Controlling the timbre of wind instruments with active impedance control.

Abstract

[ES] Un instrumento de viento generalmente puede ser asimilado a un conducto hueco axisimétrico, con sección transversal variable (o constante) a lo largo del eje principal. Una extremidad del conducto puede estar abierta o cerrada (la boca, que puede ser una lengüeta - ver un saxofón -, una boquilla - ver un trombón - o un agujero abierto - ver la flauta), mientras que el otro extremo (la campana) es generalmente en forma de cuerno.

Es bien sabido que el timbre del instrumento está asociado con la forma de la campana, el tipo de excitación de flujo por los labios en la boquilla, y, más importante, a las condiciones de contorno en las dos extremidades (abierto/abierto, cerrado/abierto): especifica la naturaleza de las resonancias dentro del conducto principal, lo que produce una serie de frecuencias de resonancia (armónicos).

Entonces, se nota que las familias de viento (latón, madera, etc.) no se refieren al material en el que está hecho, sino más bien al modo en que el sonido resuena dentro del instrumento, y un instrumento de viento puede estar hecho de latón (ver el saxofón, por ejemplo).

Una forma de alterar el timbre de un conducto cilíndrico sería cambiar la impedancia acústica en la campana. Para ello, el concepto de resonador electroacústico, desarrollado en el laboratorio, es probable que permita la modificación en tiempo real de la impedancia acústica en una determinada posición a lo largo del conducto.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar un prototipo a escala de un instrumento de viento activo, hecho de un conducto hueco cilíndrico arquetípico con terminaciones rectas, alrededor del cual se diseñará un anillo de absorbentes electroacústicos activos para controlar la impedancia acústica y alterar el timbre del conducto. El trabajo consistirá en:

1.realizar simulaciones FEM del diseño propuesto e identificar posibles ajustes de control 2.desarrollar un prototipo experimental de "modelo a escala" de instrumento eólico 3.realizar la evaluación acústica de los resonadores electroacústicos, así como de todo el "instrumento de viento"

[EN] A wind instrument can generally be assimilated to a axisymmetric hollow duct, with varying (or constant) cross-section along the main axis. One extremity of the duct may be open or closed (the mouth, that can be a reed - see a saxophone -, a mouthpiece - see a trombone - or an open hole - see the flute), whereas the other end (the bell) is generally horn-shaped.

It is well known that the timbre of the instrument is associated with the shape of the bell, the type of flow excitation by the lips at the mouthpiece, and, more importantly, to the boundary conditions at the two extremities (open/open, closed/open): this specifies the nature of resonances inside the main duct, which yields a certain series of resonance frequencies (harmonics).

Then, it is noticeable that the wind families (brass, wood, etc.) are not referring to the material in which it is made, but rather on the way sound resonates inside the instrument, and a woodwind instrument might be made of brass (see the saxophone for example).

A way to alter the timbre of a cylindrical duct would be to change the acoustic impedance at the bell. For that, the concept of Electroacoustic Resonator, developed in the lab, is likely to allow real-time modification of acoustic impedance at a certain position along the duct.

This project aims at developing a scaled prototype of an active wind instrument, made of an archetypal cylindrical hollow duct with straight terminations, around which a ring of active electroacoustic absorbers will be designed to control the acoustic impedance and alter the timbre of the duct. The work will consist in:

1.perform FEM simulations of the proposed design and identify potential control settings 2.develop an experimental prototype of wind-instrument "scale model" 3.perform acoustic assessment of the electroacoustic resonators as well as of the whole "wind instrument"