Exemple : une corde de guitare

Reprenons l'exemple d'une corde de guitare pour mieux comprendre ce processus.

Lorsque le doigt pince la corde de guitare, celle-ci se met à vibrer sur toute sa longueur à une certaine vitesse. Cette vitesse caractérise la fréquence de vibration. Le mouvement oscillatoire complet de la corde est appelé cycle, la fréquence se mesure donc en cycles par seconde ou cps. Cette unité est plus connue sous le nom de Hertz ou Hz. Si la fréquence de vibration est très élevée, on l'exprime en milliers de cycles par seconde ou kilohertz (kHz).

La distance de déplacement latéral de la corde au cours des vibrations est son amplitude vibratoire. L'amplitude est proportionnelle à la force avec laquelle la corde est écartée de sa position de repos. Plus l'amplitude est grande, plus le son est fort.

Le déplacement de la corde varie au cours du cycle de la vibration, comme le montre le schéma ci-dessous :

Le segment A représente la corde au moment où elle est tirée ; le segment B correspond au mouvement de retour vers sa position de repos ; en C, la corde a dépassé sa position de repos pour atteindre sa position extrême inverse et en D, elle revient à sa position de repos. Cette succession de mouvements se répète jusqu'à ce que le frottement des molécules d'air finisse par arrêter le mouvement de la corde. Lorsque la corde vibre, elle fait vibrer avec elle les molécules d'air qui l'entourent. Les vibrations de la corde sont transmises à l'air où elles se propagent sous forme d'ondes sonores. Lorsque ces ondes parviennent à votre oreille, elles font vibrer votre tympan et vous entendez un son. De même, si ces vibrations parviennent à un micro, la membrane de celui-ci vibre et produit des signaux électriques.

Pour qu'un son soit entendu par l'oreille humaine, la fréquence de la vibration doit être supérieure à 20 Hz (au-dessous, on parle d'infrasons). En théorie, la fréquence maximale que l'oreille peut percevoir est 20 kHz, mais en pratique, la limite est plutôt de 15 à 17 kHz (au-dessus, on parle d'ultrasons). Certains animaux et certains micros ont des plages de sensibilité différentes.

Si le mouvement oscillatoire de la corde était le seul phénomène entrant en ligne de compte dans la création d'un son, tous les instruments à cordes produiraient sensiblement le même son, ce qui est loin d'être le cas. Les lois de la physique ne sont pas aussi simples ! En fait, la corde vibre non seulement sur toute sa longueur mais aussi sur la moitié, sur le tiers, le quart, le cinquième, etc. de sa longueur. Ces vibrations supplémentaires (appelées harmoniques) ont des fréquences plus élevées que la vibration d'origine (la fréquence fondamentale), mais leurs amplitudes sont généralement moindres. Notre oreille n'est pas capable de percevoir chaque fréquence élémentaire d'une vibration sonore. Si c'était le cas, nous entendrions un accord de plusieurs notes à chaque fois qu'une corde est jouée. Toutes ces vibrations se combinent entre elles pour former un son complexe, ou composite, perçu par notre oreille comme une note unique.

Cette forme d'onde composite n'explique pas pour autant le caractère unique des sons des différents instruments. Par exemple, les instruments à corde possèdent généralement d'une caisse de résonance. Dans le cas de la guitare, la caisse est l'enveloppe de bois sur laquelle sont tendues les cordes (le corps de la guitare). Ce résonateur modifie considérablement le son que nous percevons en accentuant (par amplification mécanique) certaines des vibrations produites par les cordes et en en atténuant d'autres. C'est l'effet global produit par la résonance simultanée de toutes les vibrations dans la caisse qui produit le son caractéristique d'une guitare.

 

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Notions élémentaires sur l'audio numérique