Modélisation et simulation à bilan de puissance équilibré pour la synthèse sonore : application à un appareil vocal quasi-1D

Ce travail porte sur la modélisation et la simulation énergétiquement bien posée de l'appareil vocal. La production vocale résulte de l'interaction non linéaire de plusieurs domaines physiques, notamment la dynamique des fluides, la mécanique des tissus et l'acoustique. Pour rendre compte de cette complexité tout en préservant un bilan de puissance, le formalisme des systèmes Hamiltoniens à ports est utilisé tout au long de la thèse. Ce cadre permet la construction modulaire de composants individuels et leur interconnexion au sein d'un système unifié à puissance équilibrée. Une attention particulière est accordée à la construction et à la sélection d'un modèle de fluide quasi-1D approprié pour représenter le flux d'air à travers l'ensemble de l'appareil vocal, de la région sous-glottique aux lèvres. Des simulations numériques sont effectuées dans diverses configurations, y compris des configurations de conduit vocal isolé et de larynx auto-oscillant isolé, et les résultats sont comparés aux données de référence de la littérature. Les signaux de puissance explicites fournis par la formulation port-hamiltonienne donnent un aperçu précieux du comportement énergétique du mécanisme de production de la voix. En outre, un modèle linéarisé du conduit vocal est développé pour servir de base à une implémentation en temps réel. En guise de démonstration finale, le modèle couplé complet (larynx et conduit vocal) est utilisé pour simuler l'articulation d'une diphtongue dans des conditions d'auto-oscillation. Une deuxième partie du travail se concentre sur le développement de méthodes numériques efficaces pour la simulation stable des systèmes Hamiltoniens à ports. En particulier, une contribution est apportée aux méthodes de variables auxiliaires scalaires (SAV) par l'introduction d'un nouveau terme de stabilisation. L'approche proposée atténue la dérive de la variable auxiliaire, améliorant ainsi la stabilité à long terme des simulations. Bien que l'application directe au modèle de l'appareil vocal reste un objectif pour les travaux futurs, la méthode est démontrée sur un modèle de corde non linéaire, mettant en évidence son efficacité. Une mise en œuvre en temps réel et un prototype d'interface de contrôle sont également présentés.