PHD defence : Energy-based modeling and simulation for sound synthesis: application to a quasi-1D vocal apparatus - Part 1

Thomas Risse doctorant au sein de l’ED SMAER a effectué sa recherche intitulée « Energy-based modeling and simulation for sound synthesis: application to a quasi-1D vocal apparatus » au sein de l’équipe S3AM de STMS (IRCAM, Sorbonne Université, CNRS, Ministère de la Culture) sous la direction de Thomas Hélie et co-encadrée Fabrice Silva.

Le jury est composé de :

• Brad STORY, Rapporteur
• Paul KOTYCZKA, Rapporteur,
• Michele DUCCESCHI, Examinateur
• Nathalie HENRICH BERNARDONI, Examinatrice
• Yann LE GORREC, Examinateur
• David ROZE, Examinateur

Résumé
Ce travail porte sur la modélisation et la simulation énergétiquement bien posées de l'appareil vocal. La production vocale résulte de l'interaction non linéaire de multiples domaines physiques, notamment la dynamique des fluides, la mécanique des tissus et l'acoustique. Afin de capturer cette complexité tout en préservant la cohérence énergétique, le formalisme Hamiltonien à ports est utilisé. Ce cadre permet la construction modulaire de composants individuels et leur interconnexion au sein d'un système unifié à bilan de puissance équilibrée.
Une attention particulière est accordée à la construction et à la sélection d'un modèle fluide quasi unidimensionnel adapté pour représenter l'écoulement de l'air à travers l'ensemble de l'appareil vocal, de la région sous-glottique aux lèvres. Des simulations numériques sont réalisées dans diverses configurations, notamment avec un conduit vocal isolé et un larynx auto-oscillant isolé, et les résultats sont comparés aux données de référence de la littérature. Les signaux de puissance explicites fournis par la formulation hamiltonienne à ports offrent un aperçu précieux du comportement énergétique du mécanisme de production vocale. En guise de démonstration finale, le modèle couplé complet (larynx et conduit vocal) est utilisé pour simuler l'articulation d'une diphtongue en conditions d'auto-oscillation.
Une deuxième partie du travail se concentre sur le développement de méthodes numériques efficaces pour la simulation. En particulier, une contribution est apportée aux méthodes de la variable auxiliaire (SAV) grâce à l'introduction d'un nouveau terme de stabilisation. L'approche proposée améliore la stabilité au long terme des simulations. Si l'application directe au modèle de l'appareil vocal reste un objectif pour les travaux futurs, la méthode est testée sur un modèle de corde non linéaire, démontrant son efficacité. Une implémentation temps réel et un prototype d'interface de contrôle sont également présentés.