Notions d'acoustique

D'une façon générale

Un son musical est un phénomène complexe qui modèle l’espace environnant (pour autant qu’il soit fluide [air, eau...] ou élastique [capable de se déformer, bois, métal...]) dans sa forme, dans sa consistance et dans le temps.

Le son est une sensation auditive provoquée par une vibration. En physique il se définit ainsi : « Onde mécanique correspondant à la propagation de déformations et de contraintes dans un milieu élastique ou visco-élastique. » Le son met donc en jeu plusieurs éléments physiques, et les mesures du son font intervenir des unités de longueur, de vitesse, de masse, mais aussi de température ou de pression.

Trois éléments sont nécessaires à l’existence d’un son :

  • une source qui produit le son,
  • un milieu qui transmet la vibration,
  • un récepteur : l’oreille et l’ouïe.

N’entrons pas dans le détail, car l’acoustique engendre des équations compliquées et des notions pointues, comme la compressibilité adiabatique. Avant d’aborder le côté purement musical, qui n’est pas moins ardu, juste quelques remarques sur la propagation du son, c’est-à-dire sa progression dans l’espace, sans laquelle nous ne pourrions rien percevoir.

Les ondes sonores se déplacent à environ 344 m/s dans de l'air à 20 °C, soit à peu près à un kilomètre toutes les trois secondes. Dans l'eau, sa vitesse est de 1 482 m/s et dans l'acier de 5 050 m/s. Il ne se propage pas dans le vide, puisqu’il n'y a pas de matière pour supporter les ondes produites. Le son se diffuse en effet grâce aux déplacements des molécules entrant dans la composition de l'air (ou de l’eau, par exemple).

En résumé, plus on est loin, plus on entend le son tardivement par rapport à son émission.

C'est une onde dite longitudinale : les points matériels se déplacent dans le même sens que celui de l'onde (l'autre type d'ondes étant les ondes transversales). Il ressort de cette remarque que le son se propage moins bien à l'horizontale que sous des angles montants, à cause du changement de densité. Cette propriété est prise en compte dans la conception des théâtres en plein air depuis l'antiquité. Le son peut être aussi littéralement porté (allongement de la distance d’audibilité) quand le froid tombe (inversion basse du gradient de température), parce qu’il se trouve rabattu vers le sol, comme lorsqu’on est sous le vent et à l’inverse de ce qui se passe quand on est face au vent (ce qui dévie l’onde sonore vers le ciel).

En résumé, plus on est loin, plus le son qu’on entend devient faible par rapport à son intensité de départ.

En musique

En dehors de son intensité, la première impression que l’on a d’un son, surtout en musique, est sa hauteur (plus ou moins grave ou aigu). Cette « hauteur » est liée à la fréquence du son (nombre de vibrations à la seconde), exprimée en herz (Hz). À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu. Mais ce n'est là qu'une de ses composantes. L'amplitude (longueur d’onde) est une autre caractéristique importante d'un son. La pression sonore perçue, quant à elle, dépend, entre autres, de l'amplitude et correspond dans l'air aux variations de pression de l'onde. Le son peut être fort ou doux, les musiciens disent forte ou piano. Pour faire bref, on dira que le niveau de puissance caractérise une source sonore, il est donc indépendant de la distance source-récepteur. En revanche, les niveaux d'intensité et de pression correspondent aux niveaux perçus par le récepteur. Ils dépendent donc à la fois de la source et de la distance source-récepteur.