Découvrir l'opéra Qu’est-ce que le son ? décryptage d...
Découvrir l'opéra

Qu’est-ce que le son ? décryptage du phénomène vibratoire

05/01/2023
illustration Aliette Gousseau
Illustration : Aliette Gousseau

Un orchestre remplit une salle de musique, mais la voix d’un chanteur s’élève au-dessus des instruments qui le composent. Comment parvient-elle à résonner au travers de milliers de spectateurs sans même l’aide d’un microphone ? Voici quelques principes de physique acoustique pour éléments de réponse.

D’un point de vue physique, le son naît de vibrations de l’air générées par une source sonore. En musique, les sons sont produits par des instruments, qu’il s’agisse des cordes du violon ou des cordes vocales du chanteur. La fréquence de ces vibrations – plus précisément, leur nombre par seconde – définit la hauteur d’une note que notre oreille va entendre. Plus le son produit est aigu, plus on observe de vibrations. Ainsi, un la3 (3e octave) – le fameux la repère sur lequel tout l’orchestre s’accorde – correspond à 440 vibrations par seconde de l’instrument qui émet cette note, soit 440 Hz. Cette fréquence détermine la hauteur d’un son (sa note musicale) et est appelée « fréquence fondamentale ». Par exemple, le contre-ut, tant redouté des chanteurs et tant attendu des spectateurs, correspond au do5 (soit une hauteur de 1 044 Hz) chez les sopranos et au do chez les ténors (523 Hz). Mais alors, pourquoi deux instruments – ou deux voix – produisant la même note vibrent différemment ? C’est là que les choses se corsent…

Les harmoniques, pas si secondaires

À cette fréquence fondamentale, s’ajoutent des fréquences secondaires appelées « harmoniques », qui viennent enrichir le son (voir le graphique ci-contre). En effet, chaque note de musique que nous entendons est une combinaison de plusieurs vibrations simultanées différentes. L’oreille humaine est très sensible aux vibrations comprises entre 2000 et 5000 Hz – soit entre 2000 et 5000 vibrations par seconde. En accentuant les harmoniques – possible grâce à un travail vocal considérable – compris dans ce spectre, le chanteur atteindra un point acoustique sensible où il sera le plus susceptible d’être entendu. Il en résultera un son singulier, que l’on ne trouve nulle part ailleurs dans la nature, appelé « le formant du chanteur », singing formant en anglais, ou squillo chez nos voisins italiens. En outre, les harmoniques de la voix ont l’avantage de rencontrer moins de concurrence venant de l’orchestre dont les harmoniques sont plus faibles à ces fréquences (hormis chez certains cuivres). Le formant du chanteur va déterminer la portée d’une voix, sa projection et va permettre à ce dernier de passer au-delà d’un orchestre de quatre-vingts musiciens sans effort. C’est qu’il ne faut pas confondre projection et intensité.


Illustration : Aliette Gousseau
Illustration : Aliette Gousseau

Cultiver son vibrato

Si le vibrato d’une voix donne lieu à des considérations esthétiques, il est le résultat du maillage entre différents paramètres acoustiques. En effet, il correspond à des variations périodiques de fréquence et d’intensité. Deux paramètres principaux inter- viennent dans la modulation de la fréquence fondamentale : son amplitude et sa périodicité. Pour qu’un vibrato soit agréable et considéré comme « normal », il faut que son amplitude soit comprise entre un quart et trois quarts de ton. En dessous d’un quart de ton, le son sera mat, dur. Au-dessus d’un ton, le son sera instable (on dit communément que la voix « bouge », les anglo-saxons disent « wobble »). Concernant la périodicité, il faut qu’elle soit comprise entre 5 et 7 périodes par seconde. Au-dessous de 5, la voix chevrote et au-delà de 7, on parle de trémolo. Bien qu’il soit lié au caractère intrinsèque d’une voix – le vibrato naturel -, il peut être plus ou moins accentué par les chanteurs et n’existe que chez les voix cultivées. En physique acoustique, d’autres paramètres vocaux perceptifs sont mesurables, tels que le souffle, la raucité, la nasalité, la brillance du timbre, qui sont le corollaire physiologique du geste vocal, autrement dit, de la physiologie de la phonation.

Question d’intensité

La puissance de la voix correspond à la résistance des cordes vocales du chanteur à la pression subglottique (la pression de l’air exercée sur les cordes vocales). Les décibels constituent l’unité de mesure du volume d’un son. Les voix lyriques produisent des sons de 100 à 120 dB environ quand la voix conversationnelle se situe aux alentours de 60 dB. Étrangement, les pianissimi de la soprano Montserrat Caballé atteignaient à peu près 60 dB. Il étaient donc de faible intensité et pourtant, on les entendait dans toute la salle. Cela était possible par la présence du singing formant dont nous parlions précédemment.

La perception du timbre

Le timbre correspond à la signature sonore d’un instrument. Il permet de distinguer deux sons de même hauteur et de même intensité. Comme nous venons de le voir, deux sons de fréquence fondamentale similaire et à volume égal ne vont pas être perçus par l’oreille de la même manière pour différentes raisons : nature de la source sonore, matériau de l’instrument, sa forme, sa taille… Ces différentes variables vont avoir un impact sur les harmoniques et en activer certains plus que d’autres. Par exemple, une flûte traversière va accroître les premiers harmoniques tandis qu’une clarinette va en augmenter des secondaires. Sur le plan vocal, une note produite à la même intensité par deux chanteurs A et B ne va pas avoir le même impact sur tous les auditeurs. Certains vont préférer la voix du chanteur A, plus riche en harmoniques graves et d’autres, celle du chanteur B, plus riche en harmoniques aigus. Le timbre vocal (ou couleur) va jouer un rôle majeur sur la perception d’une voix par un auditeur et sa propension à le toucher (outre l’interprétation du chanteur, sa technique, son phrasé, sa diction…).

MAXIME PIERRE

Un article paru dans LYRIK n°3, en kiosque en ce moment.

LEXIQUE

• AMPLITUDE : intervalle musical compris entre les valeurs extrêmes de la vibration d’un son.
• FRÉQUENCE : vibration acoustique générée par un instrument et constituant une onde sonore.
• FRÉQUENCE FONDAMENTALE : première fréquence d’un son qui détermine la hauteur d’une note.
• FORMANT : un formant est composé des fréquences les plus intenses observées (dont l’amplitude est la plus élevée) dans le spectre sonore d’un son vocal à un instant donné.
• HARMONIQUES : fréquences juxtaposées à la fréquence fondamentale qui permettent de donner à un son sa propre signature (son timbre).
• HAUTEUR : déterminée par la fréquence fondamentale, elle correspond à la fréquence de vibrations d’un son. Chaque note de musique correspond à une hauteur définie qui se mesure en Hertz (Hz).
• OCTAVE : intervalle parfait de huit degrés (soit huit notes, par exemple, do à do) de la gamme diatonique. Pour se repérer dans l’échelle sonore, les acousticiens numérotent les octaves par référence au la du diapason (le la3).
• PÉRIODE : intervalle de temps séparant deux états vibratoires et successifs.
• TIMBRE : signature sonore déterminée par les fréquences secondaires dépendant de la nature de la source sonore.
• TON : plus grand intervalle possible entre deux notes conjointes (par exemple do-ré).
• VOLUME : intensité, puissance du son, qui se mesure en décibels (dB).

Pour aller plus loin dans la lecture

Découvrir l'opéra La Co[opéra]tive : quand l’opéra se cherche d’autres voies… 

La Co[opéra]tive : quand l’opéra se cherche d’autres voies… 
Cyrielle Ndjiki-Nya dans Idomeneo Salle Ravel de Levallois-Perret en 2018

Découvrir l'opéra Académies, conservatoires, maîtrises, les voies de la réussite

Académies, conservatoires, maîtrises, les voies de la réussite

Découvrir l'opéra Mes petits Opéras : du grand art

Mes petits Opéras : du grand art