Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

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Okay
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Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par Okay » mer. 01 oct., 2014 10:20

J’ouvre ce fil pour désengorger un peu le fil Thèmes et Variations, afin d’y isoler un sous-sujet sur la sonorité qui a fait appel à pas mal de considérations (notamment mécaniques) sur l’instrument.

J’ai pour ma part l’intuition que le pianiste peut varier le timbre obtenu de l’instrument en variant son attaque. Je pense que la nature de l’attaque, sur une seule note, peut produire des timbres différents dans exactement la même nuance. On exclue évidemment l’usage des pédales dans ces interrogations. Pas mal de participants pensent que ceci est impossible, c’est-à-dire que l’attaque de la touche ne peut modifier que l’intensité sonore, et rien d’autre.

Mon intuition repose sur une observation simple, mais peut-être inappropriée. En considérant le piano comme une forme très évoluée d’un instrument à percussion, j’imagine souvent un xylophone pour chercher ma sonorité. Selon le type de mailloche utilisé par le percussionniste et son revêtement, il peut produire différents timbres dans exactement la même nuance, le son peut tendre vers le métallique ou vers quelque chose de plus « étouffé ». Ou plus simplement, si l’on frappe à une porte, on peut produire le même nombre de décibels mais un son tout à fait différent selon qu’on frappe avec le poing ou la paume de la main.
Même si le marteau du piano est toujours le même, j’ai l’intuition que l’attaque du pianiste, via différentes combinaisons de vitesse, force et hauteur de cette attaque, peut obtenir des timbres différents en jouant une seule note, à nuance identique.

Je suis cependant d’accord qu’on peut sous-estimer « l’illusion de timbre » créée par le pianiste, qui résulte de la manière dont il créé un rapport entre plusieurs sons, et pourra donner l’impression que sa sonorité est plutôt ronde, ou plutôt incisive, par des moyens tout à fait détournés (le phrasé, le rubato …). Mon point de vue est que cette illusion est très importante, mais n’est pas l’unique déterminant du timbre.

Si les techniciens ont des idées permettant de corroborer ou réfuter ces intuitions, ça intéressera beaucoup de monde.

Merci.

*************************************

Ci-dessous des contributions du fil dont ces réflexions sont issues.

Okay sur la distinction entre sonorité et phrasé:
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=120#p239365
JPS sur le rapport entre attaques/intensité/timbre
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=120#p239372
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=160#p239410
BluePhoenix sur certaines references:
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=160#p239417
BM sur le mouvement du marteau:
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=160#p239441
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=180#p239464
Jean-Séb sur la course libre:
viewtopic.php?f=1&t=15019&start=180#p239475

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par JPS1827 » mer. 01 oct., 2014 11:14

Une première approche de base, à affiner, est donnée par le théorème de la quantité de mouvement

F.Δt = m.Δv

qui signifie que le produit de la force appliquée par la durée d'application de cette force est égal au produit de la masse mobilisée par l'augmentation de la vitesse produite. La masse du marteau étant fixe on voit bien qu'en faisant varier les termes du premier produit de façon à maintenir ce produit constant, on obtient toujours la même augmentation de vitesse. Bien entendu c'est la vitesse au moment de la frappe qui donne l'énergie cinétique du marteau dont une partie est transmise à la corde (partie que je ne vois pas comment on pourrait faire varier).
la question est de savoir (l'accélération moyenne sur la course du marteau restant toujours la même) si un changement dans la répartition de cette accélération au cours du temps peut modifier le timbre final pour une même vitesse du marteau au moment de la frappe et aussi si de petits mouvements de translation des pivots des marteaux (normalement fixes, mais peut-être discrètement ébranlables par un jeu plus brutal) peut modifier le timbre.
Si vous voyez d'autres paramètres à prendre en compte, merci de les lister.
Par ailleurs j'aurai un peu de temps vendredi pour traduire le chapitre que j'ai mis en lien sur l'autre fil hier (https://www.speech.kth.se/music/5_lectu ... anist.html)
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par jeff62 » mer. 01 oct., 2014 12:13

en bref pour repondre a la quesion de OK:
Oui cest important

et voici pourquoi;
L'analyse de JPS est correcte mais se limite a la quantite d energie transmise et pas a la maniere dont cette energie est distribue e entre les differentes harmoniques.
Pour evaluer "l impact de l impact" sur le son, Il faut aller un cran plus loin dans l'analyse et donc regarder comment cette energie se repartit entre les differentes harmoniques puisque c'est lequilibre entre ces harmoniques qui "fait le son".
Or:
L'energie couplee dans une harmonique particuliere est proportionnelle a la valeur de la transformee de fourier de la pression ( au carre) appliquee par le marteau sur la corde pendant l'impact.
Cette fonction P(t) et donc son spectre de fourier depend fortement de l'interaction elastique entre marteau et corde [ d'ou aussi l importance des marteaux pour "faire le son"] mais aussi de la vitesse d impacte qui conditonnera la duree du contacte compte tenu des propriétés élastiques du système "corde marteau".

Plus on sera bref plus on chargera les harmoniques de fréquences élevées [ attention c est du second ordre hein l'essentiel de l'energie reste dans la fondamentale quoi que l on fasse] [ donc sensation "métallique et percussive" a l'ecoute] surtout avec des marteaux fermes.
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par floyer » mer. 01 oct., 2014 12:21

De tous les liens proposés, le deuxième de BM me semble le plus intéressant : viewtopic.php?f=1&t=15019&start=180#p239464

Reste à savoir si les différences de flexion du marteau ont - pour une même nuance - un impact audible sur le timbre en prolongeant par exemple le moment où le marteau reste en contact avec les cordes.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par JPS1827 » mer. 01 oct., 2014 12:30

jeff62 a écrit : Plus on sera bref plus on chargera les harmoniques de fréquences élevées [ attention c est du second ordre hein l'essentiel de l'energie reste dans la fondamentale quoi que l on fasse] [ donc sensation "métallique et percussive" a l'ecoute] surtout avec des marteaux fermes.
je comprends que tu veux dire que plus Δt est court (avec F plus forte par conséquent, pour maintenir le produit fixe) plus on chargerait les harmoniques de fréquences élevées, mais que cela supposerait que cela puisse changer le temps de contact entre le marteau et la corde (que je croyais fixé par les caractéristiques mécaniques du système pour une vitesse de frappe donnée, mais je ne suis pas physicien…)
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par Lee » mer. 01 oct., 2014 12:41

Désolée, j'avoue avoir besoin d'un autre traducteur pour la science, mais je me permets la question : ont-ils mesuré les différences sur le mecanisme entre quand un pianiste comme Gilels joue et Joe Schmoe pianiste joue ?
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par floyer » mer. 01 oct., 2014 14:13

Lee a écrit :Désolée, j'avoue avoir besoin d'un autre traducteur pour la science, mais je me permets la question : ont-ils mesuré les différences sur le mecanisme entre quand un pianiste comme Gilels joue et Joe Schmoe pianiste joue ?
Je suppose que le point le plus difficile à comprendre est l'histoire de transformée de Fourier. J'avoue que dans le contexte il m'est difficile à comprendre et donc à expliquer (il s'applique là à une fonction non périodique: la pression du marteau sur la corde).

Par contre le point clé est la décomposition du son en harmoniques, il s'agit de considérer le son d'un piano comme une superposition de sons élémentaires associés chacun à une fonction sinusoïdale (comme le son d'un diapason). Les fréquences de ces fonctions sont en première approximation multiples d'une fréquence dite fondamentale. Le rapport entre les amplitudes des harmoniques (est-ce qu'une des harmoniques est jouée forte ou pas) caractérise le timbre. Ce rapport dépend principalement du temps de contact du marteau avec les cordes et peut être réglé lors de l'harmonisation du piano où l'on peut piquer les marteaux pour les rendre moins durs.

La question de ce fil est - pour une nuance donnée - peut-on influencer le timbre par la manière de jouer.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par BM607 » mer. 01 oct., 2014 16:49

jeff62 a écrit :L'energie couplee dans une harmonique particuliere est proportionnelle a la valeur de la transformee de fourier de la pression ( au carre) appliquee par le marteau sur la corde pendant l'impact.
Cette fonction P(t) et donc son spectre de fourier depend fortement de l'interaction elastique entre marteau et corde [ d'ou aussi l importance des marteaux pour "faire le son"] mais aussi de la vitesse d impacte qui conditonnera la duree du contacte compte tenu des propriétés élastiques du système "corde marteau".
Ca demande à être développé ça.
En fait il me semble qu'on doit pouvoir définir cette fonction de pression du marteau P(t) sur la corde par quelques petites équa diff (couplage de masses par un manche élastique, en mouvements : manche de marteau et sa fréquence propre avec la tête de marteau, frottements et pesanteur, d'où une équation de mouvement et donc une fonction de pression sur la corde, fonction également de la fréquence propre de celle-ci, qui là est évidente - et donc au passage pas le même type d'action selon la note jouée- de sa masse (nouveau couplage) et de l'amplitude au point de contact du marteau).
Il y a peut-être des termes du second ordre là-dedans.

A partir de là on a peut se faire une petite transformation de Fourrier et voir ce que ça donne.

Mais il faut sûrement si on en est à ce niveau de calculs tenir compte d'un contact prolongé ou raccourci du marteau sur la corde et donc l'étouffement du son (le marteau joue le rôle d'un étouffoir) au départ (élasticité du feutre) qui me semble un peu plus complexe à définir en terme de fondamentale et d'harmoniques (disons que comme ça de but en blanc je ne vois pas trop sur quelles équations se baser pour avoir des résultats chiffrés, alors que l'équation du mouvement de tête de marteau me semble assez faisable pour quelqu'un qui n'a pas perdu l'habitude d'en faire).

En regardant rapidement le lien mis par JPS on voit effectivement des choses sur les graphes, je vais lire ça un peu plus en détail il y a peut-être des choses à grappiller (on voit par exemple figure 12 une accélération sinusoïdale après contact du marteau sur la corde, intéressant ça, ça pourrait être que le marteau "colle" à la corde quelques fractions de secondes comme je l'avais supposé !! Alors qu'un marteau légèrement désseré "slightly loose hammer" flotte davantage)

Tu te colles aux équa diff en attendant ? (pour les FFT on a des logiciels qui savent faire, ça doit aller ça)

BM

NB : et aussi figure 13 il y a la déformée du manche, pour ceux qui veulent visualiser le type de phénomène dont on parle
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par BM607 » mer. 01 oct., 2014 17:10

Ah on trouve déjà de la littérature sur ces équa diff finalement, pas besoin de se faire suer.

Model for piano hammers: Experimental determination and digital simulation.
Xavier Boutillon
http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&q=& ... GU&cad=rja
(Yapluka pourrait peut-être même nous avoir le texte en français)

et
Model for piano hammers: Experimental determination and digital simulation
Hideo Suzuki, Jia Guo, and Osamu Yamazaki
http://suzukihideo.cool.coocan.jp/suzuk ... 946%29.pdf

A analyser.

Il y a d'autres textes intéressants mais payants, du type :
Piano string excitation II: General solution for a hard narrow hammer
http://scitation.aip.org/content/asa/jo ... 1/1.394919
ou
"Piano string excitation V: Spectra for real hammers and strings,"
http://scitation.aip.org/content/asa/jo ... 1/1.394919

(30 USD, faut être riche !)



BM
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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par BM607 » mer. 01 oct., 2014 17:34

Bon y'a déjà des tas de choses dans ces documents, y'a plus qu'à se les éplucher et faire une synthèse.

Dommage que les textes payants soient... payants, les conclusions sont alléchantes
("an examination is made of how well the theory can explain the measured string vibration spectra. The agreement is moderately good in the bass and midrange while, at the treble end, the measured spectra fall off significantly faster than the predictions"
trad.
"un examen est réalisé sur l'adéquation entre la théorie et les spectres de vibration des cordes tels que mesurés. La concordance est assez bonne dans les graves et les médiums, alors que, dans les extrêmes aigus, les spectres relevés décroissent beaucoup plus rapidement que les prévisions").

Mais comme ça n'intéresse à coup sûr pas grand monde surtout à ce niveau de détail, on va peut-être en rester là (au moins pour ma part)

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par Okay » mer. 01 oct., 2014 17:42

J'ai parcouru rapidement les 2 premiers liens de BM juste au dessus.

On peut a priori éliminer le 2e (Suzuki & co) qui ne traite pas du tout de la question du son, mais seulement des aspects mécaniques du système marteau/cordes. Ils font une analogie entre un système mécanique et éléctrique, avec une hypothèse d'ailleurs très restrictive sur les cordes.

Le 1er article de Paris VI est par contre beaucoup plus proche du sujet. Il propose une modélisation mécanique dudit sytème et fait le pont avec le phénomène sonore (conversion de l'énergie mécanique). Je vais essayer de le lire un peu plus en détail quand j'ai un moment, motivé par la phrase en début de section B, qui me semble être l'expérience exacte dont nous avons besoin pour y voir clair :
In order to know the exact influence of the manner of striking the key on the sonority of a single note, we played the same note in two very different ways, but in order to get the same dynamic level
Je ne comprendrai pas les détails fins vu que mes connaissances en physique sont 100% autodidactes, mais je vais essayer de chopper les messages clé et de voir si ça répond à la question initiale de manière un peu intuitive.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par BM607 » mer. 01 oct., 2014 18:17

Okay a écrit :J'ai parcouru rapidement les 2 premiers liens de BM juste au dessus.

On peut a priori éliminer le 2e (Suzuki & co) qui ne traite pas du tout de la question du son, mais seulement des aspects mécaniques du système marteau/cordes. Ils font une analogie entre un système mécanique et électrique, avec une hypothèse d'ailleurs très restrictive sur les cordes.
Oui mais non. Il y a des choses intéressantes pour la science dans l'article (un "max de déformation" chiffré en temps et amplitude, ), voire même des valeurs de conception chiffrées intéressantes (module d'Young et masse du manche de marteau, ...).
On n'est pas obligé d'y passe des heures, peut-être, mais on peut le lire une fois ("Figure 1 shows one frame taken from a film of a hammer motion recorded using a high speed movie camera with 4,000 frames per second. It is impossible to see the bending of the shank from this picture, but it is clearly seen when it is observed during the motion !!" est déjà une information très intéressante en soi, visuellement on voit la déformée donc elle est significative, ou bien "the shank vibration is one of the possible reasons (or probably the "only" reason) that enable(s) the touch to affect the tone quality", tiens tiens)

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par Okay » mer. 01 oct., 2014 18:32

C'est vrai, j'ai éliminé lorsque j'ai vu qu'il ne s'agissait pas du résultat sonore. Je reconnais qu'apprendre que le manche du marteau se courbe lorsqu'il est en mouvement ouvre un champ nouveau ... maintenant je suis un peu feignant, ça m'arrangerait bien de trouver la réponse à mon interrogation toute faite quelque part ...

Pour rappel, je me demande si l'attaque du doigt du pianiste sur la touche est un facteur explicant sa sonorité (timbre, sans modifier l'intensité sonore), ou bien si la sonorité est intégralement le produit d'une illusion artistique, qui ne serait supportée par aucune base mécanique.
Mon intuition est pour le moment que la nature de l'attaque - même sur une seule note - peut altérer significativement le timbre.
Modifié en dernier par Okay le mer. 01 oct., 2014 18:42, modifié 2 fois.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par jean-séb » mer. 01 oct., 2014 18:36

Okay a écrit :Je vais essayer de le lire un peu plus en détail quand j'ai un moment, motivé par la phrase en début de section B, qui me semble être l'expérience exacte dont nous avons besoin pour y voir clair :
In order to know the exact influence of the manner of striking the key on the sonority of a single note, we played the same note in two very different ways, but in order to get the same dynamic level
Je ne comprendrai pas les détails fins vu que mes connaissances en physique sont 100% autodidactes, mais je vais essayer de chopper les messages clé et de voir si ça répond à la question initiale de manière un peu intuitive.
En résumé et si j'ai bien compris, l'article dit que, à vélocité égale, la nature de l'attaque ne change pas tellement le son dû directement à la frappe de la corde par le marteau, mais une attaque sèche ajoute, en plus du son dû à la frappe de la corde, un son transmis par le corps du piano à la table d'harmonie, et cela, dès avant la frappe de la corde par le marteau. Il est possible que ce son superposé, visible sur les graphiques, change la perception sonore globale.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par Okay » mer. 01 oct., 2014 18:40

L'hypothèse de vélocité égale ne permet du coup pas de conclure ... l'expérience pianistique me fait penser que modifier cette vitesse est le facteur principal qui me permet de chercher le son.
Si je rallentis l'attaque sans rien changer d'autre, je joue moins fort c'est évident. Mais si je joue également avec plus de force avec cette attaque rallentie, j'ai l'impression que je peux maintenir le niveau sonore tout en changeant le son ...
Jouer avec la hauteur semble permettre encore d'autres possibilités ...

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par floyer » mer. 01 oct., 2014 18:53

Okay a écrit :
In order to know the exact influence of the manner of striking the key on the sonority of a single note, we played the same note in two very different ways, but in order to get the same dynamic level
Je ne comprendrai pas les détails fins vu que mes connaissances en physique sont 100% autodidactes, mais je vais essayer de chopper les messages clé et de voir si ça répond à la question initiale de manière un peu intuitive.
Cette partie I.B se termine par
The two curves are quite different before the hammer hits the strings, but this is not the case after the initial contact at zero time. During the sharp attack, the oscillations that precede the hitting of the strings probably come from bending of the hammer's shank, generated by impact ofthe mechanism.
Ce qui voudrait dire qu'à nuance égale, mais avec des accélération brusques ou adoucies, le son mesuré est le même après l'impact. (Il diffère néanmoins pendant l'impact).

La suite I.C s'intéresse eux différences ppp/mf/fff (là, il y a des différence de timbre importantes). La suite s'intéresse à la modélisation (II. Modélisation, III. et IV. caractérisation de certains éléments, V. simulations numériques, VI. conclusion.)

Le deuxième document semble prometteur (comme le souligne BM607, As discussed in section 1, the shank vibration is one of the possible reasons (or probably the "only" reason) that enable(s) the touch to affect the tone quality), mais laisse sur la faim : il n'y a qu'une comparaison de signaux (fig. 4) et il s'agit de comparer l'impact de harmonicité. On a tout de même "The figure [fig. 8] shows that there is some effect of the initial bending on the force-time pattern.", mais les deux courbes présentées sont très très proches l'une de l'autre. La partie 4 (future works) précise qu'il faut attendre la réponse à la question posée par ce fil : "A hammer-string interaction with a flexible string including shank vibration is under investigation."
Okay a écrit :L'hypothèse de vélocité égale ne permet du coup pas de conclure ... l'expérience pianistique me fait penser que modifier cette vitesse est le facteur principal qui me permet de chercher le son.
Je suis un peu perdu... si l'on change la vitesse du marteau en fin d'accélération, on change la nuance et donc le timbre (cf. premier document), or la question est posée à nuance égale (vitesse finale égale, mais répartition de accélération dans le temps différente).

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par BM607 » mer. 01 oct., 2014 19:31

Ce qui me chagrine un peu dans l'analyse de X. BOUTILLON c'est qu'il utilise un vieux Gaveau droit début de siècle, et ne fait de mesurer que dans les graves (il me semble : j'ai pas trop pigé "Measured sound and vibrations that are presented in this article result from the motion of three strings; the B2 note is the only example of a two-string set.", qu'est ce que ça vient faire ce set de 2 strings ? Il a mesuré aussi une note à 2 cordes ?).

Or la réponse est peut-être différente dans les médiums (peut-être aussi dans les médiums-aigus, les aigus je n'y crois pas trop, mais pourquoi pas ?).

Ou encore suivant le jeu ppp ou ff. Sur le graphique 3 par exemple on voit que les vibrations de la table précédent le choc sur la corde sont de fréquences assez voisines de celles après, mais d'amplitude faible. A quoi correspond 0,93 m/s (OKay Tu joues à quelle vitesse je n'ai pas bien mesuré la dernière fois :mrgreen: ?) ?

Bref, intéressant mais semble partiel (faudrait une mis à jour)

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par jean-séb » mer. 01 oct., 2014 19:51

BM607 a écrit :Ce qui me chagrine un peu dans l'analyse de X. BOUTILLON c'est qu'il utilise un vieux Gaveau droit début de siècle, et ne fait de mesurer que dans les graves (il me semble : j'ai pas trop pigé "Measured sound and vibrations that are presented in this article result from the motion of three strings; the B2 note is the only example of a two-string set.", qu'est ce que ça vient faire ce set de 2 strings ? Il a mesuré aussi une note à 2 cordes ?).
S'il a mesuré des ensembles de trois cordes, c'est plutôt dans les notes aiguës. Et B2 (si1), c'est une note moyenne à deux cordes.
BM607 a écrit :Sur le graphique 3 par exemple on voit que les vibrations de la table précédent le choc sur la corde sont de fréquences assez voisines de celles après, mais d'amplitude faible.
Mouais, on voit seulement trois petites vibrations écrasées pendant un centième de seconde avant le choc sur la corde. Pas sûr que tu l'entendes. Si l'on entend quelque chose, c'est plutôt dans la superposition après le choc, qui modifie peut-être un peu le timbre, la couleur.

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Re: Contrôle t-on le son par la nature des attaques ?

Message par piano bien tempéré » mer. 01 oct., 2014 20:16

La qualité du son varie surtout avec la qualité de l'harmonisation et par les réglages fins permettant d'exploiter cette harmonisation léchée

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Re: Contrôle-t-on le son par la nature des attaques ?

Message par jean-séb » mer. 01 oct., 2014 20:27

piano bien tempéré a écrit :La qualité du son varie surtout avec la qualité de l'harmonisation et par les réglages fins permettant d'exploiter cette harmonisation léchée
Bien sûr, mais ce n'est pas exactement le sujet :wink: ; pour un piano donné, et quelle soit la qualité de son harmonisation, le pianiste peut-il délibérément produire des sons différents en modifiant l'attaque de la touche, tout en conservant la même intensité de jeu ?

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