanique en math sup? Si oui ça peut aider à comprendre comment ça se passe. En gros la structure que tu excites (par ton coup de baguette) va présenter des "modes" de vibrations. Ces modes possèdent :

une fréquence propre : qui caractérise la note produite par la vibration comme l'a dit stratogugus (en terme de calcul ça correspond aux valeurs propres d'une matrice, donc un scalaire en Hertz, je te donnerai le détail si tu as besoin, mais là pas la peine d'alourdir le post ).
une déformée : c'est l'allure de la déformation de la structure à cette fréquence. Tu peux faire l'analogie avec une onde sur corde vibrante (lien wikipedia) : sur la 2ème image animée tu observes l'allure des déformées qui sont des sinusoïdes de période plus ou moins grande. Ce que tu appelles "l'équation du mouvement" est en fait l'équation qui donne l'allure de cette déformée, elle n'est pas unique et il y en a une par mode.

Pour parler plus physiquement : quand tu cognes la structure, elle vibre simultanément à plusieurs fréquences, et pour chacune de ces fréquences elle se déforme selon une forme et une amplitude précises. De ce fait, elle déplace l'air autour d'elle, il y a donc création d'onde acoustique que ton oreille (ou ton micro) peut percevoir.

Tu te situes dans un cas 2D (la peau est plane), ce qui rend les calculs bien plus difficiles à la main. C'est pour ça qu'on a recours à la méthode des éléments finis. L'idée est de modéliser par ordinateur ton système dans un espace 3D, façon Catia/Solidworks, d'entrer ses propriétés mécaniques, puis de simuler un choc (impulsion de Dirac dont quelqu'un a parlé un peu avant) afin d'obtenir la liste des modes (fréquences propres + déformées). C'est généralement rapide et précis.

Traumax a raison, c'est la peau qui va définir presque en totalité les modes propres, le fût a plus un rôle acoustique, càd ses parois intérieures servent à rayonner le son, pour qu'il se diffuse. Exemple, quand tu étais petit, tu mettais ton élastique sur un pot de yaourt pour qu'on entende mieux les "notes" jouées par l'élastique, mais ces notes n'avaient pas de rapport avec le pot, ici c'est la même chose.

Citation de stratogugus :

Il y a des logiciels qui peuvent te donner directement la représentation fréquentielle à partir d'un enregistrement audio aussi. C'est peut-être une meilleur solution d’ailleurs.

Tout à fait d'accord, l'idée la plus pertinente serait justement de comparer les valeurs des fréquences propres obtenues par analyse éléments finis, avec les valeurs obtenues par la transformée de Fourier du signal capté par un micro. Une comparaison "modélisation" VS "expérience simple".

Bon courage pour la suite de tes recherches!

CORÉLIAN : mon album Synth-Folk au Hammered Dulcimer

ARVORIG - compo Synth/Folk (vidéo)

[ Dernière édition du message le 05/11/2012 à 23:08:16 ]

stratogugus

696

Posteur·euse AFfolé·e

Membre depuis 16 ans

17 Posté le 06/11/2012 à 21:45:33

Citation :

Traumax a raison, c'est la peau qui va définir presque en totalité les modes propres, le fût a plus un rôle acoustique, càd ses parois intérieures servent à rayonner le son, pour qu'il se diffuse. Exemple, quand tu étais petit, tu mettais ton élastique sur un pot de yaourt pour qu'on entende mieux les "notes" jouées par l'élastique, mais ces notes n'avaient pas de rapport avec le pot, ici c'est la même chose.

Je pense que le fût a plus qu'un rôle d'amplification. Je pense que certaines fréquences seront plus amplifié que d'autres en faite. Du coup, ton fût a directement une incidence sur le timbre (la répartition spectrale) de ton son de percu. C'est pas à splitter ça quand même.

Citation :

puis de simuler un choc (impulsion de Dirac dont quelqu'un a parlé un peu avant)

J'étais dans un délire un peu différent quand j'en ais parlé. Tu veux t'en servir pour obtenir les différentes harmoniques, je voulais faire exactement le contraire ^^. On en reparlera à la fin de l'étude peut-être ... ou c'était hors-sujet.

Anonyme

3467

18 Posté le 06/11/2012 à 21:50:49

drap'

Adb

Nouvel·le AFfilié·e

Membre depuis 13 ans

19 Posté le 27/01/2013 à 21:01:00

Me revoilà les amis

J'ai pas mal avancé dans ma recherche pour mon TIPE (d'ailleurs je pourrais détailler si ca en interesse) et du coup je me demandais si, Cortoni, tu aurais pu me détailler ce que tu voulais me dire sur les modes de vibrations, fréquences propres et déformées. Je te réfère a ton post du 5/11

En gros le theme de cette année est "Similitudes et Invariances" du coup je me suis renseigné et j'ai trouvé un exposé type TIPE exposant l'existence de nodales de la membrane (nodales circulaires ou linéaires) mais le mec qui a ecrit cela definit les "modes" comme deux parametres x et y correspondants a la valeur d'annulation d'une fonction de Bessel (point qui resterait immobile quelque soit la tension ou la frappe sur la peau). Ce n'est donc pas tout a fait ce que tu dis meme si il y a un rapport avec la déformée et le fait qu'il y ait une déformée par mode.

Je m'adresse donc plutôt a Cortoni de base mais comme dab si ca donne des idées a d'autres ne vous retenez pas.

Bonne soirée a tous et merci pour avoir déjà bcq aidé auparavant...

EraTom

2282

AFicionado·a

Membre depuis 14 ans

20 Posté le 28/01/2013 à 19:28:45

Citation :

point qui resterait immobile quelque soit la tension ou la frappe sur la peau

(le tout au pluriel, normalement :-P)
C'est approximativement vrai. Est-ce que tu as la liste des hypothèses qui ont été posées (et, j'espère, validées) ? (notamment sur les symétries et invariances, etc.)

Reprends l'exemple de la corde vibrante ; si tu la pinces au milieu ou au 2/3 la déformation ne se repartira pas de la même façon et il faudra quelques "pseudo-oscillations" avant de retrouver des déplacements similaires.
Quand tu grattes une corde sur une guitare à des endroits différents (proche du milieu de la corde ou proches des bords) le son est bien différents.

Pour dire le choses plus "mathématiquement", une équation différentielle régit la dynamique de ton système { peau }.
Elle fait intervenir un déplacement normal, une distance au centre, un angle et le temps.

Comme tu as dû le voir avec la corde vibrante, ça ne suffit pas : il faut des conditions aux limites. Spatialement tu as le bords du cercle et une condition initiale (la frappe).
Si tu changes légèrement la condition initiale, la solution sera différente (aux symétries près). A priori la solution est de la forme d'une fonction de Bessel, mais les "transitoires" seront différents.

[ Dernière édition du message le 28/01/2013 à 19:38:32 ]

Anonyme

8413

21 Posté le 28/01/2013 à 22:55:49

je sais pas si peut deja t'aider

[ Dernière édition du message le 28/01/2013 à 22:57:12 ]

Anonyme

22 Posté le 15/03/2013 à 12:47:32

Salut!
Je squouate ce topic parce que je suis également en maths sup' et j' avais eu l'idée du même sujet mais quelque questions m'inquiètent: je suis en ptsi et ce sujet est quand même principalement physique, et les expériences sur la membrane d'une batterie sont je crois relativement délicates (l'excitation de la membrane n'est pas toujours identique, il fait prendre en compte les défauts du micro/piézo/accéléromètre etc.)... je voulais donc savoir en quel filière tu es et si tu as réussi a faire des mesures valables sur ta membrane.
Merci d'avance pour tes éclairements et bonne chance pour tes révisions de concours

obe

408

Posteur·euse AFfamé·e

Membre depuis 21 ans

23 Posté le 15/03/2013 à 13:31:57

Bonjour,

Dans le cadre du TIPE, on ne s'attend pas à ce que tu décrive l'ensemble du phénomène. Il faudrait faire une thèse pour cela !

En quinze minutes tu as le temps d'exposer les point clefs du phénomènes physique et l'illustrer par quelques expériences réalisées au lycée.

Il faut clairement décomposer le problème du fut de batterie en plusieurs sous-problème beaucoup plus simple.

Tout d'abord une membrane 2D dans le vide.
Il s'agit d'étendre ce qui a été vue sur les cordes (je ne sais pas si cela est au programme en PTSI).
Le point important est que les fréquences de résonance (modes) ne sont pas harmoniques. Hormis les timbales (qui sont un cas assez particulier), les membranes ne produisent pas de note comme une corde. Les mathématiques mises en jeu sont faisables mais d'un niveau assez élevé comparées à celles utilisées dans les cours de physique en prépa.

On peut facilement illustrer l’existence de ces modes par la très vénérable méthode des figures de Chladni (début XIX siecle).
un lien vers la première vidéo trouvée avec google.
http://www.veengle.com/s/Chladni's.html
et une image
Chladni%20plate.jpg

Il s'agit d'effectuer un diagramme de Bode en amplitude avec comme résonnateur, non pas un circuit électrique comme tu dois en avoir l'habitude, mais la membrane (ici modélisée par une plaque métallique).
C'est très facilement réalisable avec du matériel de lycée (il faut un GBF, un haut parleur, et de la poudre (du liège par exemple)) et pour les premiers modes cela marche toujours très bien.

Ensuite vient le rôle du résonateur à mettre en lien avec la partie "résonance" du cours de Méca.

Il y a aussi les fréquences de résonances de l'air enfermé dans la cavité.

Beaucoup plus difficile, et finalement hors d'atteinte dans le cadre du TIPE, sont les interactions entre le fut et la membrane et l'air.

J'ai un article intéressant d'un vieux belin pour la science sur les timbales, si besoin, je peux essayer de le scanner.

Mon site ; soundCloud Classique/electro/metal ; soundCloud Punk ; Telecharger "Le néant s'honore"

Adb

Nouvel·le AFfilié·e

Membre depuis 13 ans

24 Posté le 25/05/2013 à 12:45:49

Désolé du temps de réponse, je n'ai pas reçu de mail me disant que vous aviez écrit sur la page donc merci beaucoup et désolé (comme dab, ça devient récurent ^^)

Tout d'abord je suis moi aussi en PT et donc il est vrai que notre programme n'est pas du tout en accord avec cette partie de la physique. Je ne te dirais pas de ne pas partir sur ce un sujet sur le son mais sache qu'il y a beaucoup de terme qu'il faudra que tu apprennes et qu'il y a sans doute bien plus simple...

Ensuite je vais m'intéressé de plus près a tout ce qui est "mode" et compagnie car cela me permettrait de faire un réel lien avec le thème "invariance et similitude" donc si vous avez des infos je suis bien évidemment preneur. Je vais donc me renseigner sur la méthode des figures de Chladni (qui de nom ne me dit rien du tout ^^" par contre l’expérience a l'air tout bête). Je ne comprend cependant pas très bien l’intérêt de tracer des diagrammes de Bode pour analyser les modes de la peau.

Enfin pour ce qui est de l'interaction entre la membrane et l'air je crois cela me parait bien compliqué et je ne suis pas certain que cela colle parfaitement a mon sujet. Pour être franc je n'aurais pas le temps de développer une autre partie. J'ai déjà du mal a étudier les courbes que j'ai obtenues. Je ne sais pas si l'un de vous s'y connait en "transformées de Fourier" et donc nos pas en "décompositions de Fourier" ce qui serait bien trop simple car bien évidemment il n'y a pas d'harmoniques bien distincts mais plutôt une suite de pics plus ou moins ordonnés comme s'il y avait du bruitage alors que le son paraissait plutôt net. Étant donné que le but de mon tipe est de souligner que les harmoniques ne sont pas proportionnels au fondamentale, si je n'arrive même pas a bien les identifier c'est la merde. Donc bon je vais me démerder la dessus par contre c'est vrai que je ne m'y connait pas très bien en modes et tout ça donc merci de lâcher les infos.

Merci encore a tous.
Adb

Hohman

4086