Modèles à paramètres variables dans le temps pour les résonateurs d'instruments à vent : synthèse sonore temps réel // Time-Varying Models of Wind Instrument Resonators for Real-Time Sound Synthesis

La synthèse sonore par modélisation physique consiste à générer des sons musicaux à partir d'une représentation mathématique et physique du fonctionnement d'un instrument. Cette approche permet d'obtenir un réalisme sonore élevé, un contrôle intuitif des paramètres musicaux et une grande flexibilité pour la conception de nouveaux instruments virtuels.

Dans la plupart des modèles existants d'instruments à vent (cuivres et bois), le résonateur acoustique est représenté comme un système linéaire invariant dans le temps. Cependant, lors de l'interprétation musicale réelle, la configuration de l'instrument varie continuellement : ouverture ou fermeture des trous de registre sur les bois, action des pistons ou coulisses sur les cuivres, ou encore utilisation de sourdines. Ces mécanismes induisent des comportements linéaires à paramètres variables dans le temps qui restent encore peu étudiés dans les modèles de synthèse sonore.

L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux modèles physiques et des algorithmes numériques pour la simulation de résonateurs acoustiques d'instruments à vent intégrant explicitement ces variations temporelles. Une attention particulière sera portée à la conception de schémas numériques équilibrés en énergie, permettant de garantir la stabilité et la robustesse des simulations, y compris en présence de non‑linéarités liées aux mécanismes d'excitation (lèvres ou anches).

Les méthodes développées seront intégrées dans un environnement logiciel permettant la conception et la simulation d'instruments virtuels personnalisables (géométrie du tube, trous, pistons, coulisses, paramètres d'excitation). L'objectif final est d'obtenir des algorithmes efficaces capables de fonctionner en temps réel, permettant l'évaluation musicale des modèles en collaboration avec des instrumentistes.
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The aim of physical modeling sound synthesis is to generate musical sound from mathematical and physical representation of the functioning of a musical instrument. Such an approach leads to synthetic sound of a natural acoustic character, a means of intuitive control of musical parameters, and great flexibility in the design of new virtual instruments.
In most existing models of wind instruments (brass and woodwinds), the acoustic resonator is represented as a linear time-invariant system. However, in real-world musical performance, the configuration of the instrument continuously changes: through the opening or closing of tone holes in woodwinds, the action of valves or slides in brass instruments, or the use of mutes. These mechanisms induce time-varying linear behavior that remains relatively underexplored in sound synthesis models.
The objective of this thesis is to develop new physical models and numerical algorithms for simulating acoustic resonators of wind instruments that explicitly incorporate these temporal variations. Particular attention will be paid to the design of energy-balanced numerical schemes, ensuring the stability and robustness of simulations, including in the presence of nonlinearities related to excitation mechanisms (lips or reeds).
These methods will be integrated into a software environment enabling the design and simulation of customizable virtual instruments (tube geometry, holes, valves, slides, excitation parameters). The ultimate goal is to obtain efficient algorithms capable of running in real time, allowing musical evaluation of the models in collaboration with musicians.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

391 Sciences Mécaniques, Acoustique, Electronique et Robotique de Paris

Formation en acoustique, physique, mathématiques appliquées ou traitement du signal. Solides compétences en modélisation mathématique et programmation scientifique (Python, Matlab ou C++). Un intérêt pour la musique et l'acoustique musicale sera apprécié.
Master's degree in acoustics, physics, applied mathematics, signal processing or a related field. Strong background in mathematical modelling and scientific programming (Python, Matlab or C++). Interest in musical acoustics and sound synthesis is desirable.