Son et musique. Leçon 1

Caractéristiques physiques d’une onde sonore, les sons complexes

Sons complexes

Ils proviennent également de mouvements vibratoires qui ont pour caractéristiques d’être :
1. périodiques : c’est-à-dire possédant une période T et une fréquence f=1/T.
2. complexes : c’est-à-dire présentant une composition spectrale plus ou moins riche.
• hauteur : qui est déterminée par la fréquence fondamentale de vibration. La fréquence des harmoniques est un multiple entier de la fréquence fondamentale.
• le timbre : qui est déterminée par la densité relative des harmoniques

Le glissando d’un violon, la voix du chanteur ne produit pas des sons purs mais des sons périodiques complexes. Une note de musique est en réalité composée par une ligne fondamentale qui résulte de la superposition de plusieurs lignes harmoniques qui dépendent de la nature, de la géométrie, de la matière d’un instrument. Notre ouïe performante nous permet ainsi de distinguer ces résonances et nous reconnaissons pour une même note le timbre d’un violon, d’une guitare ou d’un saxophone. Le timbre différencie la sensation d’écoute et constitue le troisième paramètre du son après l’intensité et la fréquence.
Le mathématicien Joseph Fourrier a démontré au XIXe siècle que « les ondes périodiques de fréquence F se décomposent en une somme infinie d’ondes sinusoïdales de fréquence F, 2F, 3F, 4F… ». Chaque son est composé d’une onde sinusoïdale de fréquence F appelée la fondamentale et d’un ensemble d’ondes sinusoïdales de fréquences multiples (2F, 3F, 4F…) qui constituent ses harmoniques. La fondamentale donne la sensation de la hauteur de la note et permet de distinguer le Do du Ré ou du Mi. Les harmoniques créent le timbre de l’instrument. Selon leur nombre et leur intensité respective, l’oreille reconnaîtra une harpe, un violoncelle ou une flûte traversière.
Toutes les ondes ne sont cependant pas composées d’une fréquence fondamentale et d’harmoniques. Certaines sont apériodiques et leur hauteur exacte ne peut être appréciée par l’oreille. C’est le cas de bruits irréguliers comme les percussions. D’autres bruits sont formés d’éléments multiples : l’ambiance sonore de la ville est constituée par une addition de sons divers (bruits de moteurs, coups de klaxon, voix des piétons…)