Synthétisation d`un orgue

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Synthétisation
d’un orgue
Analyse et Simulation
Christoph Walker
Matthias Kolly
Noé Lutz
Michel Kaltenrieder
3 mars 2004
Table des matières:
1 Introduction....................................................................... 2
Michel 31.3.04 11:04
Gelöscht: hèmes
2 Equipement utilisé ............................................................ 2
3 Échantillons ....................................................................... 4
Matthias Mahr 1.5.08 16:14
5 Conclusion ......................................................................... 8
Gelöscht: 4
Gelöscht: 3
Michel 31.3.04 11:04
Gelöscht: Fehler! Es wurden keine Einträge für
das Inhaltsverzeichnis gefunden.
Fehler! Formatvorlage nicht definiert.
Synthétisation d’un orgue
Fehler! Formatvorlage nicht definiert.Fehler! Formatvorlage nicht definiert.
1
Gelöscht: Synthétisation d’un orgue
Introduction
Le but de ce projet était de synthétiser les différents sons des registres d'un orgue a pipe. Pour
cela il fallait d'abord enregistrer les sons ainsi de les analyser (FFT - Analyse de fréquence). Pour
la reproduction des sons (synthétisation) on s'est servi uniquement des coefficients de la
transformation de fourrier correspondante. Tout cela naturellement avec le but de garder une
qualité de son acceptable.
Les enregistrements se sont fait dans l'église de Prez-vers-Noréaz. Cet orgue comporte les
registres suivants :
Bourdon
FluteDouce
FluteDouceGambe
Gambe
Mixture
Octave8
Prestant
Principale
Salicional
SousBasse
Trompette
Voix Celeste
VoixCeleste_Salicional
Michel 31.3.04 11:08
Gelöscht: frequence
Michel 31.3.04 11:08
Gelöscht: relatif
Michel 31.3.04 11:09
Gelöscht: s ça
Michel 31.3.04 11:10
Gelöscht: L'orgue qui se situ la-bas date de
[ORGEL_DATE] et se classe comme [enum: Barock,
Romantik]. Elle contient [Anzahl_Pfeifen] pipes
repartis sur les registres suivantes:
Michel 31.3.04 11:07
Gelöscht: and
Michel 31.3.04 11:07
Gelöscht: e
Michel 31.3.04 11:07
Gelöscht: e
2
Equipement utilisé
Michel 31.3.04 13:04
Gelöscht:
Formatiert: Seitenzahl, Englisch (USA)
Laptop
- Stockage des
samples
Carte son externe
Préamplificateur
Microphone
- Conversion A/D
du son (24 bits)
- Sortie Firewire
Gelöscht: 3 mars 2004
2.1
Description:
Processeur:
Memory:
Laptop
Michel 31.3.04 13:04
Acer TravelMate 290 (Centrino)
Intel Pentium M 1.3GHz
512MB DDR
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
-2-
3 mars 2004
2.2
Description:
Carte son
MOTU 896 FireWire
Carte son externe, connexion par FireWire.
2.3
Microphone
Microphone à condensateur actif avec caractéristique cardioïde.
On c'est décidé de prendre un tel microphone parce que ça nous permettait, grâce à la
caractéristique cardioïde, de bien définir la zone d’où les sons arrivent. Ce procédé nous a permis
de limiter une partie des bruits indésirables.
Michel 31.3.04 11:11
Gelöscht: lorsque de
Michel 31.3.04 11:11
Gelöscht: Ca
Michel 31.3.04 11:12
Gelöscht: supprime déjà la plus part d
Michel 31.3.04 11:12
Gelöscht: souhaitables
Source de
son
Michel 31.3.04 13:04
Gelöscht:
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
-3-
3 mars 2004
3
Bourdon
C0.wav
C2.wav
Prestant
C1.wav
C2.wav
FluteDouce
C0.wav
C2.wav
C4.wav
Principal
C0.wav
C0_E0_G0.wav
C1.wav
C1_E1_G1.wav
C1_synte.wav
C1_synte_.wav
C2.wav
C2_E2_G2.wav
C3_E3_G3.wav
G0.wav
G1.wav
G2.wav
Gambe
C0.wav
C2.wav
C4.wav
Mixture
C0.wav
C0_F0.wav
MontreNoé.wav
Octave8
C0.wav
C1.wav
C2.wav
Échantillons
FluteDouceGambe
C0.wav
C2.wav
C4.wav
Salicional
C0.wav
C1.wav
C3.wav
C4.wav
G0.wav
G3.wav
SousBasse
C0.wav
C1.wav
C2.wav
Silence.wav
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: and
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: e
Trompette
C1.wav
C2.wav
Voix Céleste
C1.wav
C3.wav
C4.wav
G1.wav
G3.wav
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: Celeste
VoixCéleste_Salicional
C1.wav
C3.wav
C4.wav
G1.wav
G3.wav
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: VoixCeleste
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: e
Michel 31.3.04 11:13
Gelöscht: e
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
-4-
3 mars 2004
4
Analyse
4.1
Enregistrement
La qualité du son est dépendante d’une quantité innombrable de facteurs. Le choix de type et de
l’emplacement du microphone en est un particulièrement important. Il nous a fallu plusieurs
essais pour trouer le son optimal. Voici notre choix:
Michel 31.3.04 11:14
Gelöscht: de plusieurs facteurs
Michel 31.3.04 11:15
Gelöscht: .
Michel 31.3.04 11:15
Gelöscht: En garantissant du matériel de bonne
qualité il faut ensuit trouver le meilleur type de
microphone (cardioïde ou directionnel) et le meilleur
emplacement de ce dernier
7.3m
Michel 31.3.04 11:19
Montre
Gelöscht: n
Michel 31.3.04 11:18
Gelöscht: fallait
Michel 31.3.04 11:19
Gelöscht: ver le meilleur son
Michel 31.3.04 11:19
Gelöscht:
4.2m
Table de jeux
Microphone
4.2
Code
4.2.1 compareSounds.m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
% compareSounds
% fichier qui compare un do enregistre avec un do calcule
function compareSounds
PATH
= '/Users/noe/Documents/eif/2D/analyse et simulation/projet/AS07 - orgue/';
% notes a disposition
NoteList
= {'Bourdand/C0.mat';'Bourdand/C2.mat';'FluteDouce/C0.mat';'FluteDouce/C2.mat';'Flut
eDouce/C4.mat';'FluteDouceGambe/C0.mat';'FluteDouceGambe/C2.mat';'FluteDouce
Gambe/C4.mat';'Gambe/C0.mat';'Gambe/C2.mat';'Gambe/C4.mat';'MATHLAB/test.mat
';'Mixture/C0.mat';'Octave8/C0.mat';'Octave8/C1.mat';'Octave8/C2.mat';'Prest
ant/C1.mat';'Prestant/C2.mat';'Principale/C1.mat';'Principale/C2.mat';'Salic
ionale/C0.mat';'Salicionale/C1.mat';'Salicionale/C3.mat';'SousBass/C0.mat';'Sou
sBass/C1.mat';'SousBass/C2.mat';'Trompet/C1.mat';'Trompet/C2.mat';'Voix Celeste/C1.mat';'Voix Celeste/C3.mat';'Voix Celeste/C4.mat';'VoixCeleste_Salicionale/C1.mat';'VoixCeleste_Salicionale/C3.m
at';'VoixCeleste_Salicionale/C4.mat'};
Fs
= 44100;
NoteAJouer = [19 20 19 20 19 20]; % principale C1 C2
octave
= [0 -1 1
0 2 1];
-5-
3 mars 2004
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
yOut
= 0;
for i=1:size(NoteAJouer,2)
% charger la matrice
load(char(strcat(PATH,NoteList(NoteAJouer(i)))));
end
% generation du son & adaptation de l'amplitude
y
= generateNote(maxValues,1,1,octave(i),Fs,0)*(1/i);
yPlot = abs(fft(y));
subplot(size(NoteAJouer,2),1,i); plot(yPlot(1:1000));
% generateNote returns a vector of size duration*Fs
yOut = [yOut y];
% ---------------------------------------------------------------% adaptation de l'amplitude
yOut = yOut / 1000 * 0.2;
% --------------------------------------------------------------% Ecriture du wav syntetise
wavwrite(yOut,Fs,'compareSounds.wav');
end
4.2.2 synthétiser.m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
% synthetise:
% programme qui permet de synthetiser tous nos sons enregistres puis de
% sauvegarder la matrice de valeurs maximums dans un fichier binaire
% ([frequence amplitude]). De cette facon nous pouvons separer
% l'application qui joue le morceau de l'application qui synthetise les
% sons
%
function synthetiser
% repertoire principale
PATH
% nombre de coefficients qu'on va utiliser pour synthetiser le son
NBR_KOEFF = 50;
% liste de tous les fichiers qu'on veut synthetiser.
NoteList = {'Bourdand/C0';'Bourdand/C2';'FluteDouce/C0';'FluteDouce/C2';'FluteDouce/C4';'Flut
eDouceGambe/C0';'FluteDouceGambe/C2';'FluteDouceGambe/C4';'Gambe/C0';'Gambe/C2';'G
ambe/C4';'Mixture/C0';'Octave8/C0';'Octave8/C1';'Octave8/C2';'Prestant/C1';'
Prestant/C2';'Principale/C1';'Principale/C2';'Salicionale/C0';'Salicionale/C
1';'Salicionale/C3';'SousBass/C0';'SousBass/C1';'SousBass/C2';'Trompet/C1';'
Trompet/C2';'Voix Celeste/C1';'Voix Celeste/C3';'Voix Celeste/C4';'VoixCeleste_Salicionale/C1';'VoixCeleste_Salicionale/C3';'VoixCel
este_Salicionale/C4'};
% pour chaque fichier
for i=1:size(NoteList,1)
% Lecture du fichier
% ----------------------------------------------------------------
FName = char(NoteList);
FName = FName(i,:);
% lire le fichier wave
[y,Fs,bits]=wavread([PATH strcat(FName,'.wav')]);
y=y(:,1); % prendre qu'une piste (on est en mono)
% FFT
% ---------------------------------------------------------------% couper le son. on garde uniquement le son dans son etat stabilise
y=y(100000:150000);
% obtenir un nombre d'echentillions qui est une puissance de 2
n=2^floor(log2(size(y,1)));
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
f=Fs*(0:n)/n; % echelle des frequences
z=fft(y,n+1); % vecteur complex de la transformation de fourier
c=abs(z);
% vecteur d'arguments des nombres complex
-6-
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Michel 31.3.04 13:04
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39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
% recherche les maxima
% ---------------------------------------------------------------c(1:20)=0;
maxValues=[];
for i=1:NBR_KOEFF
% recherche maximum local
[cmax,k]
= max(c(1:n/2+1));
% enregistrer la valeur de l'amplitude et sa frequence
maxValues(i,:) = [Fs*k/n cmax];
% applatir les valeurs autour du maximum
c(k-20:k+20)
= 0;
end
% sauver les maxValues.
% ---------------------------------------------------------------% enregistrer la matrice dans un fichier binaire
filename = strcat(strcat(PATH,FName),'.mat')
save(filename,'maxValues');
end
end
4.2.3 generateNote.m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
% function qui genere une note d'apres le vecteur des valeurs maximum
% l'octave de reference est 0
function noteOut = generateNote( maxValues, duration, note, octave, Fs, addAttack)
% frequences from DO to SI in Hz
frequencies = logspace(log10(1),log10(2),13);
octave = 2^octave;
t=(1:duration*Fs)/Fs;
y=0;
for i=1:size(maxValues,1);
y = y + maxValues(i,2) *
sin(maxValues(i,1)*frequencies(note)*octave*2*pi*t);
end
if addAttack
% attaque et declin
attack = logspace(log10(1),log10(2),1000)-1;
n
= size(maxValues,1)-1;
for i=1:size(attack,2)
y(i) = attack(i) * y(i);
j=n-1;
y(j) = attack(i) * y(j);
end
end
noteOut = y;
end
4.2.4 play.m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
% Play
% Programme qui permet de jouer frere jacques en canon.
%
function play
Michel 31.3.04 13:04
PATH
% notes a disposition
NoteList = {'Octave8/C1.mat';'Prestant/C1.mat';'Principale/C1.mat';'Salicionale/C1.mat';'So
usBass/C1.mat';'Trompet/C1.mat';'Voix Celeste/C1.mat';'VoixCeleste_Salicionale/C1.mat'};
NBR_KOEFF = 50;
% frequence d'echentionnage
Fs
= 44100;
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Michel 31.3.04 13:04
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52.
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54.
55.
56.
57.
58.
% notes a jouter 1==DO
notes
= [1 3 5 1 1 3 5 1 5 6 8 5 6 8 8 10 8 6 5 1 8 10 8 6 5 1 1 8 1 1
8 1];
% Octave a jouter pour chaque note 0==octave de reference
octave
= [diag(zeros(27))' -1 0 0 -1 0];
% duree de la note.
duration = [2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 2 4 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 4 2
2 4];
% adaptation de la duree
duration = duration / 8;
% note a utiliser pour jouer le canon
register = [2 3 4];
% Prestant, Principale, Salicionale
octave
= octave -1;
% chargement des valeurs maximales d'apres les matrices enregistrees
% ---------------------------------------------------------------yMatrix = [];
for j=1:size(register,2)
% charger la matrice
load(char(strcat(PATH,NoteList(register(j)))));
y = 0;
for i=1:size(notes,2)
% generateNote returns a vector of size duration*Fs
y = [y generateNote(maxValues,duration(i),notes(i),octave(i),Fs,1)];
end
yMatrix(j,:) = y;
octave
= octave +1;
end
% assembler les notes en canon
% ---------------------------------------------------------------offset
= linspace(0,0,8*duration(1)*Fs); % pour le canon
y=yMatrix(1,:);
offset2=offset;
for j=2:size(register,2)
y
= [y offset] + [offset2 yMatrix(j,:)]*0.5;
offset2 = [offset2 offset];
end
Michel 31.3.04 11:21
Gelöscht: très facile
Michel 31.3.04 11:22
Gelöscht: Déjà la problématique d'enregistrer - un
orgue se trouve dans une maison dite "sainte",
directement au dessous du toit, ce qui pose des
difficultés au niveau logistique, mais aussi que c'est un
emplacement public, où, comme ça arrivait chez nous,
les gens vont prie
% ---------------------------------------------------------------% adaptation de l'amplitude
y = y / 1000 *0.2;
% --------------------------------------------------------------% Ecriture du wav syntetise
wavwrite(y,Fs,'canon_synte.wav');
Michel 31.3.04 11:20
Gelöscht: r.
end
Matthias
16:14
Notre travailMahr
arrive 1.5.08
de loin pas
à la frontière de
Formatiert:
Seitenzahl,
Englisch
(USA)
l'imaginabilité. Nous
nous sommes
concentré
surtout à
reproduire le son principal, ça veut dire, quand le son
s'est développé. Il reste la problématique de l'attaque
et l'echo.
Gelöscht:
3 mars 2004
5
Conclusion
Le problème de synthétiser les différents sons d'une orge n'est pas une mince affaire.
D’une part, il faudrait avoir un accès exclusif aux locaux, ce qui n’est pas si facile dans une église.
Dans notre cas, des gens étaient venus prier (à haute voix) pendant les enregistrements. De plus,
il faudrait enregistrer la nuit, etc…
D’autre part, synthétiser un son est une chose, mais en simuler l’attaque et le déclin, prendre en
compte de manière satisfaisante les échos, etc… sont des choses très difficiles, sur lesquelles les
fabricants d’instruments électroniques se cassent encore la tête aujourd’hui. Même avec une
puissance de calcul quasi-infinie, pourra-t-on jamais voler « l’âme » des instruments de musique
analogiques ?
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
Michel 31.3.04 13:04
-8-
3 mars 2004

Synthétisation d`un orgue

Transcription

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