Search

This dissertation examines the effect of the fundamental frequency (Fo) on the timbre of a musical instrument. Seven experiments are reported, that were run with natural or synthetic sounds. In these experiments, subjects were asked to judge timbre dissimilarities between two stimuli while ignoring their possible pitch difference. Experiments I, II and III used stimuli from natural instruments of the occidental orchestra. The other four experiments used stimuli synthesized by pure tones addition. Experiment I presented pairs of stimuli with the same Fo. Experiment II presented them with a constant difference in \fo. Experiment III varied in the same session these Fo differences (dFo). Experiment IV used synthetic stimuli changing only by their temporal envelope and using the same dFo as in experiment III. Experiment V used stimuli changing only by their spectral centroid and using the same dFo as in experiments III and IV. Experiment VI used also stimuli changing only by their spectral centroid, but with a wider set of dFo. Finally, experiment VII used stimuli changing only by their spectral spread and using the same dFo as in experiment VI. The results show that subjects are able to judge a timbre dissimilarity between two stimuli with a large Fo difference. However, a certain quantity, proportional to the dFo and small compared to the timbre difference, is added to dissimilarity judgments, having for consequence the appearance of a dimension predicted by Fo. As a first approximation, the fundamental frequency has no effect on the timbre of musical instruments. In a second approximation, small effects are observed, but they are weak compared to the differences between instruments. These variations can be predicted from a specific analysis of the signal. No significant effect of Fo was found on the timbre dimension predicted by the impulsiveness. This dimension can be considered as independent of Fo. The timbre dimension, predicted by the spectral centroid, shifts itself with the Fo. Its descriptor has been corrected to integrate this effect. A small and significant effect of Fo has been found on the timbre dimension predicted by the spectral spread., Cette thèse est dédiée à l'étude de l'effet de la fréquence fondamentale (Fo) sur le timbre. Elle relate sept expériences utilisant des stimuli issus d'instruments naturels ou synthétiques. Les expériences effectuées consistaient à demander à des sujets de juger des dissemblances de timbre entre des paires de stimuli sans tenir compte de leur éventuelle différence de hauteur. Les expériences I-II et III utilisaient des stimuli issus d'instruments de musique de l'orchestre occidental. Les autres expériences utilisaient des stimuli synthétisés par addition de sons purs. L'expérience I présentait des paires de sons appariés en Fo. L'expérience II les présentait avec une différence constante de Fo. L'expérience III a fait varier dans la même session cette différence de Fo (dFo). L'expérience IV utilisait des stimuli synthétiques ne variant que par leur enveloppe temporelle et avec les mêmes dFo que celles de l'Exp. III. L'expérience V utilisait des stimuli ne variant que par leur centroïde spectral et avec les mêmes dFo que celles de l'Exp. III et IV. L'expérience VI utilisait également de stimuli ne variant que par leur centroïde spectral mais avec des dFo plus importantes. Finalement l'expérience VII utilisait de stimuli ne variant que par leur étalement spectral et avec les mêmes dFo que celles que l'Exp. VI. Les résultats montrent que les sujets sont capables de juger une différence de timbre entre deux stimuli avec un écart important de Fo (du moins jusqu'à 18 demi-tons). Toutefois, une quantité proportionnelle à la dFo, mais faible par rapport au timbre, est ajoutée aux jugements de dissemblance, ayant pour conséquence l'apparition d'une dimension prédite par la Fo. En première approximation, le timbre des instruments est stable face aux variations de la fréquence fondamentale. En deuxième approximation, des variations sont observées, mais elles restent faibles comparées aux différences entre les instruments. Ces variations peuvent être prédictibles par l'analyse du signal. Aucun effet significatif de la Fo sur la dimension du timbre prédite par l'impulsivité n'a été observé. Cette dimension est donc considérée comme stable face à la Fo. La dimension du timbre prédite par le centroïde spectral se déplace de façon uniforme vers le côté faible en fonction de la Fo. Le descripteur a donc été corrigé afin qu'il intègre cet effet. Un léger effet significatif et dépendant du timbre a été observé sur la dimension perceptive liée à l'étalement spectral. Cette dimension reste toutefois relativement stable face à la Fo.