Le timbre (II) - Les bases de l'acoustique : le timbre (II)

Nous allons appro­fon­dir cette analyse en nous préoc­cu­pant à présent des influences que peuvent appor­ter les varia­tions d’autres para­mètres tels l’in­ten­sité, la durée et l’es­pace sur la percep­tion timbrale. En effet, ces variables ne sont pas « étanches » les unes par rapport aux autres : le fait même d’en modi­fier une, se réper­cute sur l’autre soit de façon réelle c’est-à-dire évaluable physique­ment ou subjec­tive c’est-à-dire percep­tible à l’oreille donc à travers le déco­dage du cerveau. La percep­tion timbrale dans son ensemble relève en effet de la somme de toutes ces quan­ti­tés psychoa­cous­tiques que va évaluer et rassem­bler notre cerveau.

L’ef­fet Stevens

L’ex­pé­rience porte sur des sons simples donc sinu­soï­daux. Sur une fréquence donnée et physique­ment constante, par exemple 5000 Hz on augmente l’in­ten­sité en la faisant varier par exemple de 40 à 90 dB. L’au­di­teur croit en toute bonne foi avoir entendu monter le son dans l’aigu. Et cela envi­ron de 40 Savarts c’est-à-dire presque un ton (un ton « tempéré » = 50 Savarts) Il s’agit là en effet d’une varia­tion virtuelle de la hauteur, qui ne relève que de la percep­tion humaine et non pas d’un appa­reil de mesure. Pour des fréquences infé­rieures à 1000 Hz, c’est l’in­verse. On va avoir l’im­pres­sion que le son plonge dans le grave lorsqu’on augmente son inten­sité. ( Voir schéma 1) Cela se nomme l’ef­fet Stevens.

Consé­quences de l’ef­fet Stevens

Une varia­tion réelle de l’in­ten­sité sur les compo­santes du spectre entraîne une varia­tion subjec­tive du timbre.

Dans le cas d’un signal complexe donc pour la majo­rité des sons qui nous entourent, lors d’une varia­tion progres­sive de l’in­ten­sité d’un son, chaque compo­sante va vivre indi­vi­duel­le­ment son propre effet Stevens. On peut alors imagi­ner comment notre oreille peut perce­voir de manière « déca­lées » les compo­santes du spectre lors par exemple d’un cres­cendo à la trom­pette. Peut-on encore parler de spectre harmo­nique si certaines fréquences un peu taquines se mettent à nous faire croire qu’elles sont un peu plus hautes ou plus basses que la réalité ? Il y a donc bien au niveau de notre oreille, une sensa­tion d’évo­lu­tion timbrale lorsque l’in­ten­sité augmente.

Il est facile d’en déduire que tout signal complexe assujetti à une varia­tion d’in­ten­sité va voir la percep­tion de son spectre donc de son timbre altéré.

Rôle des formants

Nous avons vu au cours de la première séquence, qu’un formant est une fréquence du spectre dont l’éner­gie est parti­cu­liè­re­ment plus forte. Certains instru­men­tistes à vent et les chan­teurs clas­siques utilisent ce fait pour gagner en puis­sance (où du moins pour vous en donner le senti­ment) sans réel­le­ment four­nir plus d’éner­gie. Effort que tech­nique­ment ils seraient bien en peine de four­nir… à moins d’y lais­ser leurs poumons !

Comment l’illu­sion s’opère-t-elle ? Et bien c’est un peu le coup du Kilo de plumes et du Kilo de plombs… lequel est le plus lourd ? L’ins­tru­men­tiste va travailler sur le timbre pour vous faire croire qu’il augmente l’in­ten­sité. Il va grâce à sa tech­nique, répar­tir diffé­rem­ment l’éner­gie dans le spectre, en la concen­trant plus parti­cu­liè­re­ment autour de 3000 Hz, là où l’oreille est très sensible et réagit aux plus faibles inten­si­tés. Le son est perçu plus fort par l’au­di­teur alors qu’en console, on peut ne consta­ter qu’un faible écart au vumètre.

Modi­fi­ca­tion réelle du timbre et sensa­tion de varia­tion de hauteur

Lorsqu’il y a filtrage d’une partie du spectre, ce qui peut être le cas sur scène à cause d’un décor, d’un pendrillon ou tout autre obstacle, on peut avoir la très désa­gréable impres­sion que le musi­cien joue faux : un peu trop haut ou un peu trop bas. Ce phéno­mène est dû à l’ab­sorp­tion par le maté­riau, d’une bande de fréquence du spectre. Ce « trou » dans le timbre peut être suffi­sant pour nous faire croire que la hauteur varie.

Cet effet se constate dans le cas de sons « sépa­rés » ce qui est le cas de la musique en géné­ral !
Il sera encore plus sensible si le spectre de l’ins­tru­ment n’est pas ou peu harmo­nique : par exemple, sons appa­ren­tés aux cloches ou le cas du xylo­phone.

Ce phéno­mène n’opère pas dans le cas d’un son harmo­nique émis en continu. La mémoire conser­vera la « trace » de l’es­pace entre les harmo­niques et la justesse sera conser­vée. Seules les modi­fi­ca­tions du timbre dues au filtrage seront perçues.

Timbre et durée : le rôle des tran­si­toires

L’at­taque

Nous consa­cre­rons un chapitre sur le para­mètre de la durée où la notion de courbe d’en­ve­loppe sera abor­dée. Mais dans le cas présent, il est diffi­cile de ne pas évoquer la notion d’évo­lu­tion du timbre dans le temps et de ne pas souli­gner au moins l’im­por­tance de la nature de l’at­taque dans la déter­mi­na­tion du spectre qui va suivre.

Chacun sait que l’ou­til choisi pour mettre en vibra­tion le corps sonore libère ou non un certain nombre de compo­santes. Une cymbale « attaquée » à l’ar­chet ou au ballet ne sonnera pas de la même façon. L’un comme l’autre libè­rera au niveau du spectre des éléments diffé­rents.

Le sustain

Seul un synthé­ti­seur est capable de déli­vrer un signal parfai­te­ment stable en timbre dans la durée. C’est d’ailleurs ce que l’on reproche fréquem­ment aux « samples » utili­sés dans nos machines et qui donnent parfois aux sons imita­tifs un manque de relief… Dans le cadre de l’ins­tru­ment acous­tique, le timbre évoluera constam­ment, avec un degré d’im­pré­vi­si­bi­lité lié à la dimen­sion humaine et physique des tech­niques de jeu.

Le release ou tran­si­toire d’ex­tinc­tion

L’es­pace de propa­ga­tion dans lequel le son est « capté » ainsi que le lieu d’écoute modi­fient le timbre. Nous abor­de­rons plusieurs sujets rela­tifs au problème de l’acous­tique archi­tec­tu­rale dans nos dossiers. Dans le cas présent, nous consta­te­rons en premier lieu le fait que la réver­bé­ra­tion de l’es­pace de propa­ga­tion modi­fie le release et retarde ou abrège ( dans le cas d’un espace parti­cu­liè­re­ment mat comme une chambre anéchoïde) le temps de dispa­ri­tion des compo­santes. Le timbre se trouve de fait soit « dilaté » dans le temps ou « abrégé ». Le timbre d’une même source sonore peut donc se trou­ver altéré en fonc­tion de lieux d’écoutes diffé­rents, compte tenu du fait que l’at­té­nua­tion n’est pas linéaire en fréquence.

Loi d’at­té­nua­tion du timbre en fonc­tion de la distance

Si vous enten­dez en plein air un orchestre au loin­tain, vous perce­vrez en premier les basses. Puis en vous rappro­chant, vous enten­drez le médium puis en dernier une fois proche de la source les aigus. Ce phéno­mène vient du fait que chaque fréquence en fonc­tion de la rela­tion qui la lie à la vitesse de propa­ga­tion du son et de la longueur d’onde, arri­vera plus ou moins vite jusqu’à votre oreille.

Suivant votre distance de la source sonore, le timbre se trouve altéré et la notion d’éloi­gne­ment s’as­so­cie bien plus à un « défi­cit » en aigus qu’à une réelle décrois­sance de l’in­ten­sité du signal. Un son éloi­gné se recon­naît ainsi par son timbre.

La satu­ra­tion et la distor­sion

Quand on effec­tue les mesures d’ef­fi­ca­cité d’un ampli­fi­ca­teur, par exemple, on mesure la distor­sion harmo­nique totale (D.H.T). Cela indique le « degré » de défor­ma­tion du signal audio entré pour une puis­sance de sortie donnée. Cette valeur est expri­mée en « % » et repré­sente la quan­tité d’in­for­ma­tions indé­si­rables (fréquences harmo­niques du signal, bruit, para­sites, etc.) qui s’ajoutent au signal en sortie de l’ap­pa­reil. Plus la valeur est élevée, moins bon est l’ap­pa­reil, bien entendu. Toute­fois, les musi­ciens y trouvent parfois « leur bonheur »… : les guita­ristes sont ainsi friands du jeu saturé et de l’uti­li­sa­tion de la pédale de distor­sion. Si l’on injecte un signal sinu­soï­dal dans un appa­reil à un niveau supé­rieur à celui qu’il peut « encais­ser », on va satu­rer l’en­trée et créer une distor­sion musi­cale : l’éner­gie perdue en ampli­tude va se trans­for­mer en compo­sants harmo­niques supplé­men­taires qui enri­chi­ront le timbre. (Fig 4). L’exemple de la figure 4 montre le résul­tat, avec un signal sinu­soï­dal en entrée. Si on applique un signal complexe, le gain en richesse du timbre sera d’au­tant plus impor­tant.

Les inci­dences du timbre sur le niveau du signal

Nous avons vu plus haut que si l’on déplaçait les zones d’éner­gie d’un signal vers la zone sensible de l’oreille, on avait l’im­pres­sion de perce­voir un signal plus intense. Mais… lorsque nous allons jouer sur les correc­teurs de tona­lité de nos tranches de consoles, nous allons ajou­ter ou retran­cher de l’éner­gie cette fois-ci, réelle sur le plan élec­trique, ce qui aura un effet certain sur le niveau du signal diffusé. Il faudra donc être vigi­lant au niveau du gain d’en­trée de la tranche, qu’il pourra être utile de retou­cher, afin d’évi­ter de satu­rer. D’une certaine manière, on pourra aussi consi­dé­rer qu’à l’op­posé, on pourra « rappro­cher » un son dans le mixage en augmen­tant simple­ment un peu le niveau de l’un des correc­teurs (de préfé­rence, plutôt dans le médium-aigu…)

Modi­fi­ca­tion de la percep­tion du timbre liée à la distance

Comme nous venons de le dire, on peut rappro­cher un signal dans un mixage en lui ajou­tant un peu d’ai­gus. Tout simple­ment, parce que comme nous l’avons dit précé­dem­ment, les fréquences des harmo­niques aiguës s’amor­ti­ront plus vite. On peut donc en déduire qu’une source éloi­gnée aura un timbre plus sourd qu’une source équi­va­lente, à proxi­mité. Nous venons donc de mettre en évidence une manière de mixer qui favo­ri­sera la véra­cité en jouant sur les timbres plutôt que sur les niveaux : les premiers plans seront plus « brillants » et les arrière-plans plus sourds. La véra­cité du mixage y gagnera en conser­vant une homo­gé­néité sonore que le simple fait d’agir sur les faders n’au­rait pas permis.