des techniques du son des techniques du son - Dunod

Collectif d’auteurs
sous la direction de Denis Mercier
Le livre
des techniques
Tome 1
Notions
fondamentales
4 e édition
du son
COLLECTION
AUDIO-PHOTO-VIDÉO

Denis Mercier
Preneur de son, réalisateur sonore sur des productions, disques, films, spectacles, etc.
Enseignant à l’ESAV de Marrakech. Ancien responsable des stages « son » de formation
continue à Auvigraph, École Nationale Louis Lumière.
Patrice Bourcet (chapitre 1)
Ingénieur CNAM. Responsable de département au Centre d’études et de Recherches de
TDF à Metz. Ancien professeur à l’École Nationale Louis Lumière.
Pierre Liénard (chapitre 1 et annexes)
Ancien chef de la division acoustique à l’office national d’étude et de recherche aérospatiale.
Rédacteur adjoint de la revue d’acoustique (GALF).
Michèle Castellengo (chapitre 2)
Directeur de recherches au CNRS. Ancien directeur du Laboratoire d’acoustique
Musicale. Chargée de la classe d’Acoustique Musicale au CNSM de Paris.
Éric Vivié (chapitre 3 : paragraphes 3.1 et 3.3)
Maître es mathématiques DEA d’acoustique au Mans. Directeur du bureau acoustique
E.V. Professeur d’acoustique architecturale à l’École Nationale Louis Lumière.
Michel Cassan (chapitre 3 : paragraphe 3.2)
Diplômé d’études supérieures en acoustique à Paris VI. Responsable de l’acoustique aux
services techniques de Radio France.
M’Paya Kitantou (chapitre 4)
Docteur en acoustique. Responsable d’actions de formation à l’Institut National de
l’Audiovisuel (INA).
Jacques Foret (chapitre 5)
Docteur en électro-acoustique. Ingénieur conseil en acoustique. Professeur d’acoustique
et de traitement du signal.
Jacques Tolza (chapitre 6)
Professeur agrégé de Génie électrique. Ancien professeur de Physique Appliquée à
l’École Nationale Louis Lumière.
Jacques Fournet (chapitre 7)
Chef du département audio-vidéo professionnel Agfa-Gevaert France.
Michel Calmet (chapitre 7)
Ingénieur en chef des télécommunications. Conseiller technique à Radio France.
Alain Fromentel (chapitre 8)
Ingénieur diplômé Supélec. Directeur de l’Esigetel. Chargé d’enseignement à l’École
Polytechnique.
V

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Table des matières
AVANT-PROPOS
CHAPITRE 1 – ACOUSTIQUE FONDAMENTALE
1.1 Sons et bruits : aspects objectifs et subjectifs 1
1.2 Mouvements vibratoires.
L’oscillateur élémentaire à un degré de liberté 4
1.2.1 Oscillateur libre 4
1.2.2 Oscillations forcées, résonance 6
1.3 Systèmes à plusieurs degrés de liberté.
Systèmes couplés 7
1.3.1 Généralités. Modes vibratoires 7
1.3.2 Cordes et barres vibrantes. Propagation d’ondes 11
1.3.3 Membranes et plaques vibrantes 15
1.3.4 Indication générale sur les plaques 20
1.3.5 Notions sur les vibrations et les ondes
dans les corps solides 21
1.4 Nature et propagation du son 22
1.4.1 Caractéristiques des ondes sonores.
Intensité et impédance. Vitesse de phase 22
1.4.2 Émissions – Propagation – Immission 26
1.4.3 Émission. Sources de bruit; intensité, puissance 27
1.4.4 Échelles logarithmiques. Décibels 31
1.4.5 Propagation atmosphérique. Sol, écrans, parois 35
1.4.6 Analyse fréquentielle. Spectres, octaves 40
1.5 Bibliographie 42
CHAPITRE 2 – LES SOURCES ACOUSTIQUES
XXIII
2.1 Les instruments de musique mécaniques.
Principe de fonctionnement et classe de timbre 45
2.1.1 Structures vibrantes et générateurs
des instruments de musique 45
XIII

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XIV
2.1.2 Les deux classes acoustiques de sons instrumentaux 48
2.1.3 Quelques sons instrumentaux typiques 49
2.2 Dynamique 51
2.2.1 L’oreille et les dB : le crescendo instrumental 51
2.2.2 Sons impulsifs 52
2.2.3 La gamme dynamique de quelques instruments 52
2.3 Rayonnement des sources acoustiques 54
2.3.1 Données physiques sur le rayonnement
des sources en champ libre 54
2.3.2 Données sur les modes vibratoires des tuyaux,
et des plaques et membranes 55
Tuyaux et résonateurs 55
Plaques et membranes 57
2.3.3 Les méthodes d’études globales de la directionnalité 59
2.4 Timbre des sources 63
2.4.1 Définitions : timbre causal et couleur sonore 63
2.4.2 Problèmes posés par l’étude acoustique du timbre 64
Le timbre causal : un problème de reconnaissance de formes 64
L’appréciation de la sonorité : une capacité
d’analyse et de caractérisation des variations
de qualité des sons d’une classe donnée 64
Importance de la mémoire sonore
L’écoute causale et l’écoute qualitative :
65
deux processus cognitifs quasiment antagonistes 65
Niveaux de perception 66
Parler du son 67
2.4.3 Analyse acoustique du timbre et de la sonorité
L’identité sonore des sources instrumentales :
67
travail à l’oreille 67
Analyse des transitoires 68
La sonorité 69
Étude acoustique du timbre causal 69
2.4.4 Champ de liberté en timbre des instruments de musique 70
2.4.5 Timbre, sonorité et émergence 70
2.5 Tessiture et contenu spectral 71
2.5.1 Définitions 71
2.5.2 Exemples 72
2.6 Voix parlée, voix chantée 74
2.6.1 Le signal vocal 74
2.6.2 L’intelligibilité de la parole 75
2.6.3 L’esthétique de la voix parlée ou chantée 75
2.6.4 Rayonnement de la voix chantée 77
2.6.5 Portée de la voix (sans micro) 77
2.7 Conclusions 79
2.8 Bibliographie 80

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CHAPITRE 3 – ACOUSTIQUE ARCHITECTURALE
3.1 Acoustique des salles 83
3.1.1 Longueur d’onde et dimension des obstacles
au cours de la propagation 84
Notions liées à la longueur d’onde
et aux dimensions de l’obstacle 84
Notions liées à la longueur d’onde
et à la rugosité de la surface de l’obstacle. Diffusion 86
3.1.2 Champs acoustiques au voisinage d’une paroi 87
Facteur de réflexion, coefficient de réflexion,
coefficient d’absorption 88
Impédance acoustique d’une paroi : Z 89
Réflexion sous incidence quelconque 90
3.1.3 Champ acoustique d’une salle par l’approche ondulatoire;
cas d’une salle parallélépipédique 91
Cas général :
champ acoustique dans une salle quelconque 91
Ondes stationnaires entre deux parois parallèles 92
Fréquences propres d’une salle parallélépipédique 94
3.1.4 Acoustique géométrique 100
Réflexion géométrique sur une surface plane :
source image 101
Réflexions dans une salle 103
Front d’onde 104
Cas d’une salle parallélépipédique 104
Phénomènes d’échos 105
Étude d’une salle par l’acoustique géométrique 107
3.1.5 Acoustique statistique 108
Un peu d’histoire… 108
Les expériences de W. C. Sabine 110
Loi d’extinction du son 111
Loi d’établissement du son dans une salle 112
Libre parcours moyen et nombre moyen
de réflexions par seconde 114
Formules de la durée de réverbération 115
Salles couplées 117
Champ direct - Champ réverbéré.
Grossissement - Rayon acoustique 117
3.1.6 Somme d’un son direct et de sa réflexion 120
Filtrage en peigne 120
Influence des amplitudes 122
3.1.7 Absorbants et diffuseurs 123
Les absorbants 123
Les diffuseurs 128
3.1.8 Acoustique des studios et cabines de prise de son 131
Studios de prise de son 131
Cabines de prise de son et de mixage 133
TABLE DES MATIÈRES
XV

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XVI
3.2 Acoustique des lieux d’écoute 137
3.2.1 Définitions, généralités 137
Différents locaux appelés « lieux d’écoute » 137
Adaptation optimale du lieu 138
Durée de réverbération optimale 139
Les principaux critères 142
3.2.2 Recherche de la meilleure adaptation 146
Dimension optimale 146
Comment obtenir le RT60 optimal ? 147
Forme adéquate. Modes propres 148
Disposition et répartition des matériaux : la polarisation 151
Couplage scène-salle (émission-réception) 153
Adaptation au lieu 155
Acoustique variable 158
3.2.3 Critères d’appréciation d’une salle d’écoute 161
Juger une salle : écoutes, mesures 161
Mesures et interprétations 162
3.3 Isolement - Isolation 167
3.3.1 Isolement aux bruits aériens 167
Propagation aérienne -
Propagation solidienne et isolement 167
Définition de l’isolement 168
Principe de la mesure d’isolement brut 169
Autres définitions 170
3.3.2 Loi de masse - Loi des fréquences 171
Loi de masse 171
Seconde expérience : loi des fréquences 172
Formulation théorique des lois masse/fréquence 172
Comportement d’une paroi simple homogène
dans la réalité 174
Les défauts et limites de la paroi simple homogène 177
3.3.3 Paroi composite, paroi multiple 178
Doublage de la paroi par un système « masse-ressort » 178
La paroi simple composite 180
La paroi double 181
3.3.4 Portes et baies vitrées - Parois hétérogènes 183
Portes 183
Baies vitrées 184
Parois hétérogènes 185
3.3.5 Isolation et bruits d’impacts 186
Niveau de pression acoustique brut du bruit de choc 186
Isolation des planchers aux bruits de choc 187
3.3.6 Ventilation/climatisation et isolation 189
Choix de l’appareillage 189
Choix des gaines de ventilation 189
Traversée de l’isolation par les gaines de ventilation 190
3.3.7 Bruit de fond dans une salle 190
3.4 Bibliographie 191

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CHAPITRE 4 – LA PERCEPTION AUDITIVE
4.1 Les propriétés de l’ouïe 193
4.1.1 Le champ auditif 193
La bande passante de l’oreille 193
Le seuil d’audibilité 194
Le seuil de douleur 194
4.1.2 Fréquence et intensité 195
La perception différentielle des intensités 195
La loi de Fechner 195
Sonie et courbes isosoniques 197
L’audiogramme tonal 199
4.1.3 La perception de la hauteur et de la durée 200
La perception différentielle en fréquence 200
L’appréciation des hauteurs 200
Les intervalles musicaux 202
La perception de la durée 203
4.2 Les caractéristiques de l’audition 203
4.2.1 L’écoute naturelle 203
L’effet de masque 203
La localisation spatiale 207
L’effet de précédence (effet Haas) 210
Localisation du son dans une salle 211
4.2.2 Les différentes étapes de la reconnaissance du timbre 211
La sensation auditive 211
Les composantes du timbre 212
4.2.3 L’écoute et la prise de son 213
L’écoute par reproduction électroacoustique 213
Les différentes façons d’écouter 216
4.3 Le système auditif humain 217
4.3.1 La structure de l’oreille 217
L’oreille externe 218
L’oreille moyenne 219
L’oreille interne 219
4.3.2 Mécanisme de l’audition 222
Principe général de fonctionnement 222
Les différentes fonctions de la chaîne auditive 222
La transmission nerveuse 224
Le rôle du cerveau 224
4.3.3 Les déficiences du système auditif 224
Les surdités de transmission 224
Les surdités de perception 224
Les surdités mixtes 224
La fatigue auditive 224
TABLE DES MATIÈRES
4.4 Conclusion 228
4.5 Bibliographie 228
XVII

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XVIII
CHAPITRE 5 – LE SIGNAL
5.1 La notion de signal. Notion d’information 231
5.1.1 Généralités 231
5.1.2 Complexité d’un signal. Dimension 232
Signaux monodimensionnels 232
Signal bidimensionnel 233
Signaux tridimensionnels 234
Quantité d’informations - Débit 234
5.1.3 Multiplexage 234
Multiplexage temporel 234
Multiplexage fréquentiel 235
Interdépendance des deux techniques 236
5.1.4 Échantillonnage 236
5.2 Modélisation des systèmes 238
5.2.1 Analyse des systèmes physiques 238
5.2.2 Convolution 239
Transformation d’un signal par filtrage 239
Signal intervenant par filtrage 241
Transformée de Laplace et Fourier 242
Fourier et les applications 243
5.2.3 Analyse spectrale 243
Analyse à Δf constant 243
Analyse à Δf/f constant 244
5.3 Filtrage et traitement 245
5.3.1 Filtrage analogique 245
Notion d’impédance 245
Fonction de transfert 246
5.3.2 Filtres échantillonnés à convolution 247
Réponse impulsionnelle 248
Réponse fréquentielle 248
Méthode de synthèse par échantillonnage temporel 248
Méthode de synthèse fréquentielle 249
Intérêt des filtres à convolution 249
5.3.3 Filtres échantillonnés récursifs 250
Définition 250
Intérêt des filtres récursifs 250
5.4 Les canaux de transmission 251
5.4.1 Définition 251
5.4.2 Compatibilité débit-bande passante 251
5.4.3 Les défauts introduits 251
Les défauts linéaires 252
Temps de propagation de phase 252
Temps de propagation de groupe, temps d’émergence 253
5.4.4 Défauts non linéaires 254
Dynamique - Rapport signal sur bruit 254
Les distorsions 254

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5.5 Transmission des signaux 258
5.5.1 Généralités 258
5.5.2 Les modulations d’amplitude 259
Modulation à porteuse supprimée 259
Modulation avec porteuse 262
Modulation d’amplitude à bande latérale unique 263
5.5.3 La modulation de fréquence et de phase 265
Définition 265
Préaccentuation 266
Encombrement spectral 266
Comparaison entre AM, FM et Nicam 267
5.5.4 Les procédés numériques 269
Principe des codes détecteurs et correcteurs d’erreur 272
Avantages et inconvénients des systèmes numériques 274
5.5.5 Modulations hybrides 274
5.6 Bibliographie 276
CHAPITRE 6 – NOTIONS FONDAMENTALES DE L’ÉLECTRICITÉ
6.1 Fondements physiques de l’électricité 277
6.1.1 Champ électrique et potentiel 277
Charges électriques 277
Différence de potentiel 278
Le courant électrique 280
Le condensateur 281
Le microphone électrostatique 283
6.1.2 Effet chimique 284
L’oxydoréduction 284
Les piles 285
Les accumulateurs 286
6.1.3 Effet thermique 287
L’effet Joule 287
La loi de Newton 288
6.1.4 Effet magnétique 291
Les grandeurs magnétiques 291
Exemples d’objets magnétiques 294
La loi de Lenz 296
La loi de Laplace 302
6.1.5 Origines physiques du bruit 307
Nature des bruits de fond 307
Les bruits d’influence 307
Les défauts de construction 308
Les bruits intrinsèques 308
6.2 Fonctions de l’électronique 310
6.2.1 L’électrocinétique 310
Convention récepteur et convention générateur 310
Le système d’unités 310
Modèles de Thévenin et de Norton 311
TABLE DES MATIÈRES
XIX

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XX
Les théorèmes de l’électrocinétique 313
Le diviseur de tension 314
6.2.2 Courants alternatifs 316
Théorème de superposition 316
Le signal sinusoïdal 316
Niveau électrique d’un signal 318
Représentation d’un signal sinusoïdal 319
Les relations tension/courant 322
Les principaux théorèmes 323
6.2.3 Les quadripôles 323
Schéma équivalent simplifié 324
Alimentation des quadripôles 325
Le circuit d’entrée des quadripôles 326
Circuits de sortie des quadripôles 329
L’amplification d’un quadripôle 331
6.2.4 Filtrage 332
Notion de filtre 332
Le plan de Bode 333
Gabarits élémentaires 334
Additivité des gabarits 340
6.2.5 Conclusion 343
6.3 Bibliographie 344
CHAPITRE 7 – L’ENREGISTREMENT MAGNÉTIQUE
7.1 Principes fondamentaux de magnétisme et électromagnétisme 346
7.1.1 Champ magnétique 347
7.1.2 Matériaux ferromagnétiques 350
7.1.3 Induction magnétique 350
7.1.4 Flux d’induction magnétique 351
7.1.5 Perméabilité 352
7.2 Propriétés des corps ferromagnétiques 352
7.2.1 Courbe de première aimantation 352
7.2.2 Cycle d’hystérésis 353
7.2.3 Domaines de Weiss 354
7.2.4 Champ démagnétisant 356
7.3 Généralités sur l’enregistrement magnétique 357
7.3.1 Les supports 357
7.3.2 Le signal enregistré 358
7.4 Étude simplifiée des processus 360
7.4.1 Les têtes 360
7.4.2 L’effacement 362
7.4.3 Enregistrement 363
7.4.4 Lecture 364
7.4.5 Égalisation de lecture 365

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7.5 Théorie de la lecture 366
7.5.1 L’effet d’entrefer 366
7.5.2 L’effet d’azimut 367
7.5.3 Effets d’éloignement et d’épaisseur 368
7.5.4 Autres effets de lecture 369
7.6 Théorie de l’enregistrement 370
7.6.1 Courbe de transfert 370
7.6.2 Polarisation alternative 371
7.7 Mesures et normes dans l’enregistrement magnétique 372
7.8 Bibliographie 374
CHAPITRE 8 – LA TECHNOLOGIE AUDIONUMÉRIQUE
TABLE DES MATIÈRES
8.1 Signal numérique 377
8.2 Conversion 380
8.2.1 Conversion analogique-numérique 380
Échantillonnage 380
Filtrage préalable 381
Quantification 383
Sérialisation 387
8.2.2 Conversion numérique-analogique 388
8.2.3 Système numérique 389
8.3 Information audionumérique 392
8.3.1 Caractérisation électrique 392
8.3.2 Dégradation de l’information numérique 395
8.3.3 Détection et correction d’erreurs 397
Contrôle de parité 398
Code de Hamming 399
Code cyclique 401
Codes convolutifs 403
Procédure d’effacement et de substitution
Extension des procédures de détection
405
et correction d’erreurs par blocs 406
8.3.4 Entrelacement 406
8.3.5 Interpolation 408
Interpolation linéaire 408
Interpolation et entrelacement initial 409
8.4 Traitement du signal numérique 410
8.4.1 Module de retard 410
Organisation d’une mémoire 410
Taille d’une mémoire 412
Les différents types de mémoire 412
8.4.2 Filtrage numérique 413
8.4.3 La console de production numérique 416
8.5 « Compression » de l’information numérique 417
8.5.1 Débit numérique et capacité 417
XXI

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XXII
8.5.2 Techniques de réduction de débit du son 418
Méthodes différentielles 418
Méthodes perceptuelles 419
Méthodes paramétriques 424
8.6 Enregistrement et reproduction 424
8.6.1 Exemples de formats utilisés sur bande magnétique 425
Format « DASH » (3324 Sony)
Format « Prodigi » (X80, X800, X850 Mitsubishi,
426
DTR 900 Otari) 426
Format DAT 428
Format DCC 429
8.6.2 Exemples de formats utilisés
sur disque à gravure mécanique 429
Format CD 429
Format DVD 430
8.6.3 Enregistrement sur support informatique 430
8.6.4 Interconnexions numériques entre machines 431
8.6.5 Transmission numérique 432
Principes de la transmission 432
Exemples de formats de transmission 433
8.7 Bibliographie 434
ANNEXES – RAPPEL DE NOTIONS
DE MATHÉMATIQUES, PHYSIQUE, MÉCANIQUE
A.1 Rappel de quelques définitions 435
A.1.1 Fonctions Dérivées - Moyennes 435
A.1.2 Scalaires - Vecteurs - Tenseurs 437
A.1.3 Quelques fonctions utiles en acoustique 438
A.1.4 Rapport des deux vecteurs - Nombre complexe 443
A.2 Grandeurs physiques - Unités 445
A.2.1 Unités fondamentales 445
A.2.2 Unité dérivées 445
A.2.3 Équation de dimension 447
A.3 Transformation de Fourier - Analyse fréquentielle 447
A.4 Mouvements vibratoires :
l’oscillateur élémentaire à un degré de liberté 449
A.4.1 Oscillateur libre 449
A.4.2 Force appliquée - Oscillations forcées 451
A.4.3 Énergies cinétique et potentielle 454
A.4.4 Les régimes transitoires 454
INDEX 457

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Avant-propos
Nous avons initié ce projet voici plus de vingt ans et cependant nous avons
toujours le même plaisir à offrir au lecteur toute la matière première utile pour
travailler dans le son professionnel. Oh, bien entendu des choses ont changé
depuis et des mots comme « numérique » ou encore « informatique » ont pris
leur place dans le vocabulaire du technicien. Les changements considérables en
terme d’apprentissage, de découverte de nouvelles techniques, d’adaptation aux
méthodes de travail… rendent encore plus indispensable ce recueil qui a toujours voulu
être le compagnon de voyage de celui ou celle qui se lance dans l’aventure du son.
Aussi cette quatrième édition est l’aboutissement d’un travail de relecture et
d’approfondissement que nous menons depuis plusieurs années avec l’équipe des
éditions Dunod. Nous avons longuement hésité sur le fait de barrer d’un trait tout
ce qui n’était plus dans les préoccupations du moment, ou bien encore les connaissances
qui semblaient désuètes puisque l’intérieur des machines nous est
aujourd’hui caché. Et finalement nous avons opté pour en garder l’essentiel afin de
mieux appréhender l’avenir. Nous pensons qu’il n’est pas utile de vouloir transformer
un preneur de son en informaticien, chacun sa tâche dans la meilleure
forme de complémentarité. Du reste il est important que le dialogue puisse s’établir
sur des bases qui soient bonnes. C’est ainsi que nous avons décidé de conserver
l’ensemble des chapitres lors de cette quatrième édition en les amendant des
nouveautés et en améliorant certains passages.
Ce tome 1 sur les notions fondamentales est le premier de la série de trois. Des
renvois permettent de replacer chaque notion en face des technologies et des
modes d’exploitation.
XXIII

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
XXIV
Les titres des chapitres du tome 2 sur la technologie sont les suivants : 1. Introduction
à la technologie numérique – 2. Les microphones – 3. Les enceintes acoustiques –
4. Les périphériques – 5. Les systèmes d’enregistrement – 6. La synchronisation –
7. Les sources électroniques et le MIDI.
Et les titres des chapitres du tome 3 sur l’exploitation sont : 1. La prise de son
stéréophonique – 2.Le studio multipiste – 3.Le disque – 4.La sonorisation –
5. Le théâtre – 6. La diffusion radiophonique – 7. Le film – 8. La télévision.
Que cet ouvrage continue à servir de référence dans les studios, les audits, sur les
plateaux de théâtre et de cinéma… dans les écoles et les stages de formation… en
France mais aussi partout dans le Monde.
C’est tout ce que nous souhaitons et ce pourquoi nous avons œuvré.
Bonne lecture, et bonne séance, bon spectacle… ou bon tournage !
Denis Mercier

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Chapitre 2
Les sources acoustiques
L’objet de ce chapitre est de faire le point sur la production sonore et le rayonnement
des sources musicales, et de fournir une approche de l’étude du timbre. L’étude de
la voix est traitée à part. Bien des questions restent en suspens, le domaine de
connaissances abordé ici étant encore en pleine évolution.
2.1 Les instruments de musique mécaniques.
Principe de fonctionnement et classe de timbre
2.1.1 Structures vibrantes et générateurs des instruments de musique
Tout instrument de musique est constitué fonctionnellement de deux parties :
• l’excitateur, auquel le musicien fournit de l’énergie,
• la structure vibrante (ou corps sonore), dont les déformations sont à l’origine
du champ acoustique rayonné (figure 2.1).
Dans les instruments à percussion, le musicien excite directement le corps sonore
par l’intermédiaire d’un marteau. La hauteur et le timbre du son produit dépendent
de la forme et de la nature du matériau percuté ainsi que de ceux du percuteur. On
rencontre de nombreux cas d’espèces : membranes élastiques (timbales), plaques
métalliques (cymbales), verges de bois ou de métal (vibraphone), cavités diverses…
Le son rayonné par un instrument à cordes provient principalement des déformations
de la caisse (table d’harmonie, fond, éclisses) et de la vibration de l’air enclos
45

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
46
dans le volume intérieur. La corde joue un rôle compliqué : mise en vibration par
le musicien au moyen d’un marteau (piano), d’un plectre (guitare) ou d’un archet
(violon), elle impose pratiquement à la caisse la fréquence des déformations. Dans
le cas des instruments à cordes frottées, l’oscillation étant périodiquement entretenue
par l’archet, le son produit est harmonique. Quant au timbre, il dépend de
tous les éléments de la chaîne de production : mode d’excitation, nature de la
corde, forme et matériau de la caisse.
Figure 2.1 — Mode de génération du son
dans les trois principaux groupes d’instruments de musique.
Les instruments à vent ont en commun le mode de rayonnement : ce sont les orifices
de cavités à l’intérieur desquelles l’air vibre à la fréquence perçue par l’auditeur. Cette
fréquence est le résultat de la coopération entre deux oscillateurs ayant chacun leurs
modes propres : l’excitateur et la cavité. L’excitateur est généralement dominant dans
les anches ; il impose sa fréquence au système (cuivres) ou interagit fortement avec
les modes propres du tuyau. Dans les flûtes, au contraire, c’est la cavité qui impose au
jet d’air sa fréquence d’oscillation. Le timbre de la source dépend à la fois du réglage
de l’excitateur responsable de la forme de variation du débit d’air et de la géométrie
interne de la cavité. Quant au timbre du son perçu par un auditeur, il est grandement
dépendant de la position de ce dernier par rapport à la source ainsi que des caractéristiques
acoustiques du lieu d’écoute.
Les structures vibrantes sont de deux sortes :
• des cavités aériennes, de forme quelconque (voix, sifflet), ou de tuyaux cylindriques,
coniques… percés ou non de trous latéraux (instr. à vent);

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
• des corps solides déformables, de matériaux et de formes diverses : caisses
de bois minces (instruments à cordes), membranes élastiques (tambours),
plaques ou verges (cloches, xylophones).
Les instruments se classent généralement dans l’une ou l’autre catégorie mais
certains utilisent les deux structures comme le vibraphone qui combine les lames
métalliques et des résonateurs. Le matériau des tuyaux, surtout s’il est mince
(saxophone), peut jouer un rôle non négligeable dans le rayonnement. La cavité
aérienne délimitée par la caisse de résonance (guitare) y contribue également par
son premier mode propre.
Figure 2.2 — Classification des instruments
selon le mode de production du son. Sur le plan acoustique
on distingue deux grandes classes selon que le son est impulsif (I) ou entretenu (II).
Les types d’excitateurs mécaniques sont également en nombre limité. Ils jouent un
rôle déterminant dans la reconnaissance de la source (voir timbre en 2.4).
L’apport d’énergie peut être :
• unique comme par exemple un choc, un pincement, une brusque compression
ou dépression et suivie d’une série d’oscillations plus ou moins rapidement
amorties (corde, air, métal),
• fournie périodiquement par synchronisation sur un des modes propres de
la structure vibrante : corde frottée (violon), jet d’air oscillant (flûtes) et tous
les systèmes d’anches : battante, libre, double, membraneuse.
Les instruments traditionnels sont une combinaison plus ou moins complexe de
ces divers éléments (figure 2.2).
47

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
48
2.1.2 Les deux classes acoustiques de sons instrumentaux
Aussi divers que soient les instruments de musique, on peut toujours les ramener
à l’une des trois catégories traditionnellement adoptée par les musiciens : les
vents, les cordes, les percussions. Il s’agit de trois classes de timbre à l’intérieur
desquelles on trouve des subdivisions selon le mode d’excitation employé.
Évidemment, toute classification porte en elle-même ses « exceptions », on
trouve des percussions parmi les cordes, le piano, et des sons entretenus dans les
percussions (cymbale jouée à l’archet par exemple).
En ordonnant les diverses familles musicales d’instruments selon des critères
acoustiques, on obtient le tableau 2.1.
On constate donc que selon leur mode d’excitation, les instruments se rangent dans
deux grandes classes de sons dont les caractéristiques peuvent être opposées :
I. Le son est produit
par une impulsion unique
– Spectre inharmonique, ± continu.
– Front d’attaque bref accompagné
de bruits plus ou moins importants.
– L’extinction succède immédiatement
à l’attaque, elle « est » le son.
– Cordes pincées et frappées;
toutes les percussions.
Tableau 2.1
II. Le son est produit
par une succession d’impulsions
répétées périodiquement
– Spectre harmonique.
– Attaque relativement douce à très douce.
– Extinction brève intervenant dès
que cesse l’entretien.
– Tous les « Vents », y compris la voix
et les cordes frottées.
Les systèmes excités par une seule impulsion, classe I, transforment l’énergie cinétique
qui leur a été communiquée en énergie vibratoire acoustique par le moyen des
déformations des plaques qui les constituent; celles-ci entraînent également la vibration
des cavités aériennes qu’elles délimitent (caisses des tambours, des instruments
à cordes).
Les systèmes alimentés par une source d’énergie continue comme le courant d’air
ou le frottement de l’archet classe II, transforment celle-ci en énergie vibratoire dès
le système excitateur : archet + corde ou « robinet » périodique de l’anche ou du jet
d’air. Aux principaux types de sons instrumentaux et vocaux on peut faire correspondre
une typologie sonagraphique élémentaire volontairement schématique
(paragraphe 2.1.3).
Le sonagramme fournit une représentation visuelle de l’évolution temporelle du
spectre acoustique. Le temps est en abscisse, la fréquence en ordonnée : l’intensité est
figurée par la noirceur et par l’épaisseur des traits. L’intérêt essentiel du sonagramme

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
est qu’il donne rapidement, sous une forme condensée et facilement interprétable
une grande quantité d’informations raccordables avec les données perceptives. Son
emploi est particulièrement bien adapté à l’étude du timbre et à l’analyse de la parole,
domaines où l’information est contenue dans les formes acoustiques temporelles
pour lesquelles sa représentation est bien adaptée. Dans la phase exploratrice d’une
étude, le sonagramme fournit des informations globales sur le son qui permettent de
prévoir des analyses plus ponctuelles en connaissance de cause.
2.1.3 Quelques sons instrumentaux typiques
La figure 2.3 nous donne l’image sonagraphique de sons instrumentaux représentatifs
des principales catégories mentionnées dans les tableaux.
On identifie instantanément les composantes du spectre figurées par des traits
horizontaux, équidistants lorsqu’il s’agit d’harmoniques (classe II) et les bruits
représentés par des nuages de points diffus pour les bruits d’écoulement ou de
souffle, ou condensés dans un trait vertical pour les bruits de percussion.
Figure 2.3 — Représentation schématique de l’image sonagraphique
de quelques sons types. En haut, sons harmoniques (classe II). La hauteur d’un son
harmonique est donnée sur un sonagramme en échelle linéaire par l’équidistance des raies
spectrales. Le nombre des raies, leurs intensités relatives, traduites par la noirceur
et la largeur des traits contribuent à la sonorité. Les phénomènes rapides se produisant
au début des sons (flûte, cor, violon) contribuent grandement à la reconnaissance du timbre.
En bas, sons inharmoniques (classe I). Tous montrent un transitoire d’attaque bref
(trait vertical) et « bruyant ». On reconnaît instantanément les sons quasi-harmoniques
de hauteur bien définie (guitare, piano) ou les bruits colorés (cymbales, tambour).
Il est bien entendu que ces exemples fortement schématisés montrent, comme le
fait une caricature, les caractéristiques saillantes de chaque catégorie de son, mais
49

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
50
que la réalité est autrement complexe et nuancée ; les diverses notes d’un instrument
n’étant pas, comme on l’a souvent pratiqué en synthèse, la simple transposition
du grave à l’aigu de la même forme spectrale.
Figure 2.4 — Analyse spectrographique d’une gamme chromatique
jouée sur quatre instruments. Ce type de document illustre avec beaucoup d’évidence
la notion de « famille » de timbre. Bien que les sons successifs d’un instrument donné soient tous
différents, l’ensemble montre une homogénéité caractéristique de chaque source instrumentale.
On remarque le clavecin pour la richesse du contenu spectral, aussi bien dans le grave que dans
l’aigu, et pour la continuité des zones de réjection dues au point de pincement (zones blanches
sur la figure). Le spectre des instruments à vent se transforme en fonction de la tessiture :
voir les raies de souffle entre les harmoniques de la flûte, dès le Ré4 et surtout après le Ré5,
et le renforcement des harmoniques pairs de la clarinette dès le La3. Les traits
verticaux parasites correspondent aux bruits de clés !
Note : les noms de notes indiqués correspondent aux hauteurs réelles.

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2.2 Dynamique
CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
2.2.1 L’oreille et les dB : le crescendo instrumental
La variation d’intensité des sons purs se mesure en dB. Faire un « crescendo » avec
une sinusoïde c’est tourner le potentiomètre du générateur.
Avec les sons instrumentaux et vocaux, les choses se compliquent. On sait que
l’oreille ne réagit pas de la même façon aux variations d’intensité dans le grave, dans
le médium et dans l’aigu (voir chapitre 4 « La perception auditive »). Or, les sons
instrumentaux sont pour la plupart riches en harmoniques. La variation dynamique
d’un son, par exemple un crescendo, n’est pas un simple grossissement du son, mais
correspond à un enrichissement du spectre dans la « zone sensible » de l’oreille aux
environs de 3 000 Hz. Pendant le crescendo, le fondamental, aura pu conserver la
même intensité ou même s’affaiblir. Un crescendo instrumental efficace à l’oreille ne
se traduit donc pas toujours par une importante déviation de l’aiguille du Vu-mètre.
Sur la figure 2.5, on a représenté en a) l’analyse d’un son émis dans la nuance
« piano » puis « forte » avec un spectre semblable, et en b) celle d’un son réel instrumental
joué « piano » puis « forte ». On peut facilement trouver des cas semblables à
b), où le son, fort pour l’oreille, ne provoque qu’une faible déviation de l’aiguille. C’est
lors d’un crescendo que ce phénomène devient très caractéristique (figure 2.6). Les
importantes transformations du spectre avec l’augmentation d’amplitude de l’excitation
s’expliquent par le comportement non linéaire des instruments de musique.
Figure 2.5 — Changement d’intensité et variation spectrale.
a) Un son synthétique joué faible puis plus fort par variation du niveau de sortie :
le spectre reste semblable mais toutes les composantes sont plus intenses;
b) même changement dynamique avec un son instrumental :
le spectre s’est enrichi dans la zone de fréquence où l’oreille est la plus sensible.
On voit donc que la lecture du Vu-mètre renseigne sur la variation d’intensité électrique
produite lors du crescendo mais pas sur l’effet perçu qui est ici le même dans les deux cas.
51

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
52
Figure 2.6 — Le crescendo instrumental.
Un crescendo sur une note tenue de trompette est caractérisé
par un considérable enrichissement du spectre en composantes aiguës
et plus particulièrement dans la zone comprise entre 1 500 et 3 000 Hz.
Au piano le crescendo produit également un important enrichissement du spectre
accompagné d’une forte augmentation des bruits de percussion dans le grave et le médium.
2.2.2 Sons impulsifs
L'intensité des sons impulsifs – instruments à percussion ou bruits divers (marteau
piqueur…) – est difficilement mesurable et analysable. De plus, on connaît mal les
réactions de l’oreille à de tels sons. La prévisibilité joue un grand rôle dans l’appréciation
de leur intensité et les variations individuelles sont grandes.
C’est donc un problème difficile pour le preneur de son. Il doit connaître les limites
techniques de son appareillage pour éviter la saturation et par ailleurs estimer
correctement l’effet perceptif en vue d’un bon équilibre.
2.2.3 La gamme dynamique de quelques instruments
Le comportement dynamique des instruments de musique a fait l’objet de peu
d’études. On trouve généralement quelques chiffres indiquant le « maximum »
en dB de certains instruments. C’est bien insuffisant.
Les questions importantes sont :
• Comment varie l’intensité maximum d’un instrument, du grave à l’aigu ?

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
• Quel est l’écart le plus grand possible entre les sons fortissimo (ff) et les sons
pianissimo (pp) ?
L’étude de Blake et Patterson, menée en 1974, donne des éléments très intéressants
(figure 2.7). Des instruments présentés, le plus intense est sans conteste la
trompette, le plus faible, la flûte dans le grave. On constate que tous les instruments
à vent ont une courbe du maximum d’intensité qui croît avec la
fréquence, mais celui dont la pente est la plus forte est la flûte (instrument à
grand débit d’air). La courbe inverse de la contrebasse s’explique par la nécessité
de produire un son très intense dans les basses fréquences où l’oreille est peu
sensible, et par la possibilité qu’a l’instrumentiste de « timbrer » les notes aiguës
(250 Hz) en jouant près du chevalet. Enfin, l’écart entre les deux limites, pp et ff,
renseigne sur la dynamique en dB de l’instrument, et la variation de cette
dynamique avec la fréquence.
Figure 2.7 — Étendue dynamique de quelques instruments
d’après Blake et Patterson. De tels diagrammes renseignent sur les intensités relatives
des instruments et sur la variation de chacun d’eux en fonction de la tessiture.
53

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
54
2.3 Rayonnement des sources acoustiques
Les ouvrages d’acoustique consacrés aux instruments de musique se donnaient
principalement pour tâche, jusqu’à une époque récente, d’expliquer le fonctionnement
des cordes vibrantes, des tuyaux, des plaques, sans envisager de façon
concrète la façon dont les diverses parties vibrantes émettent dans l’air environnant.
Nous ne donnons ici que les grands principes. Pour plus de détail
on pourra consulter avec profit l’ouvrage édité récemment par A. Chaigne et
J. Kergomard [4].
De l’énergie totale communiquée à l’instrument, la plus grande partie est dépensée
pour l’entretien des vibrations ou perdue en frottements visco-thermiques. Une faible
partie seulement est transformée en énergie vibratoire aérienne. Le rendement
acoustique des instruments à vent est particulièrement mauvais : de l’ordre de 2 %
à 5% de l’énergie fournie.
2.3.1 Données physiques sur le rayonnement des sources en champ libre
Une source petite devant la longueur d’onde, peut être considérée comme ponctuelle.
Son rayonnement est omnidirectionnel et l’intensité décroît en fonction
du carré de la distance.
Une flûte bouchée (bourdon) en est un bon exemple. L’expérience montre que le
signal acoustique recueilli en divers points de l’espace est identique à celui de la
source, compte tenu des corrections de phase et du réajustement de l’amplitude
pour compenser l’éloignement (figure 2.8a).
Figure 2.8 — Signal temporel capté simultanément
en deux points de l’espace (champ libre) d’après F. Wu.
a) Source ponctuelle : tuyau à bouche émettant par un seul orifice.
Le signal est semblable aux deux points considérés, à un facteur près
pour l’amplitude et avec un décalage temporel dû à la propagation.
b) Deux sources ponctuelles : tuyau à bouche à deux orifices.
À distance, le signal est réduit en amplitude dans les mêmes proportions
que précédemment mais la forme de la période est différente de celle de la source.

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
Deux sources ponctuelles donnent lieu à un champ d’interférences encore assez
simple. Le signal acoustique est alors extrêmement variable d’un point à l’autre de
l’espace : le champ acoustique environnant la source est hétérogène (figure 2.8b).
2.3.2 Données sur les modes vibratoires des tuyaux,
et des plaques et membranes
Tuyaux et résonateurs
Les phénomènes vibratoires qui s’établissent dans les tuyaux et cavités sonores
contribuent essentiellement à l’entretien du système excitateur. Aux basses fréquences,
la majeure partie de l’énergie est réfléchie sur l’embouchure; au fur et à mesure
que la fréquence fondamentale s’élève, une proportion croissante est rayonnée par
l’instrument. La figure 2.9 montre l’analyse au sonagraphe d’une séquence jouée à
la flûte à bec. Le signal sonore est enregistré simultanément dans le tuyau au
moyen d’un très petit microphone inséré dans la paroi intérieure de l’instrument
(a) et capté par un microphone extérieur, à 40 cm de l’instrument (b). Par
comparaison des deux analyses on note le nombre et l’importance des harmoniques
aigus ainsi que l’affaiblissement du fondamental dans le son extérieur.
Les points d’émission sont les ouvertures du tuyau sur l’extérieur : trous latéraux,
pavillon, embouchure de la flûte.
Figure 2.9 — Analyse au sonagraphe du son recueilli simultanément
à l’extérieur et à l’intérieur d’une flûte à bec. On voit qu’à l’intérieur du tuyau l’énergie est
essentiellement concentrée dans les basses fréquences. L’emploi d’un microphone dans cette
position pour « sonoriser » la flûte à bec ne peut évidemment pas donner de bons résultats !
55

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
56
La vibration des parois est très faible, et, sauf exception, (certains pavillons de
trompe de chasse et de trombone), sa contribution au rayonnement est tout à
fait négligeable. Pour un preneur de son, le cas le plus simple est celui des instruments
à un seul orifice : bourdon, flûte de pan, les cuivres (trompette, trombone,
cor, tuba) et voix humaine. Cette dernière présente toutefois une difficulté
supplémentaire puisque l’orifice de sortie est variable dans le temps, en forme et
en section ! (figure 2.24).
Dès que deux orifices et plus sont ouverts, la question des phases relatives des sources
est à considérer. Il n’est pas possible ici de rentrer dans le détail d’autant que les
rapports de phase varient avec le régime de fonctionnement du tuyau (fondamental,
octave…). Mais il faut savoir qu’il existe de très grandes variations le long de
l’axe du tuyau, surtout si l’on est très près des trous ouverts.
La notion de « fréquence de coupure » mise en évidence par Benade [1] peut apporter
d’intéressants renseignements aux preneurs de son. Prenons l’exemple d’un tuyau
conique. Le relevé de la courbe d’impédance à l’entrée du tuyau montre (figure 2.10)
Figure 2.10 — Courbe d’impédance d’un tuyau conique
et fréquence de coupure d’après A.-H. Benade.
Les basses fréquences du spectre, correspondant aux pics de la courbe d’impédance,
se réfléchissent à l’intérieur du tuyau au niveau des trous ouverts les plus proches
de l’excitateur. On peut les capter en A. En B, la série des trous ouverts
se comportant comme un filtre, on ne capte plus, pratiquement,
que les fréquences du spectre supérieures à la fréquence de coupure.
une série de pics de résonance dont la hauteur et la position sont caractéristiques
de la géométrie de ce tuyau. Ils sont en nombre limité. Un tuyau percé de trous se
comporte comme un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure varie avec le
nombre de trous ouverts. Très près du tuyau le champ acoustique rayonné par
l’instrument est extrêmement variable avec la fréquence émise. Ce phénomène est

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
surtout sensible avec les instruments à anches dont le spectre comporte un grand
nombre de composantes. Pour les flûtes, il est perçu au travers des variations
d’intensité du fondamental.
Plaques et membranes
On connaît depuis Chladni (1840) les modes vibratoires des plaques de formes
simples (figure 2.11). La recherche bénéficie aujourd’hui de visualisations obtenues
par interférométrie holographique (figure 2.12) et de la modélisation par la méthode
des éléments finis. Toutefois, les conditions d’excitation sont fort éloignées de la
réalité du jeu instrumental. Des recherches ont été faites récemment sur le violon
et sur la guitare [4]. Les déformées obtenues par holographie font apparaître un
grand nombre de lignes nodales en hautes fréquences (> 800 Hz) suggérant un
rayonnement multipolaire s’atténuant très vite avec la distance et très peu efficace
dans un axe perpendiculaire à la table, or la guitare émet bien jusqu’à 2 500 Hz
au moins !
Figure 2.11 — Mise en évidence des modes propres de la membrane
d’une timbale par la méthode de Chladni d’après Th. Rossing*.
Une poudre fine ayant été répandue sur la membrane on excite celle-ci
à toutes les fréquences du spectre. Pour certaines fréquences la poudre
se concentre en lignes nodales circulaires ou diamétrales où la vibration est quasi nulle.
À chaque mode propre correspond une fréquence de résonance de la peau que l’on pourra,
ou non, retrouver dans le spectre de l’instrument, selon l’endroit où il est percuté.
* (Pour la Science – Janvier 1983).
57

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
58
Des expériences récentes ont montré que le nombre de sources émettrices est relativement
réduit. Ces études sont encore bien parcellaires. Pour comprendre les
phénomènes, il faudrait relier avec certitude le champ acoustique aux déformées
modales.
Le volume d’air contenu dans la caisse de résonance joue également un rôle important.
Son couplage avec les premiers modes de la table a été bien étudié.
On retrouve la fréquence fondamentale de cette résonance dans le spectre du son
impulsif, au moment de l’attaque de la guitare et dans les pizzicati des cordes.
Figure 2.12 — Modes propres d’un fond de violon visualisés
par la méthode de Chladni (à gauche) et par interférographie laser,
d’après C. Hutchins. Cette technique, plus délicate à mettre en œuvre,
est plus sensible et plus complète que celle de Chladni.
Elle indique l’ampleur des mouvements dans les zones antinodales
par les lignes minces et sombres des franges d’interférence.
Un des problèmes majeurs rencontrés dans l’étude des instruments à cordes est celui
des dimensions de la source devant la longueur d’onde. C’est pourquoi les études se
limitent généralement aux basses fréquences. Jusque vers 250 Hz (λ = 1,30 m) une
guitare ou un violon peuvent être assimilés à un monopole, mais qu’en est-il d’un
piano ou d’un clavecin ? L’essentiel de l’énergie aux basses fréquences est, dans la
guitare, rayonné par la rose. Plus haut, jusqu’à 1 000 Hz, la table intervient mais la
rose continue à avoir une part active. Au-dessus de 1 000 Hz (λ=34 cm) les conditions
expérimentales deviennent trop critiques.
Les recherches théoriques effectuées sur les tuyaux et sur les plaques demandent de
grandes compétences mais pour l’heure n’apportent que des connaissances très
fragmentaires sur le rayonnement des instruments de musique. Voyons ce que l’on
peut espérer d’une approche plus globale du problème.

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
2.3.3 Les méthodes d’études globales de la directionnalité
Il s’agit d’explorer l’espace environnant l’instrument aux différentes fréquences émises
par celui-ci. Immédiatement, divers choix sont à faire pour définir les conditions
expérimentales :
• Enregistrement en champ libre (anéchoïque) ou en salle réelle ?
• À quelle distance de l’instrument doit-on faire les mesures ?
• Quelle surface d’exploration va-t-on choisir ? La surface d’une sphère centrée
sur l’instrument ou certains plans de coupe ?
• Faut-il faire jouer l’instrument par un musicien, le remplacer par un excitateur
normalisé (archet automatique, soufflerie), ou encore utiliser une source
d’excitation électroacoustique ? Dans le premier cas, les mesures sont tributaires
du mode de jeu de l’instrumentiste mais dans les deux autres, on
s’écarte notablement de la réalité… musicale, en particulier le rôle absorbant
du corps de l’instrumentiste n’est plus pris en compte.
Figure 2.13 — Étude de la directionnalité du violon
dans le plan horizontal passant par le chevalet de l’instrument d’après J. Meyer.
Pour chaque fréquence, on ne représente que les contributions
situées dans un intervalle de 3 dB au-dessous du maximum détecté
pour cette fréquence. Schématiquement, on observe un rayonnement
omnidirectionnel, jusqu’à 500 Hz, puis une prédominance de la zone
du chevalet (0°) entre 550 et 1 500 Hz. De 2 000 à 5 000 Hz
on constate de nombreux pics très variables avec la fréquence.
59

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
60
Une étude exhaustive conduirait à une quantité de données beaucoup trop considérable
pour être traitée efficacement. Les résultats sont soit schématisés soit traités
de façon qualitative.
J. Meyer [13] a procédé à une étude systématique des caractéristiques directionnelles
des instruments de l’orchestre dans les conditions suivantes : l’instrument excité
de façon sinusoïdale par un dispositif électroacoustique est placé sur une table
tournante dans une chambre anéchoïque. Les résultats sont donnés sous forme de
diagrammes polaires relevés dans certains plans privilégiés (plan passant par le
chevalet, axe du tuyau…) et pour certaines fréquences choisies.
Les figures 2.13 et 2.14 montrent les diagrammes obtenus par le violon d’une part,
la trompette, le trombone et le tuba d’autre part.
Figure 2.14 — Diagrammes de rayonnement de 3 instruments
à embouchure d’après J. Meyer. Il s’agit d’instruments dont la source d’émission,
le pavillon, est unique et à symétrie de révolution. La figure indique
l’angle d’ouverture de la zone d’émission, l’axe du pavillon étant pris
comme origine (0°). On lit qu’aux très hautes fréquences,
10 kHz par exemple, les 3 instruments sont très directionnels
(angle d’émission inférieur à 30°). De même que pour la figure précédente,
l’étude ne retient que les contributions situées dans l’intervalle 0, – 3 dB.
Violon : À partir des diagrammes polaires faits pour chaque fréquence, n’ont été retenues
que les zones rayonnant dans un intervalle de 3 dB au-dessous du maximum.
Ces zones sont alors portées en coordonnées rectangulaires. L’ordonnée représente
la probabilité d’apparition des zones, à partir d’une étude faite sur huit violons
différents.

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
Trompette et trombone : Ce type d’instrument étant symétrique autour de son axe
de révolution, le graphique montre, pour chaque fréquence, l’angle d’ouverture de
la source de rayonnement issu du pavillon.
Tuba : On constate que dans la zone 100 à 400 Hz, le tuba reste plus directif que
le trombone, dans l’axe du pavillon.
Garcia [9] et Thfoin ont mené une expérience exploratoire sur la directionnalité
de quelques instruments. Les enregistrements ont été également faits en chambre
sourde mais tous les instruments étaient joués normalement par leurs interprètes
auxquels on demandait des extraits caractéristiques de musique. Le dispositif
d’enregistrement est le suivant : 9 microphones placés sur une sphère de 2 m de
rayon ayant pour centre l’instrument et disposés dans deux plans parallèles horizontaux
(figure 2.15) envoient leurs signaux à un magnétophone multipiste. Pour
chaque piste, il est ensuite fait une analyse en 1/3 d’octave du son moyenné sur
plusieurs dizaines de secondes. On obtient le spectre moyen de l’instrument « vu »
depuis neuf points de l’espace. Le micro 1 est toujours dirigé face à l’instrumentiste.
On trouve une confirmation de résultats connus et quelques éléments nouveaux :
Violon : Le spectre est très homogène aux basses fréquences, même dans le dos
de l’instrumentiste (no 3), à partir de 500 Hz, on remarque d’importantes variations
selon les positions; observer le renforcement de la zone 500 à 1 500 Hz
dans l’axe du manche (no 8).
Trombone : Rayonnement très homogène avec une nette prédominance dans
l’axe du pavillon (n o 1).
Flûte traversière : Les relevés montrent très bien la très grande variabilité du
champ sonore, caractère qui est commun à tous les instruments à trous latéraux :
les maxima du spectre changent selon l’angle du micro. Une surprise : le signal le
plus intense est fourni par le micro placé au zénith (n o 9) vers lequel sont orientés
la plupart des trous latéraux.
Il faudrait maintenant réintroduire le local d’écoute, en particulier le rôle des
parois : plancher pour la clarinette et le hautbois, mur du fond pour le cor, plafond
pour la flûte. De plus, l’image acoustique d’un instrument donné par l’enregistrement
en chambre anéchoïque est très insatisfaisante à l’écoute. L’angle d’écoute est
extrêmement sélectif, ce qui n’est jamais le cas dans la réalité où grâce aux réflexions
provenant des parois (latérales, arrière, plafond) nous pouvons reconstituer l’image
acoustique complète de l’instrument, en « volume ».
En conclusion, l’image sonore d’un instrument peut varier énormément d’un point
à l’autre de l’espace. Ce point est capital : l’instrumentiste a un point de vue tout à
fait original, fort différent de celui des auditeurs, et différent également de celui du
61

LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
62
.125 .250 .500 1 2 4
Figure 2.15 — Étude comparée de la directionnalité du violon, du trombone et de la flûte en 9 points de l’espace, d’après Garcia.
L’étude porte sur des extraits musicaux joués en chambre sourde. Tous les points d’enregistrement sont situés à la surface d’une sphère
de 2 m de diamètre dont l’instrumentiste est le centre. 1, 2, 3, 4 sont dans un plan horizontal passant par l’instrument, 5, 6, 7, 8 définissent
un second plan horizontal situé à 1 m du premier; 9 est dans l’axe vertical passant par la tête du musicien, à 2 m du premier plan.

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CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES
preneur de son. Ceci explique les réactions déroutantes d’instrumentistes (et surtout
des chanteurs) à l’écoute de leur premier enregistrement.
Ajoutons que les musiciens qui tiennent en main leurs instruments bougent en
jouant, produisant ainsi des changements de direction dans le rayonnement
sonore, ce qui contribue à augmenter la complexité du champ acoustique. Une
question se pose alors : qu’est-ce qui, dans le signal acoustique variable, nous
permet de reconnaître la source sonore et d’en apprécier ses qualités ? En d’autres
termes, qu’est-ce que le timbre d’un instrument, et quelles analyses permettent
d’en rendre compte ?
2.4 Timbre des sources
2.4.1 Définitions : timbre causal et couleur sonore
Le mot « timbre » est d’usage courant. Mais lorsqu’on parle du timbre d’un orchestre,
du timbre d’une voix ou du timbre particulier de telle note de trombone, ce
terme est employé dans des sens fort différents. Aujourd’hui encore l’étude du
timbre pose d’énormes problèmes aux acousticiens car l’apparente simplicité du
mot recouvre des mécanismes perceptifs complexes mettant en jeu la mémoire,
nos capacités à catégoriser et à extraire des formes au travers de la variabilité du
monde physique [3].
Le premier aspect du timbre se rapport à l’écoute « causale », celle que nous mettons
en jeu à tout instant pour identifier les sons de notre environnement, reconnaître les
« formes sonores ». Notre apprentissage du monde sonore consiste dans l’élaboration
de catégories de sources. Pour chacune d’elles nous associons le déroulement
temporel de la séquence sonore perçue à la combinaison d’un type d’excitation et
d’une structure vibrante de nature particulière. Bien que les sons se présentent
chaque fois de façon différente, nous reconnaissons rapidement une voix d’enfant,
un cri d’oiseau, un grincement de porte, et à l’orchestre, les sons du piano, de la
flûte, du xylophone, etc.
Le deuxième aspect du timbre concerne notre capacité à apprécier, pour les sons
provenant d’une même catégorie de sources, les fines variations possibles du mode de
production, de la durée ou du contenu spectral. Nous dirons que tel piano a un son
moelleux et rond ou encore que tel trombone est plus éclatant qu’un autre. C’est
cette capacité d’écoute des qualités des sons d’une classe donnée qui est développée
au plus haut point en musique, et à laquelle on se réfère implicitement lorsqu’on
parle de timbre. Nous préférons employer les termes « couleur sonore » ou sonorité.
Le preneur de sons se doit de développer d’exceptionnelles capacités de discrimination
et de mémorisation des sonorités pour son travail.
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Collectif d’auteurs
sous la direction de Denis Mercier
LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON
Tome 1 – Notions fondamentales
Le livre des techniques du son est un ouvrage interdisciplinaire qui réalise
une synthèse de toutes les connaissances portant sur le son. Les notions
fondamentales de physique, d’électroacoustique, d’acoustique, d’électronique,
de perception auditive, de traitement du signal, ainsi que la technologie
audiofréquence et les méthodes d’exploitation sont développées par
les plus éminents professionnels, chacun dans leur spécialisation.
Ce manuel, largement illustré, riche de renseignements et de méthodes, est
devenu au fil des années le livre de référence des professionnels du son et
l’outil indispensable des étudiants des écoles de formation audiovisuelle.
Le livre des techniques du son apporte les réponses à tous ceux pour qui
le son est un moyen d’expression de la créativité et de la communication.
Enrichie, mise à jour, cette 4e édition du premier tome, Notions fondamentales,
est suivie de deux autres volumes consacrés respectivement à La technologie
et à L’exploitation.
Sommaire :
Acoustique fondamentale, de P. Bourcet et P. Liénard • Les sources acoustiques,
de M. Castellengo • Acoustique architecturale, de É. Vivié et M. Cassan
• La perception auditive, de M. Kitantou • Le signal, de J. Foret • Notions
fondamentales de l’électricité, de J. Tolza • L’enregistrement magnétique,
de J. Fournet et M. Calmet • La technologie audionumérique, de A. Fromentel
6699862
ISBN 978-2-10-054919-1 www.dunod.com
4 e édition
DENIS MERCIER
Preneur de son,
réalisateur sonore sur
des productions
disques, films,
spectacles, etc.,
Denis Mercier enseigne
à l’ESAV de Marrakech.
Il a aussi été
responsable des stages
« son » de formation
continue à Auvigraph,
École Nationale
Louis Lumière.