A software for the systematic analysis of the vibroacoustic performance of Pianos

The problem of the sound characterization of musical instruments has been studied for decades. Musical instruments are the result of many techniques and rules of thumb developed over generations by trial and error: their complexity makes the correlation of scientific measurements with the judgments of artisans and experts a hard task to perform. However, the possibility to support the evaluation of musical instruments with quantitative descriptors of their vibroacoustic performance stimulates the research. A systematic approach for data collection and analysis is proposed in this thesis, suitable for assessing the vibroacoustic performance of stringed musical instruments and for supporting the production process. The proposed methodology consists in a set of repeatable tests, leading to the collection of signals representing the vibration response of the soundboard and the sound field generated when executing one single note per time. The way the tests are carried out guarantees low uncorrelated noise and the reduction of uncontrolled parameters such as the performer’s gestures when playing the instrument or unexpected couplings between the parts composing the entire instrument. A small set of low-level descriptors is defined in order to analyse the signals and infer some patterns or characteristic features from the recorded sound. This first selection of descriptors is chosen due to its robustness. In this thesis work, a big effort has been dedicated to the development of a web application implementing these descriptors and making the results available to the user, through the web browser, in terms of interactive graphs. After the description of all the design choices adopted during the software development, the results of experimental tests performed on a piano, with a standard scale of 88 notes, are presented. The analysis tools implemented in the software cover the most significant acoustic features of the instrument: the soundboard mobility, the decay rates of the single notes, the sound intensity and its spectral content.

Il problema della caratterizzazione del suono di uno strumento musicale è studiato da decenni. Gli strumenti musicali sono il risultato di diverse tecniche e regole empiriche perfezionate per generazioni attraverso tentativi ed esperimenti: la loro complessità rende difficile correlare le misurazioni fatte seguendo metodi scientifici con i giudizi di artigiani ed esperti. Tuttavia, la possibilità di supportare la valutazione degli strumenti usando descrittori quantitativi capaci di analizzare il loro comportamento vibroacustico stimola la ricerca. Lo scopo di questa tesi è quello di proporre un metodo sistematico per la raccolta e l’analisi di dati ottenuti da strumenti musicali a corde, al fine di ottenere delle informazioni sul loro comportamento vibroacustico durante il processo di produzione. Il metodo proposto consiste in una serie di test ripetibili, che portano alla raccolta di alcune risposte accelerometriche della tavola armonica dello strumento e alcuni segnali sonori generati suonando una nota per volta. Il modo in cui i test vengono definiti garantisce la riduzione di rumore non correlato e del contributo di parametri non controllabili come i gesti del musicista o gli accoppiamenti non previsti tra diverse componenti dello strumento. Un piccolo insieme di descrittori di basso livello viene definito con lo scopo di analizzare i segnali e trovare dei pattern o degli aspetti caratteristici all’interno del suono registrato. La selezione proposta è stata dettata dalla robustezza garantita da questi descrittori. Questo lavoro si concentra, in particolare, sullo sviluppo di un’applicazione web che implementa questi descrittori e permette di visualizzare i risultati sotto forma di grafici interattivi, che possono essere ispezionati attraverso il browser. Dopo una descrizione delle scelte fatte durante l’implementazione del software, vengono presentati i risultati dei test effettuati su un piano con una tastiera di 88 note. I risultati permettono di fare alcune considerazioni su quattro proprietà dello strumento: la risposta della tavola armonica, la durata del suono generato, la sua intensità e il suo contenuto spettrale.