Projet ANR-14-CE07-0014 – MAESSTRO : Modélisations Acoustiques, Expérimentations et Synthèse Sonore pour Tables d’haRmonie de pianO
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Xavier Boutillon (École Polytechnique - Laboratoire de Mécanique des Solides - UMR7649)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire Vibrations Acoustiques; SARL SPCP; Unité de Mécanique
Montant : 470919.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Le réseau de la facture française de piano s’est progressivement dépeuplé de ses acteurs industriels et de facteurs capables de concevoir et de fabriquer un piano de A à Z. Après la fermeture partielle de Pleyel, seule subsiste dans cette situation la société SPCP qui conçoit des pianos pour d’autres firmes (étrangères) et fabrique des pianos à queue haut-de-gamme.
La conception de pianos repose sur des bases empiriques et progresse par l’amélioration marginale de schémas existants. En rupture avec cet univers quasi-stable, une innovation récente de S. Paulello (agrafes d’accroche des cordes sur la table) élimine la nécessité que la corde appuie sur la table. La disparition de l’importante contrainte normale correspondante permet de faire évoluer l’architecture traditionnelle de la table (voûte précontrainte, raidisseurs) dans le sens de l’allègement, favorable à la puissance sonore. S. Paulello a déjà commencé de mettre en œuvre des tables planes, sans raidisseurs, à structure sandwich. Exploiter le potentiel de cette innovation nécessite un renouveau des méthodes de conception afin d’éviter la construction d’un grand nombre de prototypes sans avenir.
MAESSTRO vise à compléter certaines connaissances sur la vibro-acoustique de la table de piano, proposer un logiciel de synthèse sonore pour la CAO de tables d’instruments de musique, et proposer de nouvelles architectures de tables de piano (structure sandwich, composites ou non) et des méthodes pour leur optimisation.
Les connaissances que nous avons acquises récemment sur la vibration de la table d’harmonie comprennent un modèle semi-analytique, à petit nombre de paramètres et un modèle numérique, à grand nombre de paramètres, tous deux valables jusqu’à plusieurs kHz. Un travail en cours au LVA vise à adapter au cas du piano une approche analytique de la vibration de structures orthotropes barrées. Enfin, un pas décisif a été franchi récemment par un chercheur associé au projet dans la prédiction de la localisation de la vibration (dont la localisation d’Anderson) dans les systèmes hétérogènes ou irréguliers. Les connaissances visées portent sur la prise en compte des caractéristiques locales de la table dans la description de sa vibration, la prédiction de la localisation et l’extension au rayonnement de la description par un nombre réduit de grandeurs vibratoires.
Les meilleures synthèses de sons de piano (sampling ou modélisation numérique du problème vibro-acoustique complet) sont inadaptées à l’aide à la conception (par nature ou en raison de temps de calcul trop longs). La méthode de synthèse sonore proposée ici s’adresse aux seuls facteurs dans l’objectif de refléter le mieux possible les changements apportés dans le son par des modifications structurelles. Elle intégrera les connaissances déjà acquises ou apportées par MAESSTRO.
La fabrication de tables d’harmonie en matériaux composites (guitares, instruments à archet, clavecin, quelques pianos) date pratiquement de l’apparition de ces matériaux mais les méthodes de conception se sont le plus souvent limitées à l’imitation des propriétés dynamiques du bois, complétée par de l’empirisme. L’obtention récente de modèles et de paramètres décrivant avec succès la vibration d’une table sur une large étendue fréquentielle fournit des critères de conception et d’optimisation. Des méthodes récentes d’optimisation pour des stratifiés (algorithmes génétiques) seront transposées à ces critères vibratoires et plusieurs tables sandwich seront ainsi fabriquées, mises en œuvre et testées. Les moyens technologiques mis en œuvre permettront des variations locales des raideurs et directions d’anisotropie.
Des retombées économiques de MAESSTRO sont prévisibles en facture de pianos – lancement d’une petite série de pianos 1/4 de queue de haute qualité en matériaux composites et d’instruments à l’accord stabilisé pour écoles de musique – pour la facture d’autres instruments, en lutherie virtuelle et en vibro-acoustique industrielle.