Journe des Jeunes Chercheurs 2003 Jeremy Marozeau IRCAM

Journée des Jeunes Chercheurs 2003 Jeremy Marozeau IRCAM L’effet de la fréquence fondamentale sur le timbre des sons musicaux 4ème année en thèse ATIAM, financée par le Fond National Suisse Dirigé par A. de Cheveigné, IRCAM en collaboration avec D. Wessel, CNMAT, UC Berkeley et le LMA Marseille

But: Etudier l’effet perceptif que peut avoir la fréquence fondamentale (F 0) sur le timbre des instruments de musique.

La psychoacoustique: Perceptif Physique Sonie Intensité Durée Longueur du signal Hauteur F 0 Timbre Descripteurs: (Attaque, CGS, …)

Analyse Multidimensionnelle de jugements de dissemblance: Matrice des dissemblances perceptives Evénements sonores A C B A A D B C D 3 5 6 1 5 B 2 C 4 2 D 5 6 3 2 Relations perceptives Configuration géométrique (choix du modèle spatial) A AB C D B C Interprétation par l'expérimentateur (explication psychophysique) 1 D C D 2 D B A D 3 D Programme d'analyse multidimensionnelle • • •

Exemple d’espace perceptif de timbre. Mc. Adams et Al. (1995) Piano frotté Clarinette Trompette

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

La psychoacoustique: Perceptif Physique Sonie Intensité Durée Longueur du signal Hauteur F 0 Timbre Descripteurs: (Attaque, CGS, …)

La psychoacoustique: Perceptif Physique Hauteur F 0 Sonie Intensité Durée perçue Durée physique Timbre ? CGS Impulsivité Flux spectral etc. .

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ? Hypothèses: I) Invariance II) changement isometrique III) changement non-isometrique

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ? Hypothèses: I) Invariance II) changement isometrique III) changement non-isometrique

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ? Hypothèses: I) Invariance II) changement isometrique III) changement non-isometrique

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ? Hypothèses: I) Invariance II) changement isometrique III) changement non-isometrique

Comment cet espace varierait-il si la fréquence fondamentale changeait ? Les corrélats acoustiques varient-ils ?

La psychoacoustique: Perceptif Physique Hauteur F 0 Sonie Intensité Durée perçue Durée physique Timbre ? CGS Impulsivité Flux spectral etc. .

Le centre de gravité spectral (CGS): CGS

Analyse acoustique Stable pour tout F 0 CGS Horn

Analyse acoustique Change avec la F 0 CGS Violin

Analyse acoustique Stable, puis change avec f 0 CGS

Expérience I: Stimuli • 3 F 0 s : B 2, C# 3, Bb 3 • Durée : 1. 5 secondes • 12 instruments dont: 10 instruments extraits de la base de donnée SOL 2 cuivres • Trompette • cor 2 cordes frottées 3 bois • Contrebasse • Hautbois • Violon • Clarinette • Flûte 3 cordes pincées • Guitare • Harpe • Violon pizzicato. • 2 instruments synthétiques • Synth. A • Synth. B

Experiment I: 12 instruments (66 pairs) 3 sessions 3 matrices de dissemblance 3 espaces de timbre Fl 1 Tr 1 Vl 1 B 2: 247 Hz => => Fl 1 Tr 1 0. 2 Vl 1 0. 4 Vl 1 Tr 1 Fl 1 0. 3 Fl 2 Tr 2 Vl 2 C#3: 277 Hz => Fl 2 => Tr 2 0. 8 Vl 2 0. 2 => Fl 3 Tr 3 => Tr 3 0. 1 Vl 3 0. 6 Vl 2 0. 6 Fl 3 Tr 3 Vl 3 Bb 3: 466 Hz Fl 2 Tr 2 0. 4 Vl 3 Fl 3

Matrice de Dissemblance Exp. I - B 2 Guitare Harpe Violon pizz Violon Bass Synth A Synth B Haubois Clarinette Flute cor Trompette

Matrice de Dissemblance Exp I B 2 Bb 3 C#3 0. 88 0. 80 0. 89 Gu = guitare; Hr = harpe; Vp = violon pizz. ; Vl = violon; Ba = bass; SA = synth. A; SB = synth. B; Ob = hautbois; Cl = clarinette; Fl = flute; Ho = cor; Tr = trompette.

Espace de timbre MDS Exp. I - B 2

Espaces de timbre MDS Exp. I B 2 C#3 Bb 3

Experience II: 12*2 instruments (144 paires) 2 matrices de dissemblance 2 sessions Fl 1 Tr 1 Vl 1 B 2 : 247 Hz C#3: 277 Hz B 2 : 247 Hz Bb 3: 466 Hz => Fl 2 0. 5 0. 4 Tr 2 0. 1 0. 6 Vl 2 0. 4 0. 3 0. 7 Fl 1 Tr 1 Vl 1 => Fl 3 0. 0 0. 6 0. 9 Tr 3 0. 5 0. 1 0. 3 Vl 3 0. 1 0. 3 0. 4

Matrice de Dissemblance Exp. II- B 2/C#3 B 2 Guitar Harp Violin pizz Violin Bass Synth A Synth B Oboe Clarinet Flute Horn Trumpet C#3

Matrice de Dissemblance Exp. II-B 2/Bb 3 B 2 Exp. II-B 2/C#3 Bb 3

Hypothèses: II) changement isometrique

Conclusions • Le timbre est stable malgré de petites variations avec la F 0. • Ces variations sont idiosyncratiques • La tâche est possible: les sujets peuvent ignorer une différence de F 0.

Experiment III: 9*2 instruments (153 pairs) 1 sessions 1 dissimilarity matrix 1 Timbre space Fl 1 Tr 1 Vl 1 Fl 2 Tr 2 Vl 2 Fl 1 B 2 C#3 Tr 1 0. 5 => Vl 1 0. 2 0. 4 Fl 2 0. 1 0. 6 Tr 2 0. 7 0. 4 0. 3 1 Vl 2 0. 5 0. 9 0. 1 0. 0 0. 3 => Vl 1 Vl 2 Fl 1 Tr 2 Tr 1

Dissimilarity Matrices Exp. III - B 2/C#3 = Exp. I- B 2 0. 95 Exp. I & II = Exp. II- B 2/C#3 = Exp. I- C#3 B 2 C#3

Timbre Spaces MDS B 2 - C#3

Timbre Spaces MDS B 2 - Bb 3

Physical Correlation First dimension Good correlation coefficient with the impulsiveness of the stimuli. Exp. I-B 2 = 0. 97, Exp. I-C#3 = 0. 96, Exp. I-Bb 3 = 0. 94 Second dimension Good correlation coefficient with the spectral centroid. Exp. I-B 2 = 0. 99, Exp. I-C#3 = 0. 89, Exp. I-Bb 3 = 0. 91

Physical Correlations the Exp I with CGS Absolu Correlation Coefficient = 0. 87 B 2 C#3 Bb 3

Physical Correlations the Exp I with CGS Relatif Correlation Coefficient = 0. 60 B 2 C#3 Bb 3

Physical Correlations (Proposition) the Exp I with CGS Absolu - F 0 Correlation Coefficient = 0. 91 B 2 C#3 Bb 3

Experiment I: Stimuli (2) • 2 synthetic instruments 2 3 3

Experiment II: Synth. A versus Synth. B

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