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Qu'est ce que le son?

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Les musiciens créent et manipulent du son, mais qu'est ce que le son exactement? Dans ce petit cours de physique, on va voir les bases du sujet, et on va apprendre un peu de vocabulaire pour nous aider à définir et quantifier ces sons.

Prérequis pour ce cours : Aucun
Travailler ce cours : Aucun




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Tout le but d'un musicien c'est de créer du son. On apprend à jouer d'un instrument, en passant par un paquet de techniques et de notions théoriques, dans le but final de créer et manipuler le son. Mais qu'est ce que c'est le son exactement ? C'est une question intéressante si vous êtes curieux. Ca ne vous permettra pas de devenir un meilleur musicien, mais au moins vous aurez une meilleure compréhension de ce qui se passe lorsque vous grattez une corde de guitare. 

Rassurez vous, ce n'est pas très compliqué à comprendre, il n'y a pas de calculs complexes à faire, on est très loin de la physique quantique. Mais vous ne trouverez pas de nouvelles techniques ou de secret magique dans ce cours, juste un peu de vocabulaire et de définitions pour mieux comprendre comment le son se comporte. Ce cours est donc une introduction à ces notions, qui sont plus des notions de physique que des notions de musique, et destiné à ceux qui sont curieux. 

Qu'est ce que le son ?

Commençons d'abord par définir ce qu'est le son : pour simplifier, le son est une vibration de l'air. Pour être un poil plus précis, il faudrait préciser qu'il ne s'agit pas vraiment d'une vibration mais d'un changement de pression, et ça ne se limite pas à l'air mais à n'importe quel gaz ou autre support. Mais bon, même si on se contente de parler d'une vibration de l'air, ce n'est pas très limpide pour autant.

Alors pour bien comprendre le son, faisons un petit travail d'imagination : imaginez une étendue d'eau, un étang ou une baignoire. Si vous lachez un caillou dans cette étendue d'eau, il va se créer des vagues qui vont s'étendre en cercle sur toute la surface. Le son c'est exactement la même chose, mais ça se passe en trois dimensions. Au lieu d'avoir un caillou qui génère des vagues, on a une source sonore (votre instrument de musique, votre voix, une porte qui se ferme etc...), et au lieu d'avoir des vagues qui forment un cercle, elles forment cette fois-ci une sphère qui va s'étendre dans l'espace qui vous entoure.

L'onde sonore

Cette "vague" qui se propage dans l'espace, c'est ce que l'on va appeler une onde sonore. Le but de ce cours est donc d'étudier ces ondes, de les quantifier, afin de pouvoir comprendre ce qu'est le son. Par chance, on va abandonner l'imaginaire et tout de suite regarder à quoi ressemble une onde:

Onde sonore sinusoïdale 200 Hertz

Il s'agit là d'une représentation d'une onde sonore. Plus particulièrement, il s'agit d'une onde sinusoïdale (parce qu'il existe différentes ondes), et sachez que lorsque vous sifflez, vous produisez une onde qui est quasiment identique à cette sinusoïde. 

Les trois caractéristiques du son

Etudions d'un peu plus près tout ce que l'on peut voir sur cette onde. Pour commencer on a le temps, représenté par l'axe horizontal. Le début est à gauche, la fin est à droite, classique, on reviendra là-dessus un peu plus tard. 

L'amplitude

Sur l'axe vertical, on a ce qu'on appelle l'amplitude, qui est une caractéristique très importante du son. Ca représente en fait le "volume" du son, à quel point il va sonner fort ou faible à vos oreilles. Plus l'amplitude est élevée, plus le son est fort, plus elle est basse, plus le son est faible.

C'est assez facile d'imaginer concrétement comment ça marche : si on revient à notre étendue d'eau imaginaire, si vous lachez un petit caillou dedans ça créé de petites vagues, si vous lachez un gros rocher ça créé de grosses vagues. C'est exactement la même chose avec le son.

Il y a un paquet de choses que l'on peut dire sur l'amplitude, notamment sur la façon dont on va la mesurer, mais ça se complique très vite alors on va laisser ça de coté pour un autre cours. 

La fréquence

La deuxième caractéristique de notre onde est un peu plus complexe à expliquer. Commençons par constater que l'onde se répète, elle est cyclique. Chaque cycle va avoir une durée, c'est à dire le temps qui s'écoule entre deux pics ou deux creux par exemple. Et cette durée, on peut la mesurer. L'unité de mesure sera la seconde, mais sachez que dans l'immense majorité des cas les cycles sont très très courts, de l'ordre de quelques millième de secondes. Dans le cas présenté au-dessus, le cycle dure en fait 5 millisecondes, ce qui correspond à 0,005 seconde. Cette durée de cycle, que l'on appelle la période, va rester invariable pendant la durée du son, à quelques rares exceptions près. 

Maintenant qu'on a la durée du cycle, on va pouvoir faire un calcul tout simple :

1 / la durée du cycle (en secondes)

Dans notre exemple, ça nous donne 1 / 0,005 = 200. Et ce nombre là est super important. 

Pour commencer, ce nombre représente le nombre de fois que le cycle va se répéter par seconde. Si la durée du cycle est de 0,005 seconde, il y aura 200 cycles par seconde. L'unité de mesure sera du coup le Hertz, abrégé sous la forme Hz. 200 Hz signifie que le cycle se répéte 200 fois par seconde.

Et ce nombre en Hertz s'appelle la fréquence, notre deuxième caractéristique. Et cette fréquence là est très importante, puisque c'est ce qui va définir la hauteur du son que l'on va entendre. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu. Plus la fréquence est basse, plus le son est grave. A noter que c'est l'inverse de la durée du cycle, donc plus la fréquence est élevée, plus le cycle est court, et plus la fréquence est basse, plus le cycle est long.

Pour donner un peu de contexte à ces Hertz, sachez que l'oreille humaine perçoit les sons grosso modo entre 20Hz et 20 000Hz. Ca varie beaucoup d'un individu à l'autre, mais c'est un bon ordre d'idée. Sachez également que dans l'immense majorité des cas en musique on s'intéresse à la fréquence. La durée du cycle n'a que peu d'applications musicales, donc vous n'êtes pas obligé de mémoriser le calcul de conversion entre les deux. 

Faisons maintenant une petite comparaison entre deux ondes différentes:

Onde sonore sinusoïdale 200 Hertz

Onde sonore sinusoïdale 440 Hertz

Ces deux ondes ont la même amplitude, mais on voit bien qu'elles n'ont pas la même fréquence. L'onde du haut a une durée de cycle plus longue, donc une fréquence plus basse, que l'onde du bas. L'onde du haut sera donc un son plus grave que l'onde du bas.

Le timbre 

Il nous reste une troisième caractéristique à définir, mais pour ça on va se poser une petite question. Si on écoute une note de piano (voir vidéo à 8:10), cette note a une amplitude et une fréquence, en l'occurence il s'agit d'une fréquence de 440Hz. Si on écoute la même note, donc même fréquence, avec la même amplitude à la guitare (voir vidéo à 8:27), on entend bien une différence. On peut faire la distinction entre le piano et la guitare, malgré le fait que la fréquence et l'amplitude soient les mêmes. Comment ça se fait ? Et bien regardons les deux ondes de ces deux notes :

Onde sonore A440 sur un piano

Onde sonore A440 sur une guitare

On peut constater en étudiant ces deux images qu'on a bien la même durée de cycle (bien qu'ils soient un peu plus difficiles à voir qu'avec une onde sinusoïdale) et la même amplitude. Mais la forme d'onde n'est pas la même. Ces deux ondes sont beaucoup plus complexes que des bêtes sinusoïdes régulières. Cette caractéristiques, ces différences de forme d'onde, c'est ce que l'on va appeler en musique le timbre.

Chaque instrument va avoir son propre timbre, sa propre forme d'onde, qui lui est unique. Ca change d'un instrument à l'autre. Chaque guitare aura son propre timbre qui sera différent de toutes les autres guitares du monde. Les familles d'instrument ont des timbres qui se ressemblent, c'est ce qui nous permet de reconnaitre une guitare et de la différencier d'un piano, mais il existe quand même des différences subtiles entre chaque guitare ou chaque piano qui existe. C'est un peu comme une empreinte digitale ou l'ADN, c'est unique à chaque instrument. 

Petite parenthèse : c'est également le timbre qui nous permet de reconnaitre des voix humaines. Chaque personne a un timbre qui lui est unique, et nous autres êtres humains sommes devenus très doués pour les reconnaitre instinctivement.

Le timbre est une caractéristique très importante, mais complexe à définir précisément. Il y a littéralement des milliers de variables qui sont à prendre en compte pour expliquer comment le timbre se forme, et du coup on gardera ce genre de détails pour un cours ultérieur.

Les bruits

Il existe cependant une catégorie de son qui est "à part" de ce qu'on a abordé jusque là, que je vais simplement appeler "bruit" pour l'instant. Pour comprendre pourquoi ces bruits sont à part, regardons la forme d'onde d'un bruit :

Onde sonore d'une cymbale de batterie

Comme les autres ondes, on peut voir que celle-ci possède une amplitude. Mais elle varie beaucoup. On peut aussi voir qu'il y a un "timbre", il ne s'agit pas d'une bête onde sinusoïdale. Par contre il n'y a pas de cycle qui apparait. Aucune répétition dans ces pics et vallées. Par conséquent, on ne peut pas mesurer la durée du cycle, et donc sa fréquence est indéfinie. C'est cette caractéristique qui différencie les "bruits" des "sons musicaux" ou "notes". Bruit ce n'est pas forcément péjoratif, ça veut simplement dire, dans ce contexte, que l'on ne peut pas définir sa fréquence. 

Cependant ces bruits sont quand même très utilisés en musique. C'est notamment ce genre de son que vous allez produire lorsque vous faites des percussions. L'exemple d'onde que je viens de vous présenter s'agit en fait de l'onde produite par une cymbale de batterie, qui est utilisée très couramment en musique. Ca sera la même chose pour la plupart des percussions utilisées en musique : bloqué de cordes en guitare, claquement de doigts/mains etc... il n'y aura pas de fréquence pour ces bruits, ce ne seront pas des notes à proprement parler.

Conclusion

Pour résumer, un son est défini par son amplitude, son timbre et sa fréquence, sauf dans le cas des bruits qui n'ont pas de fréquence définie. Toutes ces notions ne sont pas directement applicables sur un instrument, mais vous permettront de mieux comprendre ce qui se passe lorsque vous jouez de la guitare. Et si plus tard vous vous intéressez à la MAO, beaucoup de notions ont une application directe puisque le but de la MAO est de manipuler toutes ces ondes sonores avec de l'égalisation, de la distorsion etc...

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