L'acoustique
des instruments ? cordes
G?n?ralit?s, rappel de notions de base
?
?
Fr?quence:
La fr?quence est le nombre d'oscillations compl?tes d'un signal
p?riodique sur une seconde, son unit? est le hertz (Hz).
Les fr?quences qui nous interressent sont celles g?n?r?es
par les cordes et nous appelleront le fondamental celle qui correspond ?
la fr?quence de la note jou?e, le tableau ci dessous nous donne
les fr?quences des notes audibles les plus utilis?es.
?
octave |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
DO |
32.7 |
65.41 |
130.81 |
261.63 |
523.26 |
1046.51 |
2093.02 |
DO# |
34.65 |
69.30 |
138.59 |
277.19 |
554.37 |
1108.74 |
2217.48 |
RE |
36.71 |
73.42 |
146.83 |
293.67 |
587.34 |
1174.67 |
2349.34 |
RE# |
38.89 |
77.78 |
155.56 |
311.13 |
622.26 |
1244.52 |
2489.04 |
MI |
41.20 |
82.41 |
164.82 |
329.63 |
659.26 |
1318.52 |
2637.04 |
FA |
53.65 |
87.31 |
174.62 |
349.23 |
698.46 |
1396.83 |
2793.85 |
FA# |
46.25 |
92.50 |
185.00 |
370.00 |
740.00 |
1480.00 |
2960.00 |
SOL |
49.00 |
98.00 |
196.00 |
392.00 |
784.00 |
1568.00 |
3136.00 |
SOL# |
51.91 |
103.83 |
207.65 |
415.31 |
830.62 |
1661.23 |
3322.47 |
LA |
55.00 |
110.00 |
220.00 |
440.00 |
880.00 |
1760.00 |
3520.00 |
LA# |
58.20 |
116.54 |
233.08 |
466.17 |
932.34 |
1864.67 |
3729.34 |
SI |
61.74 |
123.47 |
246.94 |
493.89 |
987.78 |
1975.55 |
3951.10 |
?
L'amplitude:
L'amplitude est la valeur du signal entre deux maximums, elle correspond au
"volume" du son per?u, mais nous reviendrons plus en d?tail
sur ce sujet quand nous parlerons de la sensibilit? de l'oreille.

Sinus d'amplitude 1 et de fr?quence 1 Hz
Sons
purs, sons complexes:
Un son pur est un signal de forme sinuso?dale, de fr?quence et d'amplitude
constante, ces sons n'?xistent pas ? l'?tat naturel, on
ne peut les obtenir qu'avec des g?n?rateurs ?lectroniques.
En r?alit?, les sons qui arrivent ? nos oreilles sont compos?s
de plusieurs sinuso?des de fr?quences et d'amplitudes diff?rentes.
Ces fr?quences sont appel?es "HARMONIQUES" si elles
sont multiples de celle que nous entendons qui est l'harmonique 1 ou "FONDAMENTAL"
Les autres ?tant les "PARTIELS" (composantes du son surtout
pr?sentes lors de l'attaque d'une corde), un exemple connu riche en harmoniques
et en partiels est celui d'une cloche.Ces harmoniques peuvent ne pas d?marrer
au m?mes moments, on parlera alors de DEPHASAGE, les deux premi?res
figures ci dessous repr?sente la m?me composition harmonique mais
dans la deuxi?me un d?phasage de PI/4 est introduit sur H2 .Ces
fr?quences ?voluent dans le temps de mani?re diff?rentes
certaines s'?teignant plus vite que d'autres.
Voici quelques exemples de formes d'ondes avec leurs composition.

Fondamental + harmonique2

Fondamental + harmonique 2 d?phas? de
45? (PI/4)

Fondamental + 1/2 harmonique 2

Fondamental + harmoniques 2 & 3
?
Ces
diff?rent diagramme vont me permettre d'introduire une autre notion fondamentale:
le timbre d'un instrument
Le timbre est la composition harmonique d'un son. Une corde mise en vibration
dans un mode X (m?diator, doigt, archet...) va produire certains harmoniques
qui vont traverser le syst?me acoustico-m?canique compos?
par le chevalet, la table de l'instrument et d'?ventuels autres ?l?ments
qui vont jouer un r?le de filtre, en finale, la table transmettra ?
l'air un signal typique de l'instrument qui permettra ? notre oreille
de l'identifier. Il existe des appareils qui permettent d'analyser ces signaux
par un algorythme math?matique qui se nomme "l'analyse de Fourrier"
cette analyse va nous montrer sous trois axes des pointes repr?sentant
les diff?rentes composantes du signal, leurs amplitudes et leurs dur?es
dans le temps.Voici un exemple d'une note de violon d'abord dans sa forme oscillatoire
et ensuite son analyse.


On retrouve dans cette analyse le fondamental tr?s pr?sent , l'harmonique 2 fort, l'harmonique 3 faible, le 4 plus fort et le 7 bien pr?sent, les 5, ,6, et 8 sont quasi in?xistants. Ce "spectre" se rapproche tr?s fort de celui de l'onde triangulaire (onde remarquable) et si on regarde la forme de l'onde , on voit que le triangle s'y dessine. Nous reviendrons plus en d?tail sur ces analyses .
Un dernier rappel avant d'approfondir ces notions:
l'enveloppe d'un signal
Un signal acoustique ?volue dans le temps, il n'est pas constant (le
mouvement perp?tuel n'?xistant h?las pas) il nous faut
donc dans l'analyse d'un son tenir compte de ses diff?rentes phases.
Voici un sch?ma qui r?sumes ces phases:

sur
ce dessin on distingue 4 zones qui sont les plus courantes (un son peut avoir
une enveloppe plus complexe):
1 - l'attaque: c'est la p?riode ou la corde se
met en vibration sous l'action du musicien dans cette phase, des partiels peuvent
?tre pr?sents.
2 - cette phase appell?e release en anglais, lib?re
la corde de son moteur, les partiels s'?teignent.
3 - le "sustain" partie relativement stable
du signal (relativement car des harmoniques peuvent s'?teindrent durant
cette p?riode) c'est aussi la partie la plus importante dans le cas des
cordes pinc?es car c'est durant cette p?riode que le son est le
plus pr?sent.
4 - le "decay"ou descente , partie ou le signal
et nottament le fondamental s'?teint. Une partie pourrait ?tre
ajout?e car parfois des harmoniques haut et faible persistent apr?s
l'extinction principale; cette p?riode serait plut?t consid?r?e
comme parasite.

exemple d'enveloppe
Type
de signaux ?tudi?s
On va rencontrer en acoustique trois types de signaux:
- les signaux p?riodique: fr?quents en musique, ces signaux sont
harmoniques.
- les signaux non p?riodiques: transitoires (attaque, changements de
notes), signaux inharmoniques (percussions)
- signaux al?atoires: on ne peut pr?dire leur amplitude ?
un temps "t":
-peuvent g?ner: bruits de fond, souffle, parasites ...
-peuvent faire partie du signal: bruits d'archet, souffle d'un flutiste...
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