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La première question quand nous parlons du son est : qu'est-ce que c'est ?
On va y répondre ici, très simplement. Ça vous donnera de bonnes bases pour mieux l'appréhender.

Commençons par le commencement et abordons tout de suite le premier point !



La nature du son


Description

Mettons les pieds dans le plat : le son est une onde mécanique longitudinale. Non, non, ne partez pas ! On va essayer d'expliquer simplement ce que ça veut dire.

Dans le cas d'un haut-parleur, lorsque la membrane avance, elle va pousser les molécules d'air qui la touchent qui elles-mêmes vont pousser leurs voisines qui elles-mêmes etc...
De même quand elle se rétracte, la membrane va attirer à elle les molécules d’air qui la touchent qui elles-mêmes vont attirer leurs voisines, etc...
Les molécules ne voyagent pas. Elles se déplacent autour d'une position moyenne (elles avancent puis reculent puis avancent).

Au repos, toutes les molécules dans l'atmosphère respectent une certaine distance avec leurs voisines mais lorsqu'elles se cognent, on assiste à une surpopulation de molécules dans une petite zone. Si l'on mesure la pression dans cette petite zone, elle sera plus élevée que dans l'atmosphère au repos : c'est une surpression. De même quand les molécules reculent, il y a sous-population. La mesure de pression montrera qu'elle est ici plus faible qu'au repos : c'est une sous-pression. En fait le son c'est exactement ça, des molécules se rapprochent (surpression) et s'éloignent (sous-pression) en s'agitant autour d'une position. Les zones de surpression et de sous-pression vont quant à elles se déplacer dans l'atmosphère.



On obtient le même résultat en jetant un caillou dans l'eau : il fait des vagues. Le son c'est pareil, à part que nous ne voyons pas les vagues. Si nous étions sous l'eau, nous ne les verrions pas non plus nous environner.

On assiste donc à une propagation qui évolue de proche en proche et qui déforme le milieu qu’elle traverse sur son passage, en l’occurrence l’onde fait s'agiter les molécules d’air dans la direction de son déplacement afin de propager une pression.
  • Le fait de se propager est la caractéristique d’une onde.
  • La capacité d'agiter ou de déplacer des choses, comme les molécules d’air ou la membrane d’un micro, est dite mécanique.
  • Déplacer les zones de pression dans le sens de la propagation de l'onde est un déplacement longitudinal.

Voila, nos trois termes sont expliqués et voici quelques situations où vous pouvez ressentir la nature du son :
  • Si la source est loin de vous, vous pouvez mettre un certain temps avant d'entendre le moindre son : cette durée s'appelle le temps de propagation. L'onde sonore se déplace avec une certaine vitesse qui varie en fonction du milieu dans lequel elle se propage : 344 m/sec dans l'air à 20°C, 1500 m/sec dans l'eau de mer par exemple.
  • Lorsque le volume est très fort, on ressent parfois les vibrations dans notre corps : c’est grâce aux propriétés mécaniques du son qui viennent pousser notre cage thoracique.

Le son peut se propager dans l’air, dans les liquides et dans les solides. En revanche, il ne peut pas se propager dans le vide ni dans l'espace car il n’y a aucun support, aucune molécule à déplacer. Et je suis désolé d’ajouter que quand on entend une explosion de croiseur inter-galactique dans Star Wars, c’est une aberration physique. En revanche ça rend quand même super bien !


Puissance, fréquence et période

En général, on dit d’un son qu’il est plus ou moins fort et plus ou moins aigu (ou grave). Ces deux notions sont fondamentales pour caractériser un son : son amplitude qui correspond à son volume et sa fréquence qui correspond à sa hauteur.

Le volume est rarement mesuré tel quel car c’est une notion difficilement exploitable. En revanche il est directement lié à la notion de puissance. On mesure donc la puissance du son et son unité est le décibel, noté dB. Cette unité a la caractéristique de transformer les rapports en somme. Je m’explique, si un son est 2 fois plus puissant qu’un autre alors il aura 3 décibel de plus.

P(son_1) = 2 * P(son_2) devient en dB : P(son_1) dB = P(son_2) dB + 3 dB

Et c'est quand même plus facile de manipuler une somme qu'un produit !

La fréquence va déterminer la hauteur de la note jouée. Autrement dit, cela va déterminer si le son est grave ou aigu et cela va nous permettre de différencier un Do d'un Ré par exemple. Plus la fréquence est élevée, plus la note sera aigue. Elle se mesure en Hertz, noté Hz.

A la fréquence, on associe la période. Ces deux notions sont fortement liées car la période est l'inverse de la fréquence. Pour un signal périodique, c'est à dire un signal qui se répète, il s'agit de la durée de la période élémentaire. Elle se mesure en secondes.



L’oreille et le son

Les limites

Mille milliards de Hertz ? Fichtre, ça doit être très aigu ! Malheureusement pour nous, nous ne le saurons jamais car…  nous ne pouvons pas l’entendre. Eh oui, nous sommes limités par notre oreille qui nous permet d’entendre entre 20 Hz et 20 000 Hz (20 kHz) environ.

Les fréquences inférieures à 20 Hz sont appelées infra-basses, dont une partie peut être utilisées par les éléphants, les baleines, ... Les fréquences supérieures sont appelées ultra-sons dont une partie peut être entendue par les chiens ou les chauves-souris qui s’en servent comme d'un radar.

Attention ! Ce n’est pas parce qu’on ne peut pas les entendre qu’on ne peut pas les ressentir. En effet, on peut percevoir ces sons notamment par la cage thoracique. Alors même si nous ne les entendons pas, ils participent à la richesse du son et de l’atmosphère. Les infra-basses sont d’ailleurs utilisées au cinéma pour rendre les situations plus prenantes.

Par commodité, on découpe cette plage de fréquence en 3 :
  • les sons graves (bass en anglais)
  • les médiums (sous-divisés en bas-médiums et haut-médiums)
  • les sons aigus (treble en anglais)
Il n'existe pas de frontières définies entre les uns et les autres mais ces termes reviennent très souvent pour décrire un son ou du matériel audio.

De même au niveau du volume, on ne peut entendre en-dessous d'un volume minimal. Quant aux volumes trop forts, ils créent des dégâts irréversibles au niveau de l'oreille interne : surdité et acouphènes. Mieux vaut donc bien surveiller ces paramètres. Ceci dit rien ne vous empêche de jouer tout à fond comme diraient les Wampas. Ben oui, on va pas se mettre à jouer du punk tout doucement, bordel ! biggrin

La perception du son

Nous ne percevons pas le son de manière linéaire ! Vous allez pouvoir entendre votre minuscule boucle d'oreille tomber sur le carrelage alors qu'il vous faudra dépenser des fortunes en amplificateurs et autres caissons de basses pour entendre convenablement les sons graves...

En effet, nous percevons très bien les médiums et haut-médiums alors que nous faiblissons de plus en plus à mesure que l'on s'approche des extrêmes (graves ou aigus). On commence à entendre les basses aux alentours de 50Hz à partir de 60dB alors qu'il suffit de 10dB pour qu'on entende les sons allant de 1000 à 5000Hz!

De plus, le volume sonore modifie cette courbe : les graves ressortent beaucoup plus à fort volume tandis que les aigus dominent largement à faible volume. Théoriquement, le volume idéal où cette courbe est la plus « plate » se situe aux alentours de 90dB (décibels).

Et enfin, le saviez-vous, il existe une fréquence que nous entendons plus forte que toutes les autres...qui correspond à la moyenne de la fréquence du cri humain (environ 3000Hz - notez que c'est en moyenne un peu plus aigu chez les femmes que chez les hommes).

Pour visualiser ce dont je parle, il faut regarder ce que l'on appelle les courbes isosoniques, mesurées pour la première fois en 1933 par Fletcher et Munson elles indiquent la perception du son selon les fréquences. Ce graphique est en fait très simple : sur chaque ligne, le son est perçu par une oreille humaine comme faisant le même volume, alors que en fréquence on voit bien que l'amplitude absolue varie énormément! Comme indiqué sous le graphique les lignes bleues correspondent aux mesures de 1933, et les lignes rouges sont des mesures plus récentes sur de nombreux cas, menées par un groupe de chercheurs internationaux.


(source wikipédia )


Enfin, dernière anecdote : vous aurez sûrement remarqué que le volume sonore des publicités paraît plus fort que celui du film juste avant.... pourtant c'est le même volume! C'est juste que les publicitaires jouent sur le "spectre utile", c'est à dire la gamme de fréquence à laquelle notre oreille est la plus sensible!

Les gammes musicales

Les fréquences de la gamme occidentale

Ce qui fait que la musique occidentale ne sonne pas comme de la musique indienne ou japonaise, c'est qu'elle va utiliser un certain nombre de fréquences définies par des règles qui lui sont propres. Nous allons voir un petit peu en détail en quoi ceci consiste.

Dans la musique occidentale, on combine une note et un mode pour avoir un accord pour obtenir une gamme comme par exemple Do majeur. Il y a 12 notes :
  • 7 notes de base Do, , Mi, Fa, Sol, La, Si
  • et 5 notes altérées : Do# (dièse), Ré#, Fa#, Sol#, La#
et 2 modes :
  • majeur
  • mineur

Pour comparaison, la musique arabe utilise 96 modes ! De plus la musique arabe est entièrement mélodique et quasiment pas harmonique, c'est à dire que les accords (ensemble de plusieurs notes) ne sont pas définis.

Il faut savoir qu'il existe de nombreuses gammes sur Terre et ne pas oublier qu'il existait au moyen-âge en Europe de nombreuses gammes différentes. Pour la musique moderne on utilise en général la gamme tempérée . Les claviers électroniques sont accordés en tempérament égal.

Ton, demi-ton ?


L'écart entre 2 notes (Do et par exemple) est appelé un ton et l'écart entre une note et la note altérée (Do et Do# par exemple) est appelée un demi-ton. Notez qu'il n'existe pas de Mi# ou de Si# car il n'y a qu'un demi-ton entre Mi et Fa ou entre Si et Do.

Chaque note correspond à une fréquence bien précise qui n'est pas choisie arbitrairement ! Chaque note possède un rapport mathématique très précis avec les autres et...oh? Comment choisit-on la première note dont vont découler toutes les autres? Bon, ok, celle-ci est arbitraire!

Par convention, nous avons décidé après des siècles de confusions et d'absence de règles que le La au milieu du clavier d'un piano (le fameux "La 3") ferait 440Hz. C'est comme ça et pas autrement depuis les années 50. Bon en fait ce n'est pas tout à fait vrai. Il existe d'autres conventions. Les groupes de musique baroque ont pris pour convention un La 3 à 415 Hz (soit un demi-ton plus bas). Toutefois toute la musique pop, rock, hip-hop, funk, soul, punk, métal, électronique, etc. utilise à une énorme majorité le La 3 à 440 Hz.
Pour aller plus loin
Si vous voulez en savoir plus sur l'histoire de la normalisation du La 3, lisez ceci Image .



En revanche, toutes les autres fréquences de la gamme sont calculées très précisément grâce à une formule mathématique qui régit toute la musique occidentale :
Used in Le Son
octave est le numéro de l'octave dont fait partie la note choisie et n correspond à l'indice du demi-ton (entre Do et Si, de 1 à 12). Voir plus bas ce qu'est une octave.

Par exemple, pour trouver la fréquence du Si 3 : l'octave est 3 et le Si est le douzième demi-ton de la gamme. La fréquence du Si 3 est donc :
Used in Le Son
Autre exemple, trouvons la fréquence du Do 2 : l'octave ici est 2 et le Do est le premier demi-ton de la gamme. La fréquence du Do 2 est donc :
Used in Le Son

note éditeur (olinuxx): un petit tableau de correspondance sur 2 ou 3 octaves autour du 440Hz serait le bienvenu afin de montrer quelques exemples


Enfin, dernière chose à savoir, l'écart qui sépare 2 notes consécutives de même nom (2 Do par exemple) est appelé une octave. On note les octaves par leur position sur le clavier de piano. Le La 3 dont on a parlé plus haut est donc le 3ème La du clavier. En termes de fréquence, pour passer d'une octave à l'autre il suffit de doubler la fréquence. Si le fameux "La 3" fait 440hz, le "La 4" fera donc....880 Hz (bravo pour ceux qui ont trouvé) !

Une fois que vous avez lu ça, ne trouvez vous pas particulièrement juste avec Leibniz que « La musique est un exercice d’arithmétique inconscient dans lequel l’esprit ne sait pas qu’il compte. »

Vous pouvez faire une petite expérience amusante. Les lecteurs MPlayer et AlsaPlayer ont un réglage de vitesse qui peut être contrôlé en envoyant des nombres à virgule flottante. Vous constaterez ainsi qu'en faisant varier la vitesse de lecture avec des valeurs correspondantes à celles d'intervalles musicaux, cela ne choque pas l’oreille, alors que quand ces variations de vitesse ne correspondent pas à des intervalles musicaux, cela choque nos petites oreilles. Cela vient du fait que nous sommes habitués à entendre ces intervalles. Si vous avez la flemme de faire les calculs, FVWM-Crystal fournit des modules de contrôle pour ces lecteurs qui comprennent le réglage de leur vitesse de lecture.

Tempérament


Ceci est d'autant plus vrai que nous pourrions encore parler des différents tempéraments. Par exemple, la différence entre la gamme tempérée et le tempérament égal vient du fait que ce qui différencie les gammes entre elles n'est pas seulement le nombre de notes qui les compose mais aussi le tempérament. Le tempérament est la façon dont les notes sont réparties sur une octave. Ce tempérament varie suivant les époques et le lieu .

En théorie de la musique, le comma est un intervalle très faible entre deux notes enharmoniques. Le comma intervient dans l'accordage des instruments en servant de base à la construction des tempéraments. Comme il existe différents type de tempéraments, il existe différents commas.

Des différences de comma ne sont pas facilement décelables dans les intervalles mélodiques. Dans les intervalles harmoniques, elles provoquent dissonances et battements, lesquels varient fortement selon le tempérament.

La particularité de la gamme tempérée sur ce point est de ne pas avoir de comma. Cela vient du fait que le rapport entre les différentes notes est constant. Ce rapport a été choisi pour que l'octave soit juste et pour avoir 12 notes par octave. Par contre, dans les autres tempéraments, en faisant un cycle des quintes pour trouver toutes les notes d'une octave, on se retrouve à l'octave avec une différence par rapport à la valeur idéale. Cette différence est le comma . Ou pour un bien meilleur article, mais en anglais: the comma . Ou encore mieux, l'excellent article sur les gammes de Laurent Gautier.

En pratique, le comma n'est guère utilisé, heureusement, que par les accordeurs de piano et les théoriciens de la musique. Ouf, on est sauvé! biggrin Cependant, certains instruments comme le violon, la guitare en tirant les cordes, ou la voix, permettent de varier la hauteur des notes pour obtenir d'autres consonances que celles de la gamme tempérée. Cela est à réserver pour les solos. A cet égard, le piano est un cas particulier. En tapant très fort sur les touches, son contenu harmonique change, les dissonances augmentent, mais il se désaccordera alors très très très vite. cool

Les harmoniques, le timbre et l'enveloppe

Les harmoniques

Un son est fait de plusieurs fréquences ayant des relations plus ou moins fortes entre elles et des puissances variables. C'est en fonction du volume de chaque fréquence que l'on va déterminer la nature d'un son.

On fait généralement la distinction entre les sons suivants :
  • le bruit : un son aléatoire qui occupe beaucoup de fréquences de manière indépendante avec des puissances équivalentes sur toutes les fréquences : c'est ce qu'on entend si l'on regarde la télé quand on voit de la neige. Il n'y a pas ici de signature fréquentielle.
  • des sons peu harmoniques : les fréquences ont peu de relations entre elles mais on commence à voir une signature fréquentielle. C'est le cas des cymbales ou des tambours.
  • des sons harmoniques : les fréquences présentes ont de fortes relations entre elles et présentent une signature fréquentielle très caractéristique. C'est le cas des instruments à cordes ou à vent par exemple.

Dans le cas des sons harmoniques, on retrouve une fréquence fondamentale qui correspond à la note jouée (La 3, Si 4,...) et la présence de nombreuses fréquences toutes multiples de la fondamentale : les harmoniques.

Par exemple, le La 3 au centre du piano a une fréquence de 440 Hz. Sa première harmonique sera donc (440x2) 880Hz, sa deuxième harmonique (440x3) 1320Hz etc....

Les guitaristes connaissent bien ce phénomène, car on peut isoler telle ou telle harmonique d'une corde en posant son doigt (sans appuyer) juste au dessus des frettes (les tiges en métal qui séparent les cases). On supprime la fondamentale au profit des harmoniques.

En régime permanent (sustain), la puissance des harmoniques diminue avec sa hauteur. Plus une harmonique a une fréquence élevée, plus sa puissance est faible.

De l'autre côté, on trouve les sous-harmoniques (qu'on retrouve plus souvent en anglais "sub-harmonics") qui sont des fréquences basses qui ont elles aussi un rapport avec la fondamentale. En revanche ici, la fréquence est divisée par un nombre entier... Pour reprendre notre fameux La3, ses sous-harmoniques seront :
440/2=220Hz
440/3=146,6Hz (environ)
etc...



Le schéma ci-dessus nous montre une représentation alternative du son. Elle est très courante dans lecteurs de musique et représente la répartition des fréquences à un instant donné et s'appelle le spectre. Ici nous voyons donc un exemple d'un son avec seulement sa fondamentale et ses harmoniques.

Notez qu'Il existe des sons très « pauvres » en harmoniques comme le son du diapason par exemple (dont on n'entend pratiquement que la fondamentale) et des sons très « riches » comme celui d'un clavecin. Cela se traduit par une sensation d'un son plus ou moins "lisse" ou "granuleux".

Le timbre

La puissance des harmoniques est capitale pour nous permettre de faire la différence entre un instrument et un autre. En effet, comme nous venons de le voir, il n'existe pas ou peu de sons ne contenant qu’une seule fréquence : il est constitué d’une multitude de fréquences à la fois et c’est tant mieux car c’est ce qui lui donne sa richesse !

Fermez les yeux. Imaginez qu’un pianiste joue une note : au hasard un La 3. Ensuite un guitariste joue exactement la même note. Je suis sûr que vous saurez reconnaître les deux instruments. Vous savez les différencier alors qu’ils jouent la même note !!

Le poids des harmoniques dans le son permet de déterminer le timbre de l'instrument, comme sa signature. Ainsi le poids des harmoniques dans un piano n'est pas le même que pour une guitare.

L'autre élément principal qui nous permet de distinguer le timbre d'un instrument s'appelle l'enveloppe, à savoir les variations d'amplitude au cours du temps...

Enfin, reconnaissons-le, le timbre reste un mystère qui n'expliquera jamais pourquoi tel ou tel instrument vous fera vibrer plus qu'un autre !

L'enveloppe

Un son naturel n'apparaît et ne disparaît pas d'un coup, chaque son possède sa propre façon d'apparaître, de durer puis de disparaître. On appelle celà l'enveloppe. Celle-ci est définie essentiellement par 4 paramètres (qu'on retrouve la plupart du temps en anglais): Attack (attaque), Decay (déclin), Sustain (soutient), Release (sortie). Ces termes sont énormément utilisés dans le cadre de la synthèse sonore, où l'on peut régler avec précision ces paramètres pour définir l'évolution de son amplitude dans le temps.

Voici une définition de ces 4 paramètres :
  • L'attaque : définit la vitesse à laquelle le son atteindra son volume maximal. Le piano ou la guitare ont des attaques courtes tandis qu'au violon ou avec les instruments à vent, on peut obtenir le temps d'attaque que l'on souhaite.

  • Le decay : correspond à la différence de volume entre le volume maximum qui survient après l'attaque et le volume « de croisière » du son (le sustain). Je m'explique : lorsque l'on frotte une corde de guitare on va entendre le « gling » (volume maximal) puis le son va rapidement décroître avant que la corde se mette tranquillement à résonner jusqu'à ce que le son s'éteigne doucement. C'est le court instant entre le « gling » et le son de corde qui résonne que l'on appelle le decay.

  • Le sustain : Correspond au volume "constant" de la note tant qu'elle est maintenue. Cela correspond à une amplitude et non une durée.

  • Le release : définit la rapidité avec laquelle le volume décroît après que la note soit relâchée.



La suite ...

Voilà vous connaissez maintenant la constitution du son. Pour aller plus loin, il faudra aller chercher du côté de la physique pour en savoir plus sur l’onde, sa fréquence, son amplitude, de la musicologie pour en savoir plus sur les notes ainsi que les règles de composition et de l’anatomie pour comprendre comment l’oreille entend.

Comment entendre ou comment enregistrer : c'est justement le sujet de notre prochain chapitre où l'on traite du > monde analogique.


Dossier - Le Son
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olinuxx, 11:14, dim. 26 Feb 2017: bonjour et bienvenue à jacky33380, à Sweenu, et à jeanbruno2005@yahoo.fr :-)
Long Sam Silver, 17:22, sam. 25 Feb 2017: Salut MrKebab J'ai testé ta précédente mouture et je l'ai même donnée sur clé bootable à quelques jeunes têtes lycéennes (pas toutes raides) là où je bosse. Je leur parlerai de ta nouvelle mouture.
sub26nico, 10:52, sam. 25 Feb 2017: @MrKebab: n'hésites pas à faire une nouvelle pour décrire les nouveautés!
MrKebab, 10:15, sam. 25 Feb 2017: Bien le bonjour ça faisait longtemps.. je reviens avec une mise à jour. Bon week-end ;) /
sub26nico, 10:03, sam. 25 Feb 2017: bonjour et bienvenue à Sweenu :-)
alandave36, 12:18, ven. 24 Feb 2017: Merci pour la bienvenue sub26nico. En fait, ça faisait longtemps que je n'étais pas venu :-)
zebassprophet, 09:01, ven. 24 Feb 2017: @napz je pense que si mais je met en 1/8 de temps
napz, 17:00, jeu. 23 Feb 2017: @zebassprophet : t'es sûr qu'il ne superpose pas les notes trop proches ?
sub26nico, 10:07, jeu. 23 Feb 2017: bonjour et bienvenue à alandave36 :-)
zebassprophet, 19:18, mer. 22 Feb 2017: yop les gars, j'ai des notes qui partent quand je quantifie, une piste? (ouais jouer en place trouduc) oui mais a part ca :-D
sub26nico, 17:18, mer. 22 Feb 2017: @napz: bravo! tu devrais ouvrir un fil dans les forums, ça aura plus de visibilité.
napz, 14:44, mer. 22 Feb 2017: émission enregistrée à la maison sous linux avec jack +cadence +catia +mixxx +calfcomp +Audacity + un peu de hardware