L’acoustique est la science du son. Il s'agit de l’étude des phénomènes de propagation du son, de transmission, de réverbération, d’échos... L’acoustique s’applique aux domaines du bâtiment, des transports, du médical, de l’électronique ou bien de la musique ! La science des instruments de musique est appelée l'acoustique musicale.
Quelques précisions sur l’acoustique musicale
À la frontière entre la physique ondulatoire et la musique, cette discipline trouve ses racines dans l’antiquité, notamment avec les travaux de Pythagore qui avait déjà établi des relations entre la longueur d’une corde et la hauteur du son produit par cette corde (allez lire l'article sur ce qu'est vraiment un son en terme physique). Aujourd’hui, les connaissances scientifiques et les outils ont évolués et nous sommes capable de simuler et modéliser les phénomènes physiques (écoulement d’air, modes de vibrations, sans oublier l'impédance d'entrée acoustique ...) à l’intérieur des instruments.
Les recherches en acoustique musicale permettent de comprendre et d’améliorer le fonctionnement des instruments de musique, en étudiant leurs propriétés vibratoires, leur rayonnement ainsi que le couplage musicien / instrument. Les instruments sont modélisés à l’aide de logiciels de simulation acoustique (lire aussi les métiers de Syos : ingénieur en simulation) et à partir d’expérimentations sur instruments réels.
Les paramètres étudiés en acoustique musicale
Pour caractériser un signal sonore, l’acoustique utilise 4 grandeurs principales : la durée de l’échantillon, sa hauteur, son intensité (amplitude) et son timbre. La connaissance de ces paramètres permet de mieux connaître un instrument mais aussi de le synthétiser en recomposant un signal qui lui est propre.
La durée, la hauteur et l’amplitude sont des valeurs quantifiables, elles ont des unités. En effet, respectivement elles sont caractérisées par : la seconde (s), le Hertz (Hz) et le décibel (dB). Au contraire, le timbre n’est pas quantifiable et n’a pas d’unité. Le timbre est définit par la composition harmonique du son et son attaque (l’amorce du signal sonore) . En acoustique, le timbre est exprimé avec des notions statistiques (Densité Spectrale de Puissance). Pour le musicien, ce sont des mots de vocabulaire qui vont le mieux décrire le timbre, comme brillant, clair, chaud, rond... (et c’est là qu'intervient la psycho-acoustique en tant que science de la perception auditive !)
Exemple : expérimentons autour du saxophone
Ici, nous avons soufflé dans notre saxophone pour faire un La 440 (440 Hz), soit un Fa# avec le saxophone alto. Ecoutez plutôt !
Sur les figures ci dessous, nous observons la hauteur et la durée (sur le spectrogramme) et l’amplitude et la durée (sur le signal temporel). Mais où est le timbre ? Comme dit précédemment : il est impossible à quantifier donc impossible à représenter sur un graphique.
Le signal temporel est représenté en bleu ci dessus. C’est exactement ce que reçoit le microphone quand on y joue du saxophone. On y distingue trois partie :
- le transitoire de début (1)
- le régime stationnaire (2)
- le transitoire de fin. (3)
Ce sont les étapes principales pour n’importe quel instrument à vent. Cependant, les transitoires sont propres à chaque instrument, l’attaque à la trompette est souvent bien plus sèche qu’au saxophone par exemple. C’est d’ailleurs une de leurs différences au niveau du timbre...
Le spectrogramme est un graphique qui nous donne la hauteur (soit la fréquence) en fonction du temps (de la durée du signal). Sur ce spectrogramme, on voit clairement que la note est maintenue pendant environ une seconde. Aussi, le spectrogramme nous montre quelles notes sont jouées. On voit distinctement la note fondamentale (440 Hz) et les harmoniques. Nous sommes rassurés, nous avons bien joué la note fondamentale, un La 440, tout juste ! Ici, on voit en plus que le saxophone est harmonique : chaque fréquence jouée est un multiple de la fondamentale ! Les harmoniques observées sont propres au saxophone, ce sont elles qui définissent son timbre. Le bec de votre saxophone est la pièce maîtresse pour ajouter ou non des harmoniques à votre son : lire par exemple l'article sur l’influence que peut avoir la chambre !
Petit résumé :
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Le vocabulaire de l’acoustique musicale c’est en majorité : La durée, la hauteur, l’amplitude, et le timbre.
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La durée, la hauteur et l’amplitude sont quantifiables
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Le timbre s’exprime de manière statistique mais surtout avec vos mots
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Le spectrogramme permet d’analyser votre son et de connaître sa composition harmonique
Curieux de mettre des mots sur le timbre de votre saxophone ? Venez tester la diversité des becs Syos !
