Théorie du son: Contenu harmonique d'une forme d'onde

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Ce que nous avons traité précédemment se réfère à la sinusoïde comme élément de base servant à construire le reste de notre univers sonore. Les caractéristiques fondamentales d'un son se basent sur le nombre et le type d'harmoniques. Pour illustrer ce concept il est préférable de se référer à un cas pratique, également pour commencer à s'évader un peu des traités théoriques et voir ce que signifient ces discours dans la pratique. Par exemple, observons quand la cinquième corde d'une guitare est pincée par un guitariste. On déduira à l'unanimité que le guitariste est en train de jouer un La, mais en fait, que se passe-t-il?

La corde s'est mise à osciller à une fréquence de 440 Hz. Mais pourquoi donc ne sonne-t-elle pas comme une simple sinusoïde à cette fréquence, et plutôt comme un son provenant d'une guitare? La réponse comprend une série de raisons qui seront décrites au fur et à mesure par la suite. Naturellement, le contenu harmonique de la note jouée par le guitariste n'est pas semblable à celui d'une simple sinusoïde. Quand une note est jouée sur un instrument, on obtient la fréquence corespondant à la note, qu'on appelle harmonique fondamentale, et avec celle-là sont produites les autres harmoniques, soit tous les multiples entiers de cette fréquence avec une diminution progressive de l'ampleur. Dans le cas du La, les sinusoïdes suivantes sont produites:

  • 440 Hz Harmonique fondamentale (première harmonique)

  • 880 Hz Deuxième harmonique

  • 1320 Hz Troisième harmonique

  • ... ... ...

  • n*440 Hz n-i`eme harmonique

Ce comportement dérive du fait que la corde pincée par le guitariste n'oscille pas seulement à la fréquence de base mais également aux fréquences harmoniques comme décrit ci-après:

Théorie du son - Oscillations harmoniques d'une corde en vibration

Oscillations harmoniques d'une corde en vibration

En conséquence, la première harmonique s'appelle fondamentale, c'est elle qui caractérise la note réellement perçue; c'est l'harmonique qui a l'ampleur la plus grande. La seconde harmonique possède une fréquence double par rapport à la première, ce qui signifie que la corde vibre comme décrit plus haut, en se superposant à l'harmonique fondamentale.

Si vous etes en train de lire ce texte, vous ne devriez pas être totalement dépourvus de notions musicales et vous devriez donc savoir que lorsque l'on ajoute une octave à une note on retrouve la même note qu'au départ; dans notre cas le La (naturellement plus aigu, si vous n'en etes pas convaincus faites-en l'essai sur un piano). Donc la deuxième harmonique a la même note que la fondamentale (exactement une octave supérieure) et ajoute de la chaleur au son. La troisième harmonique n'est plus un La et par conséequent contribue à enrichir le son.

En d'autres termes, si on pince une corde de guitare, on pourra compter plus ou moins une dizaine d'harmoniques contribuant au son de façon significative. Les ampleurs des harmoniques successives deviennent donc négligeables. On peut également noter qu'au mileu de la corde on a surtout des fréquences basses, alors que sur les côtés prévalent les hautes fréquences. Il faut en tenir compte surtout en ce qui concerne le placement des microphones: par exemple, si de la caisse claire d'une batterie on voulait obtenir un son composé principalement de hautes fréquences, on placerait le microphone vers le bord alors que si on voulait obtenir un son où les basses domineraient, on placerait le microphone vers le centre.

A titre d'exemple, dans les amplificateurs pour guitare, les transistors tendent à emphatiser la troisième harmonique alors que les valves emphatisent la seconde harmonique influençant énormément la qualité du son.