Acoustique et organologie

Acoustique et organologie
Index des mots clés, Guide des sujets et Liste de questions pour la préparation aux examens
établis par Ulrich Müller avec la collaboration de Bernhard Billeter, Ermanno Briner et
Hans Eugen Frischknecht, version française par Denise Bovet, revu en 2001/2003
Ce document n'est pas conçu pour remplacer mais pour compléter les cours.
Contenu
1. Index des mots clés
2. Guide des sujets
Page 1
Page 3
Production d'un son
Propagation d'un son
Acoustique des salles
Sources sonores
Organologie
Instruments de musique électroniques
Intonation et tempéraments
L'oreille humaine
Les composants d'une chaîne Hi-Fi
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3. Liste de questions
4. Annexes
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Page 21
Série des harmoniques - Nom des notes français/allemand
Notation des hauteurs de notes - Cents et Savarts
5. Bibliographie succincte
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1. Index des mots clés
Absorption des ondes sonores
Absorption, caractéristiques
Accord des instruments à clavier et à frettes
Acoustique des salles
Amortissement des ondes
Battements
Bruit
Cents (système des Cents et des Savarts)
Comma
Cordes vibrantes
Cordes, instruments à
Cordes frappées, instruments à
Cordes frottées, instruments à
Cordes pincées, instruments à
Diffraction des ondes sonores
Diffusité
Distance critique (salle)
Echo
Effet Doppler
Effet Haas (ou de précédence)
Effet de masque
Echantillonnage (sampling)
Guide des sujets
page
Donald E. Hall
page
Thomas Rossing
page
6,7
9
16
8
7
17
4
15,22
16
10
11
11
11
11
6,7
8
9
7
8
8
17
14
330
332
466
466
319
185
82
459
21
147
409,465
177
192, 213
213
56
60,227
60
75
189
335,337
72
80
486
289
189
296
47
42
462
101
Formants
Fréquence d'une onde sonore
Harmoniques et partiels
Hi-fi, composantes
Homogénéité d'une salle
Infrason
Instruments de musique électroniques
Intervalles, rapports numérique des fréquences
Intonation et tempéraments
Intonation pour voix et instruments mélodiques
Idiophones
Keyboard
Longueur d'onde
Lois de Schumann
Membranophones
MIDI
Ondes longitudinales
Ondes transversales
Ondes sonores, généralités
Ondes sonores, propagation
Ondes sonores, pression
Ondes sonores, production
Ondes sonores, détection
Ondes sonores, vitesse de propagation
Ondes sonores, sources des
Ondes stationnaires
Oreille
Organologie
Partiels et harmoniques
Réflexion des ondes
Réverbération, temps de
Résonance
Residuum
Salles, acoustique des
Salle, qualité sonore d'une
Sampling (échantillonnage)
Sinus: oscillation sinusoïdale
Son différentiel
Son direct
Son musical
Son musical: timbre
Son musical: production électronique
Son sinusoïdal
Son virtuel
Synthétiseur
Tuyaux d'orgue
Ultrasons
Vibration d'une colonne d'air
Vibration d'une barre
Vibration d'une membrane
Vibration d'une plaque
Vent, instruments à
Vent, instruments à clés
Vent, instruments à pistons
Voix humaine
5
4
5
22
22
16
19
19
20
15
18
7
5
16
18
7
7
6
6
6
6
7
6
13
9
21
14
5
8
11
9
21
10
12
18
4
21
11
5
5
17
4
21
17
15
21
13
13
13
13
14-15
15
15
16
305
34
139
319
20, 31
56
436
73
18
406,415,421
519
173
174
257
157
35
177
21
21
72
27
17
25
55
193
105
139
72
325
222
22
323
43
394
320
390, 393
400
156
470
159
238
18
238
177
59
62,258,267,276
272
276
297
34, 50
257
591
34, 39, 50
34, 50
40
85
40
39, 50. 54
66
56
36, 45
465
53
457
469
19
154
461
125
19
114
582
254
27
258
267
274
218, 238
237
218
312, 347
2
2. Guide des sujets
Les notions figurant dans l'index des mots-clés sont imprimées en gras.
Production d'un son
Oscillation sinusoïdale
On peut se représenter une oscillation harmonique simple en observant le mouvement d'une balançoire
oscillant autour de sa position d'équilibre ou le mouvement d'un bouchon à la surface d'un étang dans
lequel on a jeté un caillou ou en imaginant le mouvement vibratoire (invisible à l'œil nu) d'une des
branches de la fourche d'un diapason. La position D de la balançoire, du bouchon ou de l'extrémité du
diapason en fonction du temps t, est une oscillation harmonique et est représentée par une fonction
mathématique particulière (fonction sinusoïdale) qui a l'allure suivante:
D
T
t
T est la période, c'est-à-dire le temps qui s'écoule entre 2 maxima ou 2 minima successifs de la
position
La fréquence f représente le nombre d'oscillations par seconde. L'unité de fréquence est le Hertz, que
l'on abrège Hz. On a la relation:
f = 1/T (la fréquence est égale à l'inverse de la période)
L'oscillation sinusoïdale est la notion fondamentale utilisée pour la description du son musical.
Remarque sur la fonction décrivant une oscillation sinusoïdale: si l'on considère un point situé sur un
cercle tournant à vitesse angulaire constante ω, la position de ce point en fonction du temps, vue en
projection le long d'un des diamètres du cercle, est représentée par une fonction sinusoïdale. La
période T et la vitesse angulaire sont reliées par: T=2π/ω.
Son sinusoïdal
Un son sinusoïdal produit par un générateur, par exemple, a une fréquence bien déterminée. Un son
grave= fréquence basse, un son aigu= fréquence haute. Un diapason émet un son sinusoïdal un certain
temps après avoir été frappé. Les sons produits par un harmonica de verres se rapprochent d'un son
sinusoïdal. Le timbre d'un son sinusoïdal pur est ressenti comme monotone et dépourvu de couleur,
voire comme désagréable.
Son musical
Acoustiquement, un son musical résulte de la superposition de vibrations sinusoïdales simples dont
les fréquences sont un multiple entier de la fréquence du son fondamental (Harmoniques). Les
spectres sonores des instruments de musique sont basés essentiellement sur ce principe (voir aussi
Formants)
3
Bruit:
On qualifie de bruit la superposition d'un grand nombre de vibrations dont les fréquences ne
présentent aucune relation harmonique entre elles. La plupart des instruments possèdent, en plus de
leur spectre harmonique, une composante bruit qui contribue de manière importante au timbre de
l'instrument.
Timbre:
Terme descriptif utilisé pour traduire l'impression subjective (reposant cependant sur des causes
objectives) produite par un son musical ou une superposition de sons musicaux: clair, sombre,
brillant, mat, rayonnant, terne, etc.
Harmoniques:
Vibrations dont la fréquence est un multiple entier de la fréquence du son fondamental. Exemple: si la
fréquence de la 1ère harmonique (son fondamental) vaut 220 Hz, alors celle de la 2ème harmonique
vaut 440 Hz, celle de la 3ème harmonique vaut 660 Hz. La relation entre ces fréquences est
exactement dans le rapport 1:2:3.
Formants:
Zones de fréquences dans lesquelles les harmoniques d'un son musical sont particulièrement intenses
(indépendamment de la fréquence du son fondamental). Pour les instruments à vent, la structure des
formants est déterminée par le système d'excitation de l'instrument, c'est-à-dire par la manière dont
l'instrument est mis en vibration.
Les formants sont un élément essentiel pour l'identification d'un instrument.
Les voyelles émises par la voix humaine ont des formants caractéristiques particulièrement bien
marqués.
Lois de Schumann:
Nommées d'après le physicien Erich Schumann. Il a mis en évidence vers 1929 le fait que les
instruments avaient des zones formantiques bien déterminées et que leur structure variait en fonction
de la dynamique. Exemple: même si la réception radio a lieu à faible volume, on peut reconnaître si un
orchestre joue fort ou doucement. L'impression de dynamique dépend donc non seulement de la
variation du niveau sonore, mais encore de manière significative de la variation de la structure
formantique.
Propagation d'un son
Onde sonore
Une onde sonore est une perturbation - sous forme de variation de pression dans ce cas - qui se
propage dans l'air ou dans tout autre milieu matériel. Les ondes sonores dans l'air sont des ondes
longitudinales contrairement, par exemple, aux ondes à la surface de l'eau qui sont transversales. Si
une particule de matière est amenée hors de son état d'équilibre, cette perturbation se transmet aux
particules voisines et se propage ainsi de proche en proche. Il se forme alors des zones de dépressions
ou de surpressions qui varient au cours du temps.
Dans le vide, il n'y a pas de matière et un son ne peut donc pas y être transmis. Dans l'eau, la
propagation du son est possible: les poissons perçoivent les sons. Les lois de propagation y sont
cependant différentes (voir vitesse du son). Dans la matière solide les ondes sonores peuvent aussi se
propager, mais avec des vitesses et des facteurs d'amortissement différents. (voir plus loin).
Les ondes sonores dans l'air se propagent comme des ondes sphériques (ceci n'est strictement le cas
qui si la source est ponctuelle). Une onde sonore est perçue par l'oreille comme un son sinusoïdal, un
son musical, ou comme un bruit.
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Pression sonore
L'oreille peut détecter des pressions sonores qui diffèrent d'un facteur 1 million, c'est-à-dire qui
correspondent à une variation de niveau sonore de 120 dB (Décibels). Nous ressentons une pression
sonore comme une intensité sonore. Un grand orchestre symphonique peut produire un niveau sonore
de 90 à 100 dB. L'exposition prolongée de l'oreille à des niveaux de 90 dB et davantage, comme c'est
le cas dans les discos ou lors de l'usage régulier de walkmans, peut conduire à des dommages
irréversibles.
La sensibilité de l'oreille n'est pas la même pour toutes les fréquences. L'unité de mesure qui permet de
quantifier cette caractéristique est le phone.
Vitesse du son
La vitesse du son dépend fortement du milieu dans lequel il se propage.
Dans l'air la vitesse du son v vaut 343,8 m/s à 20°C et 331,8 m/s à 0°C.
(Dans l'acier: 5100 m/s, dans l'eau à 0°C: 1485 m/s)
Exemple:
Un auditeur se trouvant à 34 m de la scène perçoit le son avec un retard de 1/10 de seconde. Ceci
correspond à la durée d'une double croche pour un tempo métronomique de 152 à la noire et pose
quelques problèmes lorsque les sources sonores sont éloignées les unes des autres, par exemple dans
les œuvres faisant appel à plusieurs chœurs.
La vitesse du son dans l'air varie de surcroît avec la température ce qui a une incidence sur l'accord
de l'orgue en été et en hiver et sur celui des instruments à vent, selon qu'ils sont froids ou ont déjà
été joués.
Longueur d'onde et fréquence d'une onde sonore
La longueur d'onde est la distance qui sépare deux maxima (surpression) ou deux minima
(dépression) successifs de la vibration sonore. Elle peut être calculée en utilisant la relation:
v = λ ⋅ f , qui permet d'exprimer la longueur d'onde λ par:
Vitesse de propagation v [m/s]
Longueur d'onde λ [m] =
_______________________________________
Fréquence f [Hz]
soit λ =
v
f
Exemple: longueurs d'onde pour des sons se propageant à une vitesse de 340 m/s:
100 Hz (un peu au-dessus du Sol1) correspond à une longueur d'onde de 3,4 m
1000 Hz (un peu au-dessus de Si4): 34 cm
10'000 Hz (environ Ré#8): 34 mm
16,3 Hz (Do-1, son le plus grave de l'orgue pour un registre de 32'): 20,8 m
440 Hz (La3, diapason): 77,3 cm
La longueur d'un tuyau d'orgue à bouche ouvert correspond à une demi longueur d'onde (longueur
mesurée depuis la bouche et en négligeant les corrections d’effets de bord). Le tuyau du La3 a une
longueur d'environ 38,5 cm. A 20°C il émet un son de 440 Hz. Lorsqu'il fait plus froid, la vitesse du
son est plus petite. D'après la formule donnée plus haut, il en découle que la fréquence est plus basse.
Un changement de 1°C conduit pour ces fréquences à une variation de 0,8 Hz. Cela signifie qu'un
orgue accordé à 440 Hz par une température de 20°C, émet, dans une église non chauffée où la
température est de 13°C, un La3 à 434,5 Hz!
5
Détection des ondes sonores
L'oreille ou un microphone détectent les variations de pression du milieu ambiant (le plus souvent de
l'air) dans lequel se propagent les ondes sphériques (sphérique: n'est exactement valable que dans le
cas d'une source ponctuelle).
Représentation imagée à deux dimensions: propagation circulaire de l'onde produite à la surface de
l'eau, après que l'on y a jeté un caillou. Différence entre onde à la surface de l'eau et onde sonore, mis
à part le fait qu'une onde sonore se propage dans les trois dimensions: la première est transversale, la
seconde longitudinale.
Réflexion des ondes sonores
Les ondes sonores obéissent aux mêmes lois de la réflexion que les ondes lumineuses: pour une
surface plane, l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence. Pour ce qui est des surfaces
réfléchissantes courbes, il faut noter que celles qui sont convexes ne présentent pas d'inconvénients,
puisqu'elles réfléchissent le son dans toutes les directions. Quant aux surfaces concaves (salle ronde
ou ovale, coupoles, voûtes) elles peuvent réfléchir les ondes, selon la distance à laquelle se trouve la
source sonore, soit en les focalisant de manière gênante, soit en les diffusant dans toutes les directions,
ce qui est souhaitable.
Si les points de focalisation sont situés au-delà des auditeurs, ils ne sont pas gênants (par exemple dans
les églises très hautes comportant coupoles ou voûtes). Dans le cas où la source sonore se trouve à
une distance inférieure à la moitié du rayon de courbure de la surface réfléchissante, les ondes sonores
réfléchies vont être diffusées dans toutes les directions. C'est ce que l'on souhaite en général. Si la
distance source-surface est égale à la moitié du rayon de courbure de la surface, les ondes sont
réfléchies en formant un faisceau parallèle et donc homogène. Si la distance de la source sonore à la
surface réfléchissante est supérieure à la moitié du rayon de courbure, les ondes sonores sont
focalisées en un point situé en avant du centre de courbure, ce qui est particulièrement gênant si ce
point se trouve au milieu du public. Il est donc recommandé aux musiciens de s'asseoir à une distance
inférieure au demi rayon de courbure d'une paroi concave.
Diffraction des ondes sonores (influence des obstacles)
Jusqu'ici nous n'avons considéré que des situations dans lesquelles les surfaces réfléchissantes étaient
suffisamment grandes pour que leurs dimensions linéaires soient égales à plusieurs longueurs d'onde.
Comme les longueurs d'ondes des sons audibles couvrent un large domaine (s'étendant de 17 mm à
20 m), les sons de basse fréquence ou de haute fréquence se comporteront différemment en présence
d'obstacles de mêmes dimensions.
Une caractéristique particulière de la propagation d'une onde est la diffraction. Lorsqu'une onde
traverse une ouverture pratiquée dans une surface (ou lorsqu'elle rencontre un obstacle), elle se
propage au delà de l'ouverture (de l'obstacle) dans toutes les directions avec à peu près la même
intensité.
La condition pour cela est que la longueur d'onde soit plus grande ou égale à la dimension de
l'ouverture (de l'obstacle). Ceci vaut aussi pour les ondes sonores. Dans une salle de concert, des
obstacles tels que les piliers ont très peu d'effet sur les basses fréquences, alors qu'ils perturbent les
hautes fréquences. Pour les mêmes raisons, les réflecteurs placés derrière ou au-dessus de la scène,
doivent avoir des dimensions suffisantes pour produire l'effet souhaité. Ainsi, les surfaces diffusantes
(par exemple plafonds caissons) doivent être de dimensions assez grandes et variées.
Absorption des ondes sonores
Lorsqu'une onde frappe une surface, l'énergie incidente n'est pas entièrement réfléchie. Une partie de
l'énergie sonore est en effet convertie en chaleur, dans une proportion qui dépend de la nature et de la
forme de la surface. Il y a donc perte d'énergie. L'absorption est donnée par le pourcentage d’énergie
absorbée. Le coefficient d'absorption α est défini comme le rapport de l'énergie absorbée sur l'énergie
incidente. Il dépend du matériau et de la fréquence de l'onde. Le public constitue lui aussi un élément
absorbant et il faut en tenir compte dans le calcul du temps de réverbération d'une salle de concert.
6
Selon les cas, l'absorption a lieu dans les aigus (par exemple tissus, public dans la salle), dans le
médium (par exemple panneaux très minces munis de fentes et fixés devant une cavité peu profonde)
ou dans les graves (par exemple lourds panneaux disposés devant une cavité profonde, résonateurs);
(voir aussi Acoustique des salles).
Amortissement des ondes sonores
Lors de la propagation d'une onde dans un milieu donné, une partie de l'énergie est convertie en
chaleur; dans l'air, l'amortissement est faible et peut être négligé en pratique, sauf dans le cas de très
grandes salles ou lorsque, à l'air libre, l'éloignement entre source et auditeur est considérable.
Ondes sonores stationnaires
Dans les instruments à vent et dans les tuyaux d'orgue, il se forme des ondes stationnaires, tout
comme dans les cordes tendues. L'image la plus simple que l'on puisse s'en faire est celle d’une corde
tendue que l'on pince puis relâche brusquement: la perturbation se propage jusqu'aux extrémités de la
corde, y est réfléchie et revient. La superposition des ondes aller et retour produit le long de la corde,
pour certaines fréquences, une série de ventres et de nœuds qui donnent l'impression que l'onde ne se
déplace pas (onde stationnaire). (voir aussi: Sources sonores. Tuyaux ouverts ou fermés).
Dans le cas où les murs d'une salle sont parallèles, des ondes stationnaires peuvent également se
former et donner lieu à des effets gênants. En effet, dans le cas où les sons d'une fréquence
déterminée sont réfléchis et parviennent à l'oreille de l'auditeur en phase, leur effet se renforce; dans
le cas contraire, les ondes s'annulent mutuellement. Ceci conduit à une distribution de l'intensité
sonore dans la salle qui dépend de la fréquence et présente une fâcheuse inhomogénéité.
Résonance
Une résonance est une oscillation de forte amplitude, obtenue en excitant un corps vibrant avec une
fréquence proche de sa fréquence propre. L'amplitude est alors maximum lorsque la fréquence
d'excitation coïncide avec la fréquence propre (ceci n'est exact que pour un système non amorti). Le
corps peut être une cavité remplie d'un matériau donné (par exemple de l'air).
Exemple 1: Si l'on actionne la pédale de droite d'un piano de manière à soulever les étouffoirs et
libérer les cordes et que l'on chante ou siffle un son, les cordes dont les fréquences propres
correspondent à la fréquence du son produit (ou de ses harmoniques) vont entrer en résonance et
émettre ce son à leur tour.
Exemple 2: Le chevalet d'un violon transmet la vibration de la corde frottée au bois constituant le
corps de l'instrument et le fait vibrer à son tour. Comme la surface qui est alors mise en vibration est
importante, la vibration est transmise à l'air. (Une corde sans caisse de résonance est à peine audible,
car elle ne met en mouvement que très peu de molécules d'air). Il est préférable que les corps de
résonance présentent de nombreuses fréquences propres réparties de manière homogène dans tout le
domaine utile (système amorti). Une résonance particulière trop prononcée du corps de résonance
produit un "loup" (violoncelles).
Exemple 3: Des résonateurs (par exemple des résonateurs de Helmholtz de différents volumes
encastrés dans une paroi ou des panneaux de bois placés devant des cavités) peuvent aussi être utilisés
comme absorbeurs de son: les fréquences propres des cavités sont excitées préférentiellement et
soustraient ainsi l'énergie correspondante à la salle.
Écho
C'est un son réfléchi qui, à cause de la grande distance entre la source et la surface réfléchissante,
revient avec retard (après plus de 100 ms).
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Effet Doppler
L'effet Doppler se manifeste lorsque la source sonore et le récepteur sont en mouvement relatif. Par
exemple, le klaxon d'une ambulance apparaît plus aigu lorsque le véhicule s'approche et plus grave
lorsqu'il s'éloigne. Cela signifie que les maxima de pression apparaissent plus serrés au récepteur dans
le premier cas et plus espacés dans le second. Ce phénomène ne joue pas de rôle en musique.
Acoustique des salles
Acoustique géométrique
L'acoustique géométrique d'une salle permet tout d'abord d'analyser d'un point de vue
géométrique les premières réflexions d'un son émis en un endroit donné (scène, par exemple), sur les
murs, le plafond et le sol. D'autre part elle permet de comprendre les effets dus à la diffraction produite
par les surfaces réfléchissantes de dimensions finies - effets qui dépendent de la longueur d'onde.
Mais comme la diffraction est difficile à calculer et que les réflexions deviennent complexes après
une fraction de seconde déjà (un son réfléchi entre deux murs parallèles distants de 34 m, effectue au
moins dix allers et retours en une seconde), les prédictions pour la construction d'une salle obtenues de
cette manière ne sont pas très fiables. L'essentiel des connaissances de l'acoustique géométrique est
empirique: on choisit de préférence des salles de concert de forme simple, avec des plans horizontaux
et verticaux rectangulaires (forme dite de "boîte à souliers" largeur: hauteur: longueur dans les
rapports 1:1:2), assez haute (au moins égale à la moitié de la largeur de la salle) et comportant des
galeries peu profondes. C'est le cas de la grande salle du Musikverein à Vienne ou de la Tonhalle à
Zürich (dans ce cas, la profondeur des galeries latérales est à la limite de l'acceptable). Il est aussi
possible d'étudier certains aspects de l'acoustique géométrique en travaillant sur des modèles réduits à
l'échelle 1:10 avec des sons dont les fréquences doivent alors valoir 10 fois les fréquences utiles
(ultrasons). Cependant, la mise en œuvre de telles modélisations est compliquée et les résultats ne sont
pas toujours faciles à interpréter de manière univoque.
Diffusité
L'énergie sonore devrait être répartie de façon aussi homogène que possible pour tous les auditeurs.
Un facteur contribuant à une bonne diffusité (que l'on nommerait subjectivement une bonne "présence
du son", c'est-à-dire l'impression qu'en chaque point de la salle l'auditeur est enveloppé par le son) est
l'ornementation des surfaces délimitant le volume sonore: saillies et niches de tailles diverses allant du
centimètre au mètre, réfléchissant et diffractant le son à toutes les longueurs d'onde utiles. Ceci est
le cas, par exemple, pour les moulures, statuettes, pilastres, caissons. Par ailleurs, un léger non
parallélisme des parois (2° d'écart suffisent) est également favorable à une bonne diffusité, car on évite
ainsi la formation d'ondes stationnaires. Les surfaces convexes contribuent aussi à homogénéiser le
son. Quant aux surfaces concaves, chaque cas doit être examiné séparément (voir Réflexion des ondes
sonores).
Par ailleurs, la première réflexion détectée par l'oreille joue un rôle particulièrement important. Si
son temps d'arrivée est compris entre 30 et 50 ms (ce qui implique un trajet du son rallongé de 10 à 17
mètres), elle est considérée par l'oreille comme un renforcement du son direct et ne nuit donc pas à la
clarté et à la précision de la musique. Ceci est particulièrement important pour les pizzicati ainsi que
pour des instruments tel que le piano et les instruments à percussion. Ce phénomène est désigné sous
le nom "d'effet Haas". Pour exploiter au maximum cet effet, la paroi arrière d'une scène ne devrait pas
se trouver à plus de 5 - 8 mètres des exécutants (voir Distance critique).
Acoustique statistique
L'acoustique statistique traite de la réverbération des salles et des caractéristiques absorbantes des
différents matériaux utilisés pour leur construction.
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Son direct
A l'air libre ou dans une chambre anéchoïde, l'énergie sonore décroît avec le carré de la distance
séparant source et récepteur (pour une source ponctuelle, l'image est celle d'une sphère en expansion).
Réverbération d'une salle
Elle est donnée par la somme du son direct et de toutes les ondes réfléchies et diffractées. Le temps
de réverbération est défini comme la durée qui s'écoule entre l'instant où l'on interrompt la source
sonore et celui où l'intensité a chuté de 60 dB. Le temps de réverbération dépend de la fréquence. Il
peut différer notablement pour les graves, le médium et les aiguës.
Distance critique
On désigne par distance critique (ou rayon acoustique ou rayon de réverbération ou encore rayon
critique), la distance entre source et récepteur pour laquelle le niveau sonore du son direct est égal au
niveau sonore provenant de la somme de toutes les réflexions. Cela signifie qu'au-delà de la distance
critique, le son direct est moins intense que le son réfléchi. Si la source est sphérique, le rayon de
réverbération est le même dans toutes les directions. Par contre, pour des instruments caractérisés par
une émission très directionnelle, le rayon critique peut être beaucoup plus grand le long de la direction
principale qu'en dehors.
La distance critique dépend du volume de la salle, du temps de réverbération, mais non de l'intensité
de la source. Pour des salles conventionnelles et dans des conditions ordinaires, la distance critique est
en fait étonnamment petite: par exemple, pour une salle de 25'000 m3, ayant un temps de réverbération
moyen de 2 s, elle vaut environ 7 mètres pour une source isotrope.
A une distance valant trois fois la distance critique, l'intensité du son direct est inférieure de 10 dB à
celle des autres composantes du son: on atteint là les limites de perception pour ce qui est localiser
avec certitude l'origine du son direct. La première réflexion provenant d'une paroi latérale - dans le
cas où la hauteur de la salle est grande - et qui tombe à l'intérieur du domaine temporel décrit par
l'effet Haas, renforce l'intensité du son, mais arrive trop tard pour influencer sa localisation.
Absorption
Le béton et les murs de pierres absorbent peu le son. Par contre, les surfaces recouvertes de matériaux
mous ou comportant des cavités, le styropor, le pavatex, les plaques acoustiques, les tapis, les rideaux,
les bibliothèques murales sont très absorbants. La plupart des matériaux, de même que le public,
absorbent surtout les hautes fréquences. C'est la raison pour laquelle les caractéristiques acoustiques
statistiques des salles pleines et vides sont très différentes. Des problèmes se posent par exemple
lorsqu'une église ne contient qu'un public clairsemé. Un moyen de réduire l'écart des caractéristiques
acoustiques pour une salle pleine et une salle vide, est de rembourrer les sièges et les dossiers.
Un des grands problèmes de l'acoustique des salles, est de pouvoir aussi absorber les basses
fréquences. Des panneaux suspendus en gypse et des sols en bois posés sur des cavités, agissent
comme des absorbants à basse fréquence. Ce sont d'ailleurs ces éléments qui contribuent le plus
souvent aux qualités acoustiques remarquables des églises baroques. Les revêtements en bois
confèrent des qualités acoustiques différentes selon que les supports peuvent vibrer librement ou non
(lattes de bois fixées sur des cavités ou directement sur les murs), si les cavités sont profondes ou non,
si les surfaces comportent ou non des fentes ou des trous (voir plus haut: Absorption des sons). Selon
les cas, les murs en bois absorbent plus ou moins les sons de différentes fréquences. Une partie du son
absorbé est par ailleurs réémise - modifiée - par la paroi. C'est ce qui fait que l'on qualifie
subjectivement le son d'agréablement 'chaud' dans ces circonstances (la résonance remplit deux
fonctions: absorption et rayonnement).
9
Qualité sonore d'une salle
Les différents styles de musique nécessitent des salles différentes; la musique orchestrale exige une
salle plus vaste que la musique de chambre. Toutes les musiques d'église n'ont pas été conçues pour
des salles réverbérantes: par exemple, du temps de Jean-Sébastien Bach, les églises de Thuringe et de
Saxe comprenaient beaucoup d'éléments en bois et présentaient ainsi des temps de réverbération
relativement courts et une bonne absorption des graves. Ceci peut expliquer la présence de passages
assez rapides dans les cantates d'églises et les œuvres pour orgue composées par Bach et pour
lesquelles une acoustique de cathédrale ne convient pas.
En réalité, les propriétés acoustiques d'une salle sont bien plus complexes que ce qui a été décrit plus
haut, mais ces quelques éléments constituent des bases suffisantes pour les musiciens.
Sources sonores
Cordes vibrantes
Vibrations transversales d'un corps quasi linéaire (unidimensionnel), fixé aux deux extrémités:
production d'une vibration fondamentale (n=1) et de vibrations d'ordre supérieur (n>1).
Doubler la longueur de la corde revient à diminuer de moitié sa fréquence fondamentale à condition
que les autres paramètres, tels que tension et diamètre de la corde restent inchangés.
Le son produit sera d'autant plus grave que la corde est longue, sa tension faible et sa masse par unité
de longueur élevée (comparer la corde de Mi0 d'une contrebasse avec la corde de Mi4 d'un violon!)
Les instruments à cordes peuvent être frappés, pincés, ou frottés (voir Organologie)
Colonnes d'air vibrantes
Vibrations longitudinales de la colonne d'air dans un tuyau:
a) tuyau fermé à une extrémité: la longueur d'onde de la vibration fondamentale vaut 4 fois la
longueur du tuyau ( λ = 4L )
b) tuyau ouvert aux deux extrémités: la longueur d'onde de la vibration fondamentale vaut 2 fois la
longueur du tuyau ( λ = 2L )
c) tuyau fermé aux deux extrémités: la longueur d'onde de la vibration fondamentale vaut 2 fois la
longueur du tuyau ( λ = 2L )
Instruments à vent, tuyaux d'orgue (voir Organologie)
Barres vibrantes
Vibrations transversales, nombreux partiels (non-harmoniques)
Diapason, cloches tubulaires, célesta, xylophone, etc. (voir Organologie)
Plaques et disques vibrants
Comportent des partiels non harmoniques. Certains de ces partiels peuvent avoir une intensité
particulièrement marquée (Schlagton)
Gong, cymbales, cloches, etc.
Membranes vibrantes
Tambour, timbale, etc. (voir Organologie)
10
Organologie
Comme il existe de bons ouvrages généraux sur les instruments, quelques mots-clés suffiront ici (Voir
les développements plus détaillés au sujet des instruments électroniques).
Etendue sonore des instruments: limite inférieure; les instruments étudiés en branche principale
doivent pouvoir être décrits en détail!
Instruments transpositeurs: le déchiffrage ainsi que la transcription d'une courte phrase à 3 ou 4 voix
pour différents instruments transpositeurs sont exigés.
Description de l'attaque et de l'extinction d'un son.
Son quasi-stationnaire, composantes inharmoniques, composante bruit.
Description de la production du son dans les grandes lignes.
Instruments à cordes (cordophones)
Accord des instruments à cordes de l'orchestre ainsi que de la guitare.
Instruments à cordes frottées:
Violon, alto, violoncelle, contrebasse, viole de gambe, rebec, trompette marine (monocorde), etc.
Rôle des frettes.
Instruments à cordes pincées:
Guitare, luth, mandoline, harpe (fonction des pédales), clavecin, épinette, virginal.
Instruments à cordes frappées:
Piano (rôle des pédales), pianoforte, clavicorde, hackbrett (tympanon), cymbalum.
Ecartement progressifs de la fréquence des partiels avec leur numéro de rang, en particulier pour le
piano (dû à la rigidité des cordes tendues entre chevilles et chevalet); implications pour l'accordage.
Instruments à vents (aérophones)
Registre fondamental et registres supérieurs.
Instruments avec ou sans clefs; avec ou sans pistons
Flûtes: flûte traversière, flûte à bec, flûte de Pan.
Instruments à anche simple:
Clarinette, saxophone, chalumeau.
Instruments à anche double:
Hautbois, hautbois d'amour, cor anglais, heckelphone, chalémie, basson, contrebasson, bombarde,
douçaine.
Instruments à anche double encapsulée:
Cromorne
Cuivres avec embouchure à cuvette conique
Cor
11
Cuivres avec embouchure curviligne
Perce étroite: trompette, trombone
Perce large: tuba, tuba wagnérien, euphonium, bugle
Période à laquelle les pistons ont été introduits.
Autres cuivres avec embouchure et trous:
Cornet à bouquin, serpent
Tuyaux d'orgue
Tuyaux à bouche: ouverts ou fermés, demi-fermés, cylindriques, coniques, en forme d'entonnoir, à
cheminée.
Tuyaux à anche: cylindriques, coniques, en forme d'entonnoir, à corps naturel ou raccourci; anche
battante ou libre (cette dernière utilisée pour l'harmonium, rarement pour l'orgue).
Description, dans les grandes lignes, de la production du son pour les différentes catégories de tuyaux.
Autres instruments à anche libres
Accordéon, harmonium
Idiophones
Instruments dont le corps solide suffit à produire un son.
Idiophones en bois à hauteur de son déterminée:
Xylophone, marimba
Idiophones en bois à hauteur de son indéterminée:
Claves, woodblock, tempelblock, maracas, guiro, castagnettes
Idiophones en métal à hauteur de son déterminée:
Vibraphone, glockenspiel, cloches tubulaires, célesta
Idiophones en métal à hauteur de son indéterminée:
Triangle, cymbales, tam-tam; peuvent aussi exister avec hauteur de son déterminée: gong, cymbales
antiques (crotales)
Membranophones
Avec hauteur de son déterminée
Timbales
Avec hauteur de son indéterminée:
Tambour, tom-tom, grosse caisse, bongos, congas, djembé, tambourin (avec cymbalettes)
Voix humaine
Respiration, cordes vocales, cavités résonantes (voir aussi Formants)
12
Instruments de musique électroniques
Ondes Martenot
Inventeur: Maurice Martenot, 1928
Une fréquence sonore audible est produite par la superposition de deux signaux oscillants de haute
fréquence (sons différentiels). La hauteur est réglée par une capacité que l'on varie en déplaçant un
curseur le long d'un ruban parallèle au clavier. C'est un instrument à 1 voix. Après 1947, l' adjonction
d'une touche spéciale permet de varier la dynamique ainsi que l'attaque et l'extinction du son. Vibrato
et longs glissandi possibles.
Toute une gamme de timbres peut être obtenue en commutant des haut-parleurs (appelés diffuseurs)
très différents.
Sons "célestes" et "infernaux". Instrument utilisé dans "Jeanne d'Arc au Bûcher" d'Arthur Honegger,
"Turangalîla" d'Olivier Messiaen et dans différentes œuvres de Darius Milhaud, Edgar Varèse et
André Jolivet.
Trautonium
Inventeur: Friedrich Trautwein, 1930
Production du son par un interrupteur à bascule actionnant des lampes électroniques. Le signal en
forme de dent de scie, et donc le son, comporte beaucoup d'harmoniques. Il est de plus enrichi par
l'adjonction de formants produits par deux oscillateurs réglables avec filtres ajustables.
Des sons multiples et variables sont possibles.
Compositions de Paul Hindemith et Harald Genzmer, par exemple.
Extension des possibilités de l'instrument par Oskar Sala (1949), le Mixturtrautonium. Exemple: les
cloches de Parsifal à Bayreuth.
Orgue Hammond
Inventeur: Charles Laurens Hammond, 1934
Une roue dentée en acier tourne en face d'une tête magnétique et induit une tension variable. La
fréquence résulte du produit du nombre de dents par la vitesse de rotation. Le contenu harmonique de
la tension variable dépend de la forme des dents. L'intensité des harmoniques - et donc le timbre peut être ajustée individuellement par l'intermédiaire d'un curseur mobile. Avec 91 roues dentées, on
couvre une étendue de 7,5 octaves. Trémolo et effet de vibrato possible. Grande variété de timbres
disponible. L'imitation d'instruments traditionnels est possible jusqu'à un certain point.
Synthétiseurs
Inventeur: Robert Abraham Moog, 1964
Ce synthétiseur n'est pratiquement plus utilisé de nos jours.
"Voltage Controlled Electronic Modules"
Synthétiseur contrôlé par une tension électrique.
But recherché par Moog: imitation aussi parfaite que possible du timbre des instruments et création de
timbres inédits.
Il existe actuellement deux possibilités pour créer des sons: par synthèse électronique complète ou par
échantillonnage (sampling).
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Synthèse électronique
Les sons sont entièrement créés électroniquement dans ce cas.
Les paramètres ajustables sont la forme de l'onde (déterminée par la combinaison des harmoniques),
les filtres (clarté du son) et la structure temporelle des harmoniques (enveloppe). On peut sélectionner
en particulier:
- l'attaque: temps écoulé entre le moment où la touche est pressée et celui où le son atteint son volume
maximum.
- l'extinction: temps écoulé entre plein volume et extinction du son lorsque la touche reste pressée
- 'sustain': volume du son stationnaire
- 'release': intervalle de temps entre le relâchement de la touche et l'extinction du son.
De plus on peut réaliser vibrati et glissandi et selon les modèles d'autres réglages sont possibles.
Sampling
Des sons acoustiques ou produits électroniquement sont enregistrés et stockés sous forme digitale. Ils
peuvent ensuite être manipulés dans le synthétiseur. Lorsqu'une touche est actionnée, le son digitalisé
est traduit en un signal analogique puis transformé après amplification en un signal sonore diffusé par
des écouteurs ou des haut-parleurs. C'est sur ce principe que sont conçus les pianos électroniques et
souvent aussi les orgues électroniques (avec utilisation de sons enregistrés à partir de tuyaux d'orgue
réels).
Keyboard
C'est un clavier avec son propre système de production de sons électroniques (souvent rudimentaires).
Il est surtout utilisé pour la commande de synthétiseurs à travers l’interface MIDI.
MIDI
MIDI = "Musical Instrument Digital Interface" (1983)
Système permettant la liaison des claviers avec les synthétiseurs et les ordinateurs. MIDI utilise
jusqu'à 16 canaux et peut transmettre les ordres suivants:
Enclenchement et déclenchement du son
Dynamique générale
Vibrato
Choix de la note
Dynamique commandée par la rapidité de l'attaque
Glissando etc.
Avec un ordinateur possédant les périphériques adéquats, des programmes de compositions musicales
peuvent, grâce à Midi, transformer la musique écrite en sons et la diffuser par un haut-parleur.
14
Intonation et tempéraments
Ce domaine particulier est abondamment couvert par une littérature spécialisée, de telle sorte qu'une
liste des sujets est suffisante. Pour les étudiants dont la branche principale est le clavecin et/ou l'orgue,
des connaissances plus détaillées sont exigées.
Notions fondamentales
Série des harmoniques: son fondamental = 1ère harmonique, 2ème harmonique = octave, 3ème
harmonique = douzième, etc.
Pour le calcul des intervalles naturels, on utilise le rang des harmoniques.
Relations numériques entre les rapports des longueurs des cordes (ou des fréquences, qui y sont
inversement proportionnelles) et les intervalles.
Exemples: Octave: le rapport des longueurs de corde pour un intervalle d'une octave est de 2:1 (son
grave : son aigu). Le rapport des fréquences est de 1:2 (toujours dans l'ordre grave : aigu).
La relation entre le rapport des fréquences et la grandeur des intervalles est logarithmique, c'est-à-dire
que la grandeur des sommes des intervalles est égale au produit des rapports de fréquence.
Exemple: quinte + quarte = octave, soit
2 3 1
⋅ =
3 4 2
La grandeur des différences des intervalles est égale au quotient des rapports de fréquence.
Exemple: tierce majeure - grand ton entier = petit ton entier, soit
4 8 9
: =
5 9 10
Les intervalles justes ne sont pas commensurables:
12 quintes justes forment un intervalle plus grand que 7 octaves d'un comma pythagoricien.
4 quintes justes moins 2 octaves (cet intervalle s'appelle tierce pythagoricienne, voir plus bas le
système pythagoricien) forment un intervalle plus grand qu'une tierce majeure juste. La différence est
d'un comma syntonique.
3 tierces majeures justes forment un intervalle plus petit qu'une octave. La différence est d'un comma
enharmonique ou petit diésis.
4 tierces mineures justes forment un intervalle plus grand qu'une octave. La différence est un grand
diésis.
Le système des Cents
Pour pouvoir exprimer avec précision la taille d'un intervalle, Alexander John Ellis (phonéticien et
"père de l'ethnomusicologie") introduit en 1848 le système des Cents, dans lequel l'octave est divisée
en 1200 Cents (dans les pays francophones on utilise plutôt les Savarts, d'après Félix Savart, 17911841). Dans le système de tempérament égal (incorrectement nommé système bien tempéré), chaque
demi-ton est divisé en 100 Cents. Quelques ordres de grandeur: une quinte juste vaut 702 Cents, une
tierce majeure juste 386 Cents, une tierce pythagoricienne 408 Cents, un comma syntonique 22 Cents
(plus exactement 21,5 Cents), un comma pythagoricien 24 Cents (plus exactement 23,5 Cents), le petit
diésis 41 Cents.
Intonation de la voix chantée et des instruments mélodiques
Pour ce qui suit, consulter le livre de Doris Geller.
Seules des connaissances de base sont demandées à ceux qui jouent d'un instrument à clavier.
Différences entre intonation juste et intonation naturelle.
Exemple pour une gamme majeure monodique: si l'on construit le Sol, le Ré, le Fa par une succession
de quintes naturelles à partir du Do, mais le La par une tierce majeure à partir du Fa, on constate que
l'intervalle entre le Ré et le La sonne sensiblement faux, car formant une quinte trop petite d'un comma
syntonique (22 Cents).
15
Pour des musiques monodiques, on pourrait générer le La comme quinte naturelle à partir du Ré, de
même le Mi à partir du La, resp. le Si à partir du Mi: c'est le système pythagoricien. Mais dans ce cas,
les couples de notes Do-Mi ou Fa-La ou Sol-Si seraient quasiment inutilisables simultanément (à
plusieurs voix) car ils forment des intervalles de tierces pythagoriciennes qui sonnent très dures.
Rappelons que la tierce était encore considérée comme une dissonance au Moyen Age.
Dans la musique d'ensemble, la tendance pour l'intonation des accords majeurs de 3 sons, est d'opter
pour des tierces et des quintes naturelles (pas de battements). En effet, même un faible écart par
rapport à une intonation dépourvue de battements, apparaît comme désagréable. Quant aux accords
mineurs de 3 sons, on aurait pu s'attendre à ce que l'oreille recherche, ici également, une superposition
d'intervalles naturels. Ce n'est cependant pas le cas à cause des relations différentes entre les sons
combinés. La quinte est naturelle et la tierce mineure supporte d'être plus petite de quelques Cents par
rapport à l'intonation pure. La tolérance auditive est de toute façon un peu plus grande pour les
accords mineurs. Plus les accords deviennent dissonants, plus cette tolérance augmente. Cet effet est
particulièrement marqué dans le cas d'accords contenant des tritons. Par exemple dans un accord de
septième de dominante, la tierce a une intonation relativement haute (elle peut, mais ne doit pas,
atteindre la tierce pythagoricienne), alors que l'intonation de la septième est plutôt basse (mais pas
aussi basse que la septième naturelle 4/7). Les différentes intonations utilisées dans la musique
ancienne et, plus tard, au cours du 19ème siècle n'étaient pas les mêmes. Dans le premier cas, la tierce
de dominante, tierce naturelle, était relativement basse (voir les débats dans la "Méthode de Violon"
de Léopold Mozart 1756 et les "Essais" de Quantz 1753), alors que plus tard les sensibles étaient plus
hautes. Ces différences ne sont pas seulement une affaire de goût à une période déterminée de
l'histoire, mais trouvent leur justification dans la prédominance de l'utilisation d'accords de dominante
à 3 sons purs dans un cas et celle de tension de triton par rapport à la dominante dans l'autre.
Par ailleurs, pour toutes ces questions d'intonation, il faut encore tenir compte des différentes
conditions dans lesquelles un son est produit: avec ou sans vibrato, tutti ou solo et, selon la situation et
la sensibilité des instruments, si l'on joue accompagné d'un instrument à clavier ou non.
Accord des instruments à clavier et à frettes
Au Moyen Age on adopte comme accord le système ou tempérament pythagoricien: 11 quintes
justes, plus une quinte raccourcie d'un comma pythagoricien.
A partir de la seconde moitié du 15ème siècle jusque vers 1700 - dans certaines régions jusqu'au
milieu du 18ème siècle, en Italie et en Espagne même jusqu'au 19ème siècle - c'est le tempérament
mésotonique qui prédomine largement: 8 tierces majeures naturelles obtenues au prix de la pureté des
quintes (11 quintes trop petites d'un quart de comma syntonique, la douzième, Sol dièse -Mi bémol,
étant désigné comme la 'quinte du loup'). Pratiquement on rencontrait plusieurs déviations par rapport
au tempérament mésotonique exact d'un point de vue mathématique (tempérament mésotonique au
quart de comma). Afin de pouvoir étendre l'utilisation des tonalités possibles avec un tempérament
mésotonique, on introduisait parfois des demi-touches supplémentaires pour les instruments à clavier
(claviers à touches brisées), par exemple Sol dièse/La bémol ou Mi bémol/Ré dièse etc. Chez
Vicentino, vers 1600, on est arrivé ainsi jusqu'à 31 touches par octave.
Pour les instruments comportant des frettes (violes de gambe, luths etc.), l'usage, à l'époque, était
d'accorder en utilisant le système à intervalles égaux (d'après la règle 1/18), ce qui conduisait à des
difficultés lorsque les instruments à clavier et ceux à frettes étaient joués simultanément. Il faut noter
cependant que les frettes n'étaient pas solidement fixées sur la touche comme c'est le cas pour les
guitares aujourd'hui, mais étaient constituées de cordes transversales mobiles. Ainsi, pratiquement, on
peut imaginer que des déviations par rapport à l'accord à intervalles égaux étaient possibles.
Le système à tempérament égal remonte théoriquement aux calculs du mathématicien hollandais
Simon Stevin aux environs de 1600 et n'est donc pas attribuable en primeur à Andreas Werckmeister.
Ceux qui jouent d'un instrument à clavier doivent aussi connaître quelques-uns des compromis qui ont
été adoptés au cours du 18ème siècle entre tempérament mésotonique et tempérament égal. Ces
compromis permettaient de jouer dans toutes les tonalités, bien que les tonalités sans ou avec peu
d'altérations, sonnaient plus justes (pures) que les autres. Par exemple, Werckmeister III, Kirnberger II
ou III, Neidhart (plusieurs), Vallotti, etc.
16
L'oreille humaine
Les diverses composantes de l'oreille externe, moyenne, interne.
Sensibilité de l'ouïe:
Š Limites d'audibilité (en fréquence et en intensité)
Š Courbes d'égales intensité: dB, phones, dB(A)
Š Faculté de l'oreille de pouvoir suivre un instrument donné au milieu d'un ensemble de sons complexes
Š Battements, sons différentiels, sons virtuels
Š Residuum (ensemble des harmoniques ou partiels supérieurs, qui sont perçus comme une entité en soi)
Š Effet de masque
Š Ultrasons, infrasons
Š La variation de l'audition avec l'âge
(Consulter l'ouvrage de Dorothea Baumann)
Les composants d'une chaîne HI-FI
Rétrospective
Hi-fi est l'abréviation du terme High-Fidelity, c'est-à-dire reproduction de haute fidélité - un concept
datant des années 1950. Une très nette amélioration de la qualité de reproduction est obtenue lorsque
les disques en bakélite, tournant à 78 rpm (révolutions par minutes) sont remplacés par les disques
stéréophoniques longue durée en vinyle tournant à 33 1/3 rpm ou 45 rpm. Parallèlement, des
améliorations constantes sont réalisées dans les studios d'enregistrement: bien que la vitesse de
défilement des bandes magnétiques diminue et passe de 76,2 cm/s à 38,1 cm/s, la bande passante des
fréquences est élargie et les distorsions réduites par l'utilisation de nouveaux types de têtes
magnétiques et d'amplificateurs. En même temps, la qualité des bandes magnétiques ne cesse
d'augmenter (couche magnétique de plus grande densité) alors que les distorsions et le bruit de fond
sont réduits.
D'après les critères de l'époque, une chaîne hi-fi devait posséder une bande de fréquences allant de 20
à 20'000 Hz et un facteur de distorsion d'au maximum 1% (distorsion= apparition d'harmoniques
supérieures non désirables lors de la reproduction, ce que l'on désigne également sous le nom d'effet
non linéaire).
Les premières cassettes audio, avec une vitesse de défilement de 4,76 cm/s avaient une sonorité
déplorable. Il s'agissait donc de les améliorer et de pouvoir les produire en grande quantité et à un prix
avantageux. Une reproduction à l'échelle 1:1 était exclue. La solution suivante a été proposée: la
bande-mère, portant la musique à reproduire, était fixée sur une boucle sans fin qui tournait à une
vitesse 32 fois (et plus tard, même 64 fois) supérieure à celle de la cassette audio. Grâce à ce dispositif
sophistiqué, il était possible de reproduire les hautes fréquences jusqu'à 20'000 Hz à des conditions
avantageuses. Le bruit de fond restait cependant gênant. On put y remédier grâce au système Dolby
(d'après l'Américain R. Dolby qui en fut l'inventeur) . Principe: à l'enregistrement, les hautes
fréquences sont amplifiées d'un certain facteur puis réduites de ce même facteur à la reproduction, ce
qui diminue de la sorte le bruit de fond de la bande. La cassette audio atteind ainsi une qualité hi-fi.
17
Avec l'avènement des disques compacts digitalisés (CD), bien des problèmes techniques ont été
éliminés d'un seul coup. La musique est échantillonnée avec une fréquence de 44,1 kHz (c'est-à-dire
44'100 fois par seconde) et l'amplitude du signal est stockée sous forme de code binaire. Code binaire,
signifie que tout nombre est exprimé par une suite de 0 et de 1. Cette technique radicale du 'tout ou
rien' est bien plus aisée à maîtriser que la technique analogique, dont le principe consiste à suivre en
continu la variation d'amplitude du signal.
Exemple:
Nb.
décimal
Nb
binaire
0
1
2
3
4
5
8
10
11
16
0
1
10
11
100
101
1000
1010
1011
10000
L'avantage de l'utilisation du système binaire en électrotechnique provient du fait que
0=il n'y a pas de courant ou de tension
1= il y a un courant ou une tension
Les données digitales sont gravées sur le CD sous forme de minuscules petites cuvettes (pits). A titre
de comparaison, si le CD était agrandi 1000 fois, son diamètre serait de 120 m. Même à cette échelle,
les cuvettes n'auraient une profondeur que de 0,11 mm et leur longueur serait comprise entre 0,83 et
3,5 mm!
Un rayon laser permet la relecture de ces mini cuvettes, disposées à la suite les unes des autres le long
d'un sillon. Selon la manière dont la lumière laser est réfléchie, le système considère qu'il s'agit d'un
"0" ou d'un "1". Ces signaux sont à nouveau convertis en un signal analogique à l'aide d'un
convertisseur digital-analogique, puis traités par un amplificateur ordinaire. En pratique le tout est
évidemment bien plus complexe.
Installation Hi-Fi moderne
Une installation moderne pour l'enregistrement/ reproduction de haute qualité comprend les modules
suivants:
Enregistrement:
Microphone - convertisseur analogique/digital - support digital (par exemple, DAT, mini-disc)
Reproduction:
Lecteur de CD, Lecteur de MD (Mini Disc), appareil DAT, convertisseur digital/ analogique
Amplificateur avec: réglage d'intensité, de balance, d'intensité, réglage des aiguës et des graves amplificateur de puissance, haut-parleurs ( ces derniers sont, avec les microphones, les maillons les
plus faibles de la chaîne).
Pour la réception radiophonique: tuner FM.
18
3. Liste de questions
L'intention, en proposant ci-dessous une sélection de questions-type, est de donner une liste d'exemples. Elle
ne garantit pas que la formulation des questions posées à l'examen soit la même, ni que la liste des questions
soit exhaustive, ni que tous les exemples énumérés seront pris en considération. Il faut souligner d'autre part
que des connaissances détaillées sont exigées dans les domaines liés plus particulièrement à la branche
principale. Ces domaines font également partie de l'examen pédagogique. Les chiffres entre parenthèses
figurant à la fin des questions renvoient aux pages du Guide.
1)
Comment définit-on en acoustique les notions suivantes: le son (son sinusoïdal), le son musical, le
timbre? (4,5)
2)
Qu'est-ce qui distingue un bruit d'un son musical? (5)
3)
Quelle est la longueur d'onde d'un son de fréquence 100 Hz? (7)
4)
Que vaut la vitesse du son dans l'air à 20°C? (6)
5)
Quelle est l'unité du niveau sonore? (6)
6)
Donnez des exemples d'ondes a) longitudinales b) transversales. (7)
7)
Pourquoi les tuyaux à bouche des orgues sonnent-ils plus bas s'ils sont plus longs? (7)
8)
Pourquoi un orgue sonne-t-il plus bas dans une église froide que dans une église chauffée? (7)
9)
Décrivez les différentes manières avec lesquelles les ondes sonores se réfléchissent sur une paroi concave
devant laquelle se trouve la source sonore (instrument de musique, orchestre)? (8)
10)
Qu'appelle-t-on "effet Haas" et quelles sont ses implications pour la disposition d'un ensemble
d'instrumentistes? (11)
11)
Lorsqu'une fanfare s'éloigne de l'auditeur, le son devient de plus en plus faible et indistinct, jusqu'à ce que
l'on ne perçoive plus que les instruments graves, telle que la grosse caisse. Comment cela se fait-il? (8)
12)
Définir ce qu'est la diffusité d'une salle. Par quels artifices architecturaux peut-on l'améliorer? (10)
13)
Pourquoi un ensemble ne devrait-il pas être placé à plus de 5-8 m de la paroi? (11)
14)
Comment se modifie l'impression sonore d'un auditeur placé derrière un pilier et pourquoi en est-il ainsi?
(8)
15)
Comment le temps de réverbération en fonction de la fréquence est-il influencé par les matériaux suivants
utilisés pour garnir les surfaces d'une salle: grès, béton, styropor, rideaux, tapis, coussins, panneaux
suspendus en plâtre ou en bois? (12)
16)
Comment la sonorité d'une salle est-elle influencée par la présence d'un public nombreux (ou d'un public
clairsemé)? (12)
17)
Pourquoi, dans certaines, circonstances, les sons graves sont-ils perçus avec une intensité différente en
différents points d'une salle? Que faut-il faire pour éviter cet effet?
18)
Dans quelles circonstances y a-t-il diffraction des ondes sonores? (8)
19)
Donnez des exemples de matériaux absorbant dans le domaine des a) hautes b) moyennes c) basses
fréquences. (8)
20)
Ecrivez sur une portée musicale la suite des 16 premières harmoniques d'une fondamentale quelconque.
21)
Qu'est-ce qu'un formant? Quel est le rôle des formants pour les chanteurs? (5)
22)
Qu'est-ce que la trompe d'Eustache? (21)
23)
Comment se nomment les trois osselets situés dans l'oreille moyenne et quelle est leur fonction? (22)
24)
Pour quel niveau acoustique l'ouïe peut-elle être endommagée?
19
25)
Ecrivez une phrase musicale à 3 ou 4 voix pour différents instruments transpositeurs.
26)
Décrivez l'évolution de l'archet du violon (pour ceux qui ne jouent pas d'un instrument à cordes les
grandes lignes sont suffisantes).
27)
Décrivez les principaux précurseurs de votre instrument (pour les chanteurs: développement de la
technique vocale)
28)
Donnez le son le plus grave ainsi que l'étendue sonore (ambitus) des instruments (réponse plus détaillée
pour l'instrument principal).
29)
Donnez le nom des notes des cordes à vide pour les instruments à corde de l'orchestre (contemporain)
ainsi que pour la guitare.
30)
Quelles sont les similitudes et les différences entre guitare, luth, mandoline?
31)
En quoi se différencient la viole de gambe et le violoncelle?
32)
Pourquoi la flûte traversière produit-elle un son à l'octave lorsqu'on passe du premier au deuxième
registre, alors que la clarinette produit un son à la douzième?
33)
Que savez-vous des instruments à anche double? Quels instruments sont transpositeurs? Quels
instruments historiques font partie de cette famille?
34)
En quoi se différencient les trompettes et les cors du 18ème siècle de ceux du 19ème siècle?
35)
Nommez au moins 4 idiophones en bois qui produisent des sons sans hauteur définie.
36)
Quelle est la différence entre les timbales et la grosse caisse?
37)
Quelles instruments électroniques existaient avant l'avènement des synthétiseurs?
38)
Que signifie "sampling" lorsqu'on parle de synthétiseurs?
39)
Ecrivez le rapport des fréquences pour les intervalles suivants: tierce majeure naturelle, sixte mineure
naturelle, sixte majeur naturelle, grand ton. (19, 26)
40)
Qu'est-ce que le comma syntonique? (19)
41)
Décrivez le principe de l'accord mésotonique. (19)
42)
Décrivez dans les grandes lignes, le fonctionnement de l'oreille.
43)
Quel est l'usage du MIDI?
44)
Que signifie les termes enregistrement numérique ou digital? (23)
45)
Que veut dire Dolby et quel est son principe de fonctionnement? (22)
46)
Qu'y a-t-il de remarquable dans un son de cloche?
47)
Quel a été l'impact de l'adjonction de nombreuses clés au début du 19ème siècle sur la sonorité de la flûte
traversière?
48)
Nommez un instrument avec embouchure et trous.
49)
Quand la clarinette a-t-elle été développée et pour quelles raisons?
50)
Décrivez dans les grandes lignes le fonctionnement d'un clavecin.
51)
Décrivez dans les grandes lignes le fonctionnement d'un clavicorde.
52)
Nommez au moins 4 idiophones en bois produisant un son de hauteur indéterminée.
53)
Comment fonctionnent les cordes vocales dans la voix chantée (grandes lignes)?
54)
Qu'est-ce qu'une viole d'amour?
55)
Qu'est-ce qu'un hautbois d'amour?
20
4. Annexes
Série des harmoniques
Remarque préalable
La langue française est moins précise que les langues anglo-saxonnes pour ce qui est de qualifier le contenu
harmonique d'un son. L'usage a consacré les termes suivants:
Son fondamental = première harmonique = premier partiel
Pour les composantes du son au-dessus du fondamental: si les fréquences des composantes sont un multiple
entier de la fréquence du fondamental (f1), on appelle ces composantes les harmoniques du son (fn=n.f1 , n
entier).Si ces fréquences ne sont pas des multiples entiers, on appelle ces composantes les partiels (fx = x.f1, x
non entier)
Il n'y a pas vraiment d'équivalent courant pour l'allemand "Obertonreihe" ("overtones" en anglais)
Rang
Note
1
Do
2
Do
3
Sol
4
Do
5
Mi
6
Sol
7* 8
Sib Do
9
Ré
10
Mi
11* 12 13* 14* 15
Fa# Sol Lab Sib Si
16
Do
17
Do#
Nom des notes français/allemand
Do
#
C
Ces
Cis
Ré
#
D
Des
Dis
b
b
b
Es
Mi
#
E
Eis
Fa
#
F
Fes
Fis
b
Sol
#
G
Ges
Gis
b
b
As
La
#
A
Ais
Si
#
H
His
b
B
Notation des hauteurs de notes
Le La du diapason 440 Hz est noté La3 en France, a1 en Allemagne, A en Angleterre, A4 aux USA. Le
tableau ci-dessous devrait faciliter les comparaisons pour différentes références:
D
Subkontra
Kontra
Gross
Klein
Eingestrichen
Zweigestrichen
Dreigestrichen
2C
1C
C-H
c-h
c1 - h1
c2 - h2
c3 - h3
- 2H
- 1H
F
Do-1 - Si-1
Do0 - Si0
Do1 - Si1
Do2 - Si2
Do3- Si3
Do4 - Si4
Do5 - Si5
GB
4C
3C
2C
1C
C-B
1
2
USA
C0 - B0
- 4B
Fréquence 27,5 Hz
du La
16,5 - 31 Hz
- 3B
- 2B
- 1B
C - 1B
C - 2B
C1 - B1
C2 - B2
C3 - B3
C4 - B4
C5 - B5
C6 - B6
55 Hz
110 Hz
220 Hz
440 Hz
880 Hz
1760 Hz
33 - 62 Hz
66 - 124 Hz
132-247 Hz
264-494 Hz
528-988 Hz
1056-1975 Hz
21
Cents et Savarts
Système des Cents
L'octave est divisée en 1200 parties. Le rapport des fréquences pour l'intervalle d'octave étant de 2, un
cent (uc) est équivalent à un rapport de fréquences de uc = 1200 2 = 1,000578 .
Le rapport des fréquences de 2 notes quelconques est lié au nombre de Cents Xc par:
f2
= (uc ) X c = (1200 2 ) X c
f1
Réciproquement, le nombre de Cents Xc qui exprime un rapport de fréquences vaut:
X c = 3986 ⋅ log(
Exemples
1)
386 Cents correspond un rapport de fréquences de
f2
)
f1
f2
= (us ) 97 = 1,25 qui est le rapport de
f1
fréquences d'une tierce majeure naturelle (5/4). (Remarquons que 386 Cents est environ égal à
4 X 100 Cents, donc 4 demi-tons = tierce majeure)
2)
Une quinte naturelle a un rapport de fréquences de 1,5. Ceci correspond à
3)
Une tierce pythagoricienne a un rapport de fréquence de 1,2656. Ceci correspond à
X c = 3986 ⋅ log(1,2656) = 408 Cents . La tierce naturelle correspondant à 386 Cents, la
différence est de 22 Cents: c'est le comma syntonique.
X c = 3986 ⋅ log(1,5) = 702 Cents
Système des Savarts
L'octave est divisée en 301 parties. Le rapport des fréquences pour l'intervalle d'octave étant de 2, un
savart (us) est équivalent à un rapport de fréquences de us = 301 2 = 1,002306 .
Le rapport des fréquences de 2 notes quelconques est lié au nombre de Savarts Xs par:
f2
= (us ) X s = ( 300 2 ) X s
f1
Réciproquement, le nombre de Savarts Xs qui exprime un rapport de fréquences vaut:
X s = 1000 ⋅ log(
f2
)
f1
Exemples
1)
Une quinte juste vaut X s = 1000 ⋅ log(1,5) = 176 Savarts . Une quinte tempérée vaut
X s = 1000 ⋅ log(1,4983) = 175,5 Savarts . Ces quintes diffèrent donc de 0,5 Savart.
2)
97 Savarts correspondent à un rapport de fréquences de
f2
= (us ) 97 = 1,25
f1
Remarque
un demi ton vaut 100 Cents ≅ 25 Savarts;
1 Cent ≅ 0,25 Savart et 1 Savart ≅ 4 Cent
22
5. Bibliographie
En allemand
BAUMANN, Dorothea. Können wir unseren Ohren trauen? Hörerfahrung und Messresultate müssen sich
ergänzen. In: Schweizer Musikzeitung Nr. 1, 1998, S. 3-9.
Vgl. auch die entsprechenden Artikel in der neuen Enzyklopädie „Musik in Geschichte und Gegenwart“
MGG2, Sachteil, Bd. 1, 1994 bis Bd. 9, 1998.
BILLETER, Bernhard. Anweisung zum Stimmen von Tasteninstrumenten in verschiedenen Temperaturen.
Berlin, Kassel: Merseburger 1979, 31989.
BRINER, Ermanno. Reclams Musikinstrumentenführer. Stuttgart: Reclam, 1988, 31998.
Umfang- und detailreich, trotzdem billig; sehr zu empfehlen, weil die akustischen Hintergründe
didaktisch geschickt dargestellt sind. Kleine Abbildungen.
BRÜDERLIN, René. Akustik für Musiker. Regensburg: bosse musik paperback, 31995.
Akustisches Grundwissen, gut für musikinteressierte Laien, etwas wenig für professionelle Musiker.
DICKREITER, Michael. Musikinstrumente. Kassel [etc.]: Bärenreiter, 51998.
Etwas von allem, aber etwas wenig für professionelle Musiker. Kleine Abbildungen. Als Ergänzung dazu
über das jeweils eigene Instrument.
GELLER, Doris. Praktische Intonationslehre für Instrumentalisten und Sänger. Kassel [etc.]: Bärenreiter, 1997.
Mit Übungsteil. Dazu eine CD mit 60 Hörbeispielen. Zu empfehlen!
HALL, Donald E. Musikalische Akustik. Ein Handbuch. Mainz: Schott, 1997. Übersetzung aus dem
Englischen. Mit Übungsaufgaben. Vgl. die Seitenangaben im Stichwortverzeichnis auf S. 1 und 2.
MEYER, Jürgen. Akustik und musikalische Aufführungspraxis. Frankfurt a.M.: Verlag Erwin Bochinsky,
3
1995. Ausgezeichnet in seiner Praxisbezogenheit, viel über die Akustik der Instrumente, aber teuer
(gehört in die Hand der Theorielehrer). Vgl. die Seitenangaben im Stichwortverzeichnis auf S. 1 und 2.
NEUKOM, Martin. Beispielsammlung zur Akustik. Broschüre mit CD.
Erhältlich beim Autor: Rebmoosweg 91, 5200 Brugg.
PIERCE, John. Klang: Musik mit den Ohren der Physik. Heidelberg [etc.], 1989.
Übersetzung aus dem Englischen, mit dem angelsächsischen Sinn für Praxisbezogenheit.
REUTER, Christoph. Der Einschwingvorgang nicht-perkussiver Musikinstrumente. Frankfurt a.M.:
Peter Lang,, 1995. Alles über Formanten!
RUSCHKOWSKI, André. Elektronische Klänge und musikalische Entdeckungen. Stuttgart: Reclam, 1998.
WETTSTEIN, Peter. Grundlagen der Akustik für Musiker. 41994, Selbstverlag, Florhofgasse 6, 8001 Zürich.
Sehr konzentriert, geeignet als Ergänzung zum mündlichen Unterricht.
WINKLER, Gernot. Tonaufzeichnung digital. Aachen: Elektor Verlag, 1990.
Auch für technische Laien gut verständlich.
Unsere Musikinstrumente. Buchreihe. Ursprünglich im Hallwag Verlag, jetzt Schott:
Klaus Wolters: Das Klavier. Friedrich Jakob: Die Orgel. Eduard Melkus: Die Violine. Raymond Meylan:
Die Flöte. Gunther Joppig: Oboe & Fagott. Edward Tarr: Die Trompete. Bernhard Brüchle und Kurt
Janetzky: Das Horn. Peter Päffgen: Die Gitarre. Christoph Wagner: Das Akkordeon. Friedrich Jakob:
Das Schlagzeug. Ernst Häfliger: Die Singstimme.
23
En anglais
BENADE, Arthur H. Fundamentals of Musical Acoustics. Dover Publication, 1990
BERANEK, Leo L. Concert and Opera Halles, how they sound. New York: Wiley, , 1979
HALL, Donald E. Musical Acoustic. Brooks/Cole Pub Co 1991
ROEDERER, Juan G. Introduction to the Physics and Psychophysics of Music. Springer Verlag, 1979
ROSSING, Thomas D. The Science of Sound. Addison-Wesley 1990
TITZE, Ingo R. Principles of Voice Production. Prentice Hall, 1994
The Acoustics of the Piano. Edited by Anders Askenfelt. Kungl. Musikaliska Akademien
En français
ASSELIN, P.-Y. Musique et tempérament. Paris: Costallat, 1985
CORNUT, Guy. La voix. Que sais-je? PUF 1983
FISCHETTI, Antonio. Initiation à l'acoustique. Paris: Belin Sciences, 2001.
Notions de mathématiques et de physiques souhaitées.
LEIPP, Emile. Acoustique et Musique. Paris: Masson, 1980
PIERCE, John. Le son musical. Pour la Science Belin, 1983.
Traduit de l'anglais. Sens anglo-saxon des applications pratiques.
Les Instruments de l'Orchestre. Paris: Bibliothèque pour la Science, 1985.
Collection d'articles traitant de certains aspects des instruments.
Par ailleurs, on retrouve la liste des livres traitant un instrument et citée plus haut:
K. Wolters: Le Piano. F. Jakob: La Percussion etc. Payot-Lausanne, dans la collection
"Instruments de Musique".
Octobre 2005
24