Nami Yamaha

Tout le monde connait Yamaha : l'un des deux plus grands fabricants de pianos au monde.

Et bien saviez-vous que cette multinationale japonaise possède sa Recherche et Développement (R&D) au Japon ! Toute ? Non.
Membres chaire Nami

Présentation de la Chaire Industrielle Nami Yamaha

Depuis 2018, un sujet de recherche approfondie est entre les mains de Vincent Fréour, Christophe Vergez et Bruno Cochelin depuis le LMA (Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique).

Située à Marseille, l’équipe de composée de 3 personnes, aidée de nombreux élèves de Centrale Méditerranée, de designers et musiciens a le projet ambitieux de traduire les cuivres en équations.

En d’autres termes, ils développent des modèles numériques, permettant de prédire le comportement de cette famille d’instruments.

Présentation de la Chaire industrielle baptisée “NAMI ” (« vague » en japonais), une partition toute en physique et en musique, qui dure depuis 6 ans déjà.

Domaines d'expertises

Cette chaire, c’est une collaboration unique de Yamaha qui entraine un détachement long d’un employé dans un laboratoire français.

L’enjeu pour l’entreprise ? Demeurer à la pointe de l’innovation musicale.
Et cela tombe bien parce que le LMA l’est : à la pointe de l’acoustique, mais aussi de la mécanique du solide et dans l’étude de la propagation des ondes, des thématiques en lien direct avec le fonctionnement des instruments de musique et les mécanismes complexes de production du son.

Enjeux : les cuivres, un système complexe

Bien que plusieurs modèles d’instruments peuvent sembler très similaires à première vue, ils diffèrent par des détails de leur géométrie interne.

Un léger changement dans l’évasement du pavillon d’une trompette, par exemple, aura des répercussions sur la facilité d’émission de certaines notes, ou encore sur la justesse.

Ces détails géométriques sont cruciaux, au niveau du pavillon, mais aussi de la branche d’embouchure par exemple, non cylindrique et qui court sur les 30 premiers centimètres de l’instrument.

Bruno Cochelin précise “En tant que scientifique ce qui m’intéresse c’est la compréhension de l’instrument : le pousser dans ses retranchements. Pour les mécaniciens et les physiciens que nous sommes, l’instrument est un formidable terrain de jeu scientifique qui nous pose de sérieux défis : est-ce que nos équations sont capables de rendre compte de toutes les subtilités de jeu de l’instrument ? L’enjeu scientifique se conjugue très bien avec l’enjeu industriel.

Mesures sur une trompette

Les objectifs, "noire sur blanche"

Justement, quel est-il cet enjeu industriel ? Malgré leur grand savoir-faire technique, il reste parfois délicat pour les designers de Yamaha, d’anticiper précisément les conséquences de certains choix de conception.

C’est là que la Chaire entre en résonnance avec trois grands objectifs :

Avoir une meilleure capacité d’innovation

En effet, il est couteux en temps de réaliser un grand nombre de prototypes physiques dans une démarche « essai-erreur ».

Faciliter la conception de nouveaux instruments, assistée par ordinateurs

Les modèles prédictifs permettront de s’approcher au plus juste du résultat recherché.

Pour démocratiser la musique par exemple, on pourrait imaginer réaliser de nouvelles trompettes, plus faciles à prendre en main, qui demandent peu de souffle aux débutants.

Mieux répondre aux attentes des musiciens

“L’intérêt de Yamaha c’est le plaisir des musiciens”  explique Vincent Fréour.

Au cœur de la recherche il y a donc cette ambition : proposer des instruments qui produiraient des sons hors normes capables de répondre à un cahier des charges bien précis des virtuoses.

Modéliser un instrument, la méthode développée par les chercheurs

Afin de traduire un instrument de musique en équations, on découpe l’instrument en différents niveaux de précision :

  • Certaines équations vont faire la description de la propagation des ondes dans l’instrument, d’autres du rayonnement du son à l’extérieur du pavillon.
     
  • Certains phénomènes physiques vont nécessiter une attention particulière.

Par exemple, avec le modèle tel qu’il existe, on n’accède pas au fait que le son se transforme lorsqu’il devient plus fort. On doit alors réfléchir à une équation plus complexe pour prédire ce phénomène précis. Inutile d’aller plus vite que la musique.

D’ailleurs, les chercheurs soulignent l'importance de collaborer étroitement avec les partenaires industriels comme Yamaha afin de croiser leurs hypothèses avec les connaissances industrielles d’une part et les ressentis des musiciens de l’autre.

Et les données, comment les obtient-on ?

Les scientifiques utilisent des capteurs directement sur l’instrument. Ils vont enregistrer le son produit, mesurer le débit, la pression, comment elle va évoluer entre l’embouchure et le pavillon. Même la température de l'instrument va changer lorsque le musicien joue.

Les scientifiques s’attachent à comprendre ces grosses transformations qui sont évidemment plus ou moins les mêmes selon l'instrument.

Par exemple, si un son est joué plus fort il peut avoir un son brillant en trompette, alors qu’avec un bugle ça va être plus doux, plus chaud” illustre Christophe Vergez.

Mesures sur une trompette

Un musicien, ça s’accorde ?

Une fois l’instrument modélisé, on est tenté de crier victoire. Mais ce n'est pas le cas, il faut à présent s’attaquer au musicien, doté de lèvres, d'oreilles, et surtout d'un cerveau qui va lui permettre de corriger, en temps réel, sa manière de jouer.

La complexité atteint un niveau supérieur. Pour simplifier cette tâche, les scientifiques se servent de bancs expérimentaux innovants, offrant des données reproductibles, fiables et systématiques. “Nous recueillons une multitude de données à partir de ces bancs physiques, mais également au cours de campagnes impliquant des musiciens réels.

3 mondes dialoguent continuellement ensemble :

  • Le monde numérique : des modèles physiques et des équations
  • Le monde in vitro : qui permet de tester certaines choses avec des lèvres artificielles par exemple
  • Le monde in vivo : avec des vrais musiciens, tout ce qu’il y a de plus vivant et sensible.

Une chaire orchestrée par

  • Masahiro Ikeda : responsable de la division R&D de Yamaha.
  • Tsukasa Suenaga et Keita Arimoto, en charge de l’équipe de recherche sur les instruments de musique acoustique.
  • Vincent Freour : division recherche et développement de Yamaha
  • Bruno Cochelin : Professeur des Universités, ECM HDR
  • Christophe Vergez : Directeur de Recherche, CNRS HDR

Ils ont aussi contribué au projet : 

  • 3 projets étudiant ECN M3S en 2020, 2021, 2023 
  • 2 projets étudiant Master WAVES en 2022 (Centrale Méditerranée) 
  • Contrat doctorant expert Mimoun Mohamed en 2021-2023 
  • Recrutement Postdoctorant Filipe Soares en 2023

Les apports pour l'École

La chaire offre l'opportunité aux étudiants de travailler sur des projets concrets, de participer à des stages, des projets d’études, des thèses et de bénéficier d'une expérience directe avec des professionnels de l'industrie, tout en travaillant concrètement sur un projet d’acoustique passionnant, d’ampleur international.

A ce sujet, si vous êtes intéressé pour contribuer à cette étude passionnante, n’hésitez pas à contacter Bruno Cochelin, un des porteurs de la Chaire (contact-ci après).

Contacts

Bruno Cochelin

Bruno Cochelin

Professeur d'Université,
Responsable de l'unité enseignement mécanique.

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Service des relations et partenariats entreprises

Centre de relations étudiants-entreprise de l’École

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