Qu'est-ce que le son ?

D'un point de vue physique, le son est de nature vibratoire. Les vibrations sont produites par le mouvement de va-et-vient de particules (dans l'air, l'eau, les corps solides). Si ce mouvement est régulier, la vibration est périodique. Une oscillation est définie par :

• la période : durée, en secondes, d'une oscillation complète
• la fréquence : nombre de périodes par seconde; la fréquence est exprimée en hertz (Hz) : le diapason vibre à une fréquence de 440 Hz par seconde
• la phase : constante angulaire d'une oscillation
• l'amplitude : distance maximale parcourue par la vibration dans l'une ou l'autre des directions (maximum de la pression acoustique); l'amplitude est exprimée en décibel (dB)

Le spectre

Le sonogramme représente le son en fonction de (ou des) fréquences qui le constitue, c'est à dire son spectre. L'axe horizontal indique le temps (mesuré en seconde), l'axe vertical indique la fréquence (de 0 à 20 000 Hz). Le son est représenté par un trait horizontal plus ou moins foncé (plus il est "gras" plus son intensité est forte). La figure suivante représente le spectre d'un son sinusoïdal dont la fréquence est de 440 Hz; il se trouve donc en bas du spectre.

En général, on ne rencontre des sons sinusoïdaux qu'en laboratoire. Les sons que nous entendons dans la réalité quotidienne sont complexes. L'un des types de sons les plus fréquemment rencontrés dans les systèmes musicaux sont ceux qui possèdent plusieurs fréquences formant des séries d'harmoniques. Cela signifie que toutes les composantes de ce son possèdent des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence la plus basse appelée le fondamental.

La figure ci-dessous, on peut voir les formes d'ondes correspondant à:

• une onde sinusoïdale de 250 Hz
• un son composé de deux harmoniques (250 et 500 Hz)
• un son composé de 3 harmoniques (250, 500 et 750 Hz)
• un son complexe composé des 10 premiers harmoniques d'un son fondamental de 250 Hz.

Les formes d'onde deviennent de plus en plus complexes mais restent périodiques. La forme de l'onde se répète après un certain laps de temps (4 ms dans ce cas. Les sons dont les formes d'onde sont périodiques sont appelés : sons harmoniques.

Voici maintenant la représentation d'un spectre de trompette jouant un ré 4. Les fréquences du fondamental et des premiers harmoniques sont les suivantes :

On peut observer que :

• plus on monte dans le haut du spectre plus l'intensité des harmoniques diminue (gris plus clair)
• les harmoniques n'apparaissent pas et ne disparaissent pas forcement en même temps que le fondamental.

L'enveloppe d'amplitude

Les sons ne sont pas figés, ils vivent et changent continuellement dans le temps : c'est la modulation d'amplitude. On peut représenter cette évolution du son par l'enveloppe d'amplitude. Cette enveloppe est différente s'il s'agit d'un son entretenu (une flûte, un violon, etc) ou d'un son résonant (une guitare, une cloche, etc).

Dans le premier cas, l'évolution du son se décrit en trois phases :

• l'attaque
• le maintien
• la chute

L'enveloppe d'amplitude du son de flûte représentée ci-dessous montre une attaque rapide, un maintien en légère décroissance et une chute brève.

Dans le second cas, l'évolution du son se décrit en deux phases :

• l'attaque
• la résonance

L'enveloppe d'amplitude du son de cloche représentée ci-dessous montre une attaque rapide avec une forte amplitude et une longue résonance avec une ampitude décroissante.

Son harmonique

Un son est harmonique si les fréquences des composants sont des multiples entiers de celles du fondamental. Cependant, un son harmonique n'est pas totalement "pure". Il existe toujours des "bruits" qui proviennent de la façon dont est produit le son : le souffle pour le flûtiste, l'archet pour le violoniste, etc. Ces "bruits" sont appelés "transitoire", il sont déterminant pour l'identification des timbres. Un son possède des transitoires d'attaque (au début du son) et des transitoires d'extinction.

Dans le spectre de flûte ci-dessous, on peut remarquer qu'en-dehors des raies spectrales des harmoniques, il existe des "traces" de fréquences. Elles correspondent à la partie bruitée du son.

Son inharmonique

Un son est inharmonique si les fréquences des harmoniques ne sont pas des multiples entiers de celle du fondamental; les harmoniques sont alors appelés partiels. Dans l'exemple ci-dessous, les raies spectrales ne sont pas à distances égales. On peut remarquer également que, dans le haut du spectre, il existe des raies spectrales brèves et accentuées qui correspondent à la partie bruitée du son (le son de la cloche est mis en vibration par une baguette).

Bruit

Le bruit est composé de partiels très nombreux dont la fréquence et l'amplitude sont répartis aléatoirement. Les bruits n'ont aucune périodicité.

Il existe :

• le bruit blanc, somme de toutes les fréquences à un même niveau d'intensité (l'équivalent de la lumière blanche)
• le bruit coloré, bruit blanc dont telle ou telle bande de fréquence est filtrée.

Grisey et l'acoustique

Gérard Grisey a suivi les cours d'acoustique d'Emile Leipp à l'université de Jussieu au début des années 70. Dans ce laboratoire, il dispose d'analyses spectrales faites à partir de nombreux sons instrumentaux. Il va alors imaginer la possibilité de synthétiser artificiellement un timbre à l'aide d'un groupe instrumental. Les notes jouées par les instrumentistes vont être calquées sur les harmoniques des spectres et l'orchestration découlera des amplitudes observées dans les sonogrammes.

C'est la première fois qu'un compositeur prend comme modèle les paramètres d'un son pour développer ses propres règles de composition.

Dans Partiels, l'écriture de la pièce s'inspire des paramètres du sonogramme d'un trombone jouant la note mi 1. Voici la suite des 22 premiers harmoniques résultant du sonogramme de trombone :

Grisey opère un tri parmi cette suite harmonique. Il choisit plutôt les harmoniques impaires. Les différentes intensités de chaque note correspondent aux différences d'amplitude données par le sonogramme. L'instrumentation est établie en fonction du registre des harmoniques.