Modèles de signaux musicaux informés par la physiques des instruments : Application à l'analyse automatique de musique pour piano par factorisation en matrices non-négatives

This thesis introduces new models of music signals informed by the physics of the instruments. While instrumental acoustics and audio signal processing target the modeling of musical tones from different perspectives (modeling of the production mechanism of the sound vs modeling of the generic "morphological'' features of the sound), this thesis aims at mixing both approaches by constraining generic signal models with acoustics-based information. Thus, it is here intended to design instrument-specific models for applications both to acoustics (learning of parameters related to the design and the tuning) and signal processing (transcription). In particular, we focus on piano music analysis for which the tones have the well-known property of inharmonicity. The inclusion of such a property in signal models however makes the optimization harder, and may even damage the performance in tasks such as music transcription when compared to a simpler harmonic model. A major goal of this thesis is thus to have a better understanding about the issues arising from the explicit inclusion of the inharmonicity in signal models, and to investigate whether it is really valuable when targeting tasks such as polyphonic music transcription.Cette thèse introduit des nouveaux modèles de signaux musicaux informés par la physique des instruments. Alors que les communautés de l'acoustique instrumentale et du traitement du signal considèrent la modélisation des sons instrumentaux suivant deux approches différentes (respectivement, une modélisation du mécanisme de production du son, opposée à une modélisation des caractéristiques "morphologiques" générales du son), cette thèse propose une approche collaborative en contraignant des modèles de signaux génériques à l'aide d'information basée sur l'acoustique. L'effort est ainsi porté sur la construction de modèles spécifiques à un instrument, avec des applications aussi bien tournées vers l'acoustique (apprentissage de paramètres liés à la facture et à l'accord) que le traitement du signal (transcription de musique). En particulier nous nous concentrons sur l'analyse de musique pour piano, instrument pour lequel les sons produits sont de nature inharmonique. Cependant, l'inclusion d'une telle propriété dans des modèles de signaux est connue pour entraîner des difficultés d'optimisation, allant jusqu'à endommager les performances (en comparaison avec un modèle harmonique plus simple) dans des tâches d'analyse telles que la transcription. Un objectif majeur de cette thèse est d'avoir une meilleure compréhension des difficultés liées à l'inclusion explicite de l'inharmonicité dans des modèles de signaux, et d'étudier l'influence de l'apport de cette information sur les performances d'analyse, en particulier dans une tâche de transcription