Production de son par couplage écoulement/résonateur : Étude des paramètres de facture des flûtes par expérimentations et simulations numériques d'écoulements
Résumé
This work is about sound production by the interaction between a jet flow and a resonator : the coupling is very sensitive to small geometric details of the flue. For instance, in the recorder making, chamfers are essential at the flue exit to provide a good sound quality and stability, as well as a good playing comfort. High speed flow visualisations together with numerical simulations show that the shape of the flue has a small influence, compared to the Reynolds number of the flow, on the jet birth. The flue geometry is thus expected to influence mainly the interaction between the jet and the acoustic flow. A simple analytical model of the jet receptivity to transverse perturbation, taking into account the shape of the flue, is developed. The behaviour of the model is studied in the case of a simple oscillator. Experimentally, the behaviour of a recorder, which flue can be changed, is studied, played with an artificial mouth, and players adaptation to the geometry is also considered. Finally, the study of a recorder family reveals that the makers adapts the excitator geometry with two aims : on one hand, the sound is made homogeneous among the instruments by enriching the sound of lower notes. On the other hand, the mouth pressure needed to play are of the very same order of magnitude with all the recorders of the family.
Ce travail porte sur la production de son par interaction entre un écoulement et un résonateur : le couplage est affuté de manière importante par le détail géométrique de la lumière comme en témoigne la facture de la flûte à bec, dans laquelle des chanfreins sont taillés à la sortie du canal. Ce point de facture est considéré comme étant crucial, tant pour le timbre et la stabilité de l'instrument que pour le confort de jeu de l'instrumentiste. Des visualisations de naissances de jets à la caméra rapide complétées par des simulations numériques révèlent que la géométrie de la sortie du canal a une influence sur le comportement du jet faible par rapport au nombre de Reynolds de l'écoulement, et indiquent que le rôle joué par les chanfreins se situe dans l'interaction entre le jet et le champ acoustique issu du résonateur de l'instrument. Un modèle analytique simple de réceptivité d'un jet soumis à une perturbation transverse est développé, tenant compte de la géométrie de la lumière. Ce modèle est étudié dans le cas d'un oscillateur simple. Le comportement d'un instrument dont la géométrie du système excitateur peut être changée est étudié à la bouche artificielle, et l'adaptation du contrôle exercé par un instrumentiste est considérée. Enfin, l'étude d'une famille de flûtes révèle que le facteur adapte la géométrie de l'excitateur dans chaque instrument dans deux buts : d'une part le spectre des notes des flûtes les plus graves est enrichi. D'autre part, les pressions de jeu sont du même ordre de grandeur pour tous les instruments.
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