Le son complexe
Le son est généré par une onde acoustique. Un instrument comme une guitare génère, lors de la vibration d’une corde, une onde d’énergie qui va se propager dans l’air, allant de particule en particule, l’onde ne provoque pas un courant d’air, mais une propagation d’une énergie.
On distingue deux catégories de son.
- Un son simple / pur ne possède qu’une seule fréquence et ne varie pas au cours du temps. Ex. : le son émit par un diapason.
- Un son musical est celui qui correspond à une note de musique que l’on appelle son complexe. Complexe, car à la fréquence initiale viennent s’ajouter d’autres fréquences multiples avec des amplitudes différentes créant le timbre d’un instrument.
Le son complexe est caractérisé par trois facteurs :
1. Sa fréquence : elle correspond au nombre d’oscillations par seconde et son unité est le Hertz (Hz). Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
2. Son intensité : définie par une amplitude, l’intensité peut être forte (grande amplitude) ou faible (petite amplitude), l’unité est le décibel (dB).
3. Son timbre : Un son est composé d’une première fréquence appelée fondamentale et d’harmoniques qui sont des multiples de la première fréquence.
Un son complexe ne ressemble en fait plus à une sinusoïde, mais aux résultats cumulés de toutes ces fréquences jouées plus ou moins intensément et qui finalement vont nous permettent en quelques dixièmes de secondes de reconnaître l’instrument.
Chaque instrument possède ainsi son identité sonore par ses harmoniques (la fréquence fondamentale qui elle détermine la hauteur du son grave ou aigu). Par exemple, une note de 100 Hz aura pour harmonique 200Hz, 300 Hz, 400 Hz…et chacune de ces fréquences vibrera plus ou moins fort. La conjugaison de toutes ces fréquences forme donc le timbre de l’instrument
Les harmoniques
Entrons dans le détail des harmoniques, compréhension importante de la musique, mais surtout un des points clefs du système de reproduction sonore.
Comme nous l’avons vu précédemment, la fréquence fondamentale va donner la hauteur du son (+/- grave/aigu) elle est donc la fréquence la plus grave. Les harmoniques multiples de cette fréquence vont composer le timbre.
Concrètement, la note « LA (440Hz) » va faire vibrer sur toute sa longueur la corde du piano, la corde vibre aussi en ses deux moitiés ce qui va produire le son LA à 880 Hz, les moitiés se divisant à leur tour en deux…se démultiplient à l’infini, la limite pour l’humain étant sa capacité auditive.
La représentation d’une courbe de fréquence et de ses harmoniques n’est pas exacte comme sur la figure 1, en réalité chaque instrument produit des courbes cycliques avec des motifs différents. Le timbre comprend l’ensemble du contenu harmonique ainsi que l’ensemble des transitoires, d’attaque et de fin d’un son complexe.
En effet, un son n’est pas « on ou off », il lui faut un certain temps pour s’établir et s’éteindre, ce phénomène appelé transitoire conditionne également le timbre. Dès l’attaque d’une note il est possible de reconnaître l’instrument, un piano aura une attaque plus rapide, brutale alors que pour un violon son attaque sera progressive.
Pour les auditeurs très expérimentés, il est tout à fait possible de distinguer l’instrumentiste. Par exemple un débutant hésitant, maladroit et à l’inverse un musicien expérimenté qui maîtrisera son instrument et produira des attaques franches et un contenu harmonique stabilisé.
Chaque note de musique « vibre » à une fréquence précise. Le tableau suivant montre la relation qui existe entre la valeur d’une note et sa fréquence. Une octave regroupe les notes allant de Do à Si. Passer à une octave supérieure revient à multiplier par deux les fréquences des notes. En Hz.
N. B. : SI le fondamental est l’harmonique donnant la hauteur la plus grave, il est constaté qu’en retirant par exemple le fondamental et les 2 premières harmoniques, la hauteur du son est toujours perceptible, en revanche le son devient moins « riche ».
Sons riches et sons pauvres
Un son est riche quand il comporte beaucoup d’harmoniques, à l’inverse un son pauvre, n’aura pas beaucoup d’harmoniques ; un son pur est un son complètement dépourvu d’harmoniques (ex. : le diapason).
On distingue deux catégories de son.
- Un son simple / pur ne possède qu’une seule fréquence et ne varie pas au cours du temps. Ex. : le son émit par un diapason.
- Un son musical est celui qui correspond à une note de musique que l’on appelle son complexe. Complexe, car à la fréquence initiale viennent s’ajouter d’autres fréquences multiples avec des amplitudes différentes créant le timbre d’un instrument.
L’enveloppe sonore
Pour terminer la définition du son et du timbre des instruments : l’enveloppe sonore.Chaque note émise possède 4 caractéristiques qui forment son enveloppe sonore :
- L’attaque
- Le déclin
- Le maintien
- L’extinction
Chacun de ces éléments est propre à l’instrument et le musicien module ces paramètres dans sa manière de jouer, des partitions, de l’émotion qu’il souhaite apporter. Chacune de ces phases sera donc plus ou moins longue / prononcée, mais leur respect dans la reproduction sonore est primordial pour la cohérence.
Un son peut être composé d’une attaque très franche, suivi d’un maintien long et d’une extinction rapide. La courbe obtenue serait un U inversé. Cet exemple illustre parfaitement les problèmes rencontrés lors de l’enregistrement et de la reproduction sonore ou la première et la dernière phase imposent des éléments de très bonne qualité pour s’approcher du son réel.
Pour exemple, un haut-parleur qui lors de l’extinction prendrait plus de temps que nécessaire à revenir à sa position provoquerait un traînage important. Compte tenu des lois physiques, il est quasi impossible d’arriver à un résultat 100% satisfaisant.
À noter que les temps d’attaque et d’extinction participent principalement au timbre de l’instrument, retirer une de ces phases et la reconnaissance de l’instrument devient difficile, voire quasi impossible.
Le timbre d’un instrument peut ainsi varier en fonction du lieu du concert, en fonction par exemple de la réverbération importante ou au contraire une place très absorbante.
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