Jeremy Marozeau IRCAM

Jeremy MarozeauIRCAM

4ème année en thèse ATIAM,financée par le Fond National Suisse

Dirigé par A. de Cheveigné, IRCAMen collaboration avec

D. Wessel, CNMAT, UC Berkeleyet le LMA Marseille

L’effet de la fréquence fondamentale sur le timbre des sons musicaux

Journée des Jeunes Chercheurs 2003

But:

Etudier l’effet perceptif que peut avoir la fréquence fondamentale (F0) sur le timbre des instruments de musique.

La psychoacoustique:

Perceptif Physique

Hauteur

Sonie

Durée

Timbre

F0

Intensité

Longueur du signal

Descripteurs:(Attaque, CGS, …)

Analyse Multidimensionnellede jugements de dissemblance:

A

B

C

D

Relationsperceptives

Interprétation par l'expérimentateur

(explication psychophysique)

Configuration géométrique(choix du modèle spatial)

AB C D

A

B CD

AB

C

D

3D2D1D • • •

Programme d'analyse multidimensionnelle

Evénements sonores

A

A

B C D

B

C

D

3

3

5

5

5

6

6

12

2

2

4

Matrice des dissemblances perceptives

Exemple d’espace perceptif de timbre.

McAdams et Al. (1995)

piano frotté cor

trompette

trombone

harpe

hybride trompette/

guitare

hybride hautbois/célesta

vibraphone

clavecin

cor anglais

basson

clarinette

hybride vibraphone/

trombone

hybride hautbois/ clavecin

guitare

corde frottée

piano

hybride guitare/

clarinette

Dimension 1 (temps

d'attaque)

Dimension 2 (centroïde spectral) Dimension 3

(flux spectral)

long

court

grave

aiguplus

moinsClarinette

Piano

Piano frotté

Trompette

Question:

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ?


Perceptif Physique

Hauteur

Sonie

Durée

Timbre

F0

Intensité

Longueur du signal

Descripteurs:(Attaque, CGS, …)


Perceptif Physique

Hauteur

Sonie

Durée perçue

Timbre

F0

Intensité

Durée physique

? CGSImpulsivité

Flux spectraletc ....


Hypothèses:

I) Invariance

II) changement isometrique

III) changement non-isometrique


Hypothèses:

I) Invariance




Hypothèses:

I) Invariance




Hypothèses:

I) Invariance




Les corrélats acoustiques varient-ils ?


Perceptif Physique

Hauteur

Sonie

Durée perçue

Timbre

F0

Intensité

Durée physique

? CGSImpulsivité

Flux spectraletc ....

Le centre de gravité spectral (CGS):

CGS

Analyse acoustique

CGS

Stable pour tout F0

Horn

Analyse acoustique

CGS

Change avec la F0

Violin

Analyse acoustique

CGS

Stable, puis change avec f0

• 3 F0s : B2, C# 3, Bb 3• Durée : 1.5 secondes • 12 instruments dont:

2 cuivres 2 cordes frottées 3 bois 3 cordes pincées

• Trompette• cor

• Contrebasse• Violon • Clarinette

• Hautbois

• Flûte • Violon pizzicato.• Harpe• Guitare

• SynthB• SynthA

•2 instruments synthétiques

Expérience I: Stimuli

10 instruments extraits de la base de donnée SOL

Experiment I: 12 instruments (66 pairs)

3 matrices de dissemblance

3 sessions 3 espaces de timbre

B2: 247 HzFl1

Tr1

Vl1

Fl1 Tr1 Vl1

0.2

0.4 0.3

=>Vl1 Tr1

Fl1=>

C#3: 277 HzFl2

Tr2

Vl2

Fl2 Tr2 Vl2

0.8

0.2 0.6

=>Vl2

Tr2Fl2

=>

Bb3: 466 HzFl3

Tr3

Vl3

Fl3 Tr3 Vl3

0.1

0.6 0.4

=> Vl3

Tr3

Fl3=>

Matrice de Dissemblance

GuitareHarpe

Violon pizzViolon

BassSynth ASynth BHaubois

ClarinetteFlute

corTrompette

Exp. I - B2

Matrice de Dissemblance Exp I

B2 C#3 Bb3

0.88 0.89 0.80

Gu = guitare; Hr = harpe; Vp = violon pizz.; Vl = violon; Ba = bass; SA = synthA;

SB = synthB; Ob = hautbois; Cl = clarinette; Fl = flute; Ho = cor; Tr = trompette.

Espace de timbre MDSExp. I - B2

Espaces de timbre MDS Exp. I

B2 C#3 Bb3

Experience II: 12*2 instruments (144 paires)

2 matrices de dissemblance

2 sessions

B2 : 247 HzBb3: 466 Hz

B2 : 247 Hz C#3: 277 Hz

=>

Fl1 Tr1 Vl1

Fl2

Tr2

Vl2

0.2

0.4 0.3

0.2 0.40.5

0.7

0.1 0.6

Fl3

Tr3

Vl3

0.5

0.1 0.3

0.0 0.90.6

0.4

0.1 0.3

Fl1 Tr1 Vl1

=>

Matrice de Dissemblance

GuitarHarp

Violin pizzViolin

BassSynth ASynth B

OboeClarinet

FluteHorn

Trumpet

Exp. II- B2/C#3

C#3

B2

Matrice de Dissemblance ExpII

Exp. II-B2/C#3 Exp. II-B2/Bb3

B2 B2

C#3 Bb3

Hypothèses:


Conclusions

•La tâche est possible: les sujets peuvent ignorer une différence de F0.

• Le timbre est stable malgré de petites variations avec la F0.

• Ces variations sont idiosyncratiques

1 dissimilarity matrix

1 sessions 1 Timbrespace

Experiment III: 9*2 instruments (153 pairs)

Vl1Fl1

Tr1Fl2Vl2

Tr2

=>B2

C#3

=>

Fl1 Tr1 Vl1 Fl2 Tr2 Vl2

Fl1

Tr1

Vl1

Fl2

Tr2

Vl2

0.2

0.4 0.3

0.2

0.4

0.5

0.7

0.1 0.6

0.5 0.9 0.1 0.0

1

0.3

0.95

Exp. I & II

B2

C#3

Exp. III - B2/C#3Dissimilarity Matrices

B2 C#3

= ExpI- B2

= ExpI- C#3= ExpII- B2/C#3

Timbre Spaces MDS

B2 - C#3

Timbre Spaces MDS

B2 - Bb3

Physical Correlation

First dimensionGood correlation coefficient with the impulsiveness of the stimuli.

Exp.I-B2 = 0.97, Exp.I-C#3 = 0.96, Exp.I-Bb3 = 0.94

Second dimensionGood correlation coefficient with the spectral centroid.

Exp.I-B2 = 0.99, Exp.I-C#3 = 0.89, Exp.I-Bb3 = 0.91

Physical Correlations the Exp I with CGS Absolu

B2

C#3

Bb3

Correlation Coefficient = 0.87

Physical Correlations the Exp I with CGS Relatif

B2

C#3

Bb3


Physical Correlations (Proposition) the Exp I with CGS Absolu - F0

B2

C#3

Bb3


•2 synthetic instruments

Experiment I: Stimuli (2)

2

3

3

Experiment II:

SynthA versus SynthB

Fréquence Fondamentale:

Inverse de la période d’un son periodique. Bon prédicteur de la hauteur musicale perçue.

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