École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

Les vibrations des instruments de percussion non-linéaires (famille regroupant les gongs et les cymbales) présentent des comportements complexes et des caractéristiques propres aux systèmes non-linéaires en conditions normales de jeu. On peut notamment citer le spectre continu et à large bande en vibrations de grande amplitude et la sensibilité aux conditions initiales. Le but de cette étude est de fournir un début de modélisation de ces structures, en vue de comprendre les mécanismes de génération du son et de contribuer à l'établissement d'un modèle pour la synthèse sonore. Dans une première partie sont présentés des résultats expérimentaux conduits sur un tam-tam chinois, lorsque celui-ci est excité à l'une de ses résonances par une force harmonique. Cela permet d'identifier des phénomènes non-linéaires simples, comme une dépendance en l'amplitude des vibrations de la fréquence des oscillations libres, des résonances hystérétiques associées à des phénomènes de saut entre différents régimes de vibration, et des échanges d'énergie entre modes propres résultant de combinaisons de résonances. Une deuxième partie est consacrée à la modélisation des instruments de percussion par des plaques circulaires élastiques à bord libre, en grand déplacement et rotations modérées. Le modèle non-linéaire de Von-Karman est utilisé et son domaine de validité est discuté. Les équations non-linéaires aux dérivées partielles sont ensuite projetées sur la base des modes propres. Le cas particulier où la vibration n'est gouvernée que par un mode est étudié en détail: un modèle analytique de comportement est établi et validé par une étude expérimentale. Lorsque le mode considéré est asymétrique, le couplage entre les deux modes propres dégénérés est prédit quantitativement de façon très précise, au moyen d'un recalage du modèle. Dans une troisième partie, on étudie des systèmes à un degré-de-liberté, composés de barres élastiques articulées. Une interprétation physique des non-linéarités géométriques est tout d'abord proposée. Ces modèles permettent ensuite d'expliquer les comportements unimodaux du tam-tam. L'influence de la géométrie de la structure (à travers sa courbure et son épaisseur) sur l'incurvation des courbes de résonance et la distortion harmonique des signaux de vibrations est clairement établie.