On remarque que le son produit par un piano est facilement reconnaissable. On appelle timbre toutes les composantes de ce signal acoustiques qui le différencie d'un autre ayant la même fréquence et la même amplitude.
Le timbre détermine la couleur du son. Il est différent pour chaque type de source sonore et différencie, à l’oreille, deux sons qui auraient la même fréquence fondamentale et la même force. Depuis le milieu du XXe siècle, l’acoustique a fait de grands progrès dans l'étude de cette composante, grâce au perfectionnement des instruments d’analyse du son.
Il peut être caractérisé par les formants et partiels du son produit mais également par son enveloppe et son vibrato.
Provenance du timbre
Les caractères proprement musicaux des sons, à savoir le timbre, sont inscrits dans la construction de l'instrument lui-même.
En effet, cette qualité spécifique est due à plusieurs éléments parmi lesquels :
- le principe d'émission (corde frottée ou pincée, sifflet, anche simple ou double, embouchure, etc...)
- la nature du corps vibratoire, (peau, bois, métal..)
- la forme et le volume de l'instrument.
Formants et inharmonicité du piano
Définition
Le signal acoustique du piano a un spectre fréquentiel qui lui est caractéristique. En effet, chaque harmonique a une amplitude précise qui permet de reconnaître le son du piano. Chaque pic dans le spectre de ce signal sonore s'appel formant du signal.
De plus, l'inharmonicité du piano est bien connue. Elle est due notamment à la grande raideur de ses cordes. L'accord du piano traite cette inharmonicité par le phénomène d' «écartement » des octaves, afin de retrouver plus de consonance.
Exemples de formants des différents do joués par un piano
Voici les do de 1 à 7 joué par un piano vus à travers les deux visions précédemment étudiées: en haut la variation de l'amplitude en fonction du temps; et en bas, le spectre fréquentiel des différents sons avec leurs harmoniques et leurs partiels :
Le DO 1 : Sur ce premier essai, le DO le plus aigu du piano, on distingue de l’ordre de 5 fréquences pour lesquelles l’intensité est nettement plus forte que pour le reste de la gamme de fréquences. Pour ces cinq fréquences, la plus basse, mesurée de l’ordre de 2130 Hertz, est celle qui tient le plus longtemps et la plus intense ; les autres sont d’autant plus fugitives que plus hautes, et d’autant moins intense
Le Do 2 : On retrouve sur le deuxième DO du clavier, les mêmes phénomènes que ceux identifiés sur le premier en ce qui concerne le fondamental et les harmoniques. Les harmoniques sont séparées entre elles par la fréquence du fondamental, 1075 Hertz, moitié de celle du premier DO.
Le Do 3 : Toujours les mêmes constatations. On note aussi que les fréquences les plus graves sont celles dont le son dure le plus longtemps. Le fondamental est ici un peu plus faible que la moitié du fondamental du do précédent ; le piano pourrait être mieux accordé…
Le Do 4 : Fréquence du fondamental: 268 Hertz
Le Do 5 : Fréquence du fondamental: 130 Hertz
Le Do 6 : Fondamental: 67 Hertz
Le Do 7 : Fondamental: 38 Hertz
Autres paramètres du timbre du piano
Mais le timbre du piano n'est pas seulement composé par son spectre harmonique le différenciant des autres instruments mais également par d'autres caractéristiques que sont l'enveloppe (et dans ce cas précis, le transitoire d'attaque est important) et le vibrato.
Enveloppe
L'enveloppe est la courbe d'évolution de l'amplitude dans le temps d'une note jouée; à savoir la première vision possible du signal sonore. Celle-ci se compose en général de 4 phases. Pour un objet musical classique on distingue l'attaque ou montée (Attack), un éventuel et rapide relâchement (Decay), le corps ou entretien (Sustain) et l'extinction ou décroissance (Release); on parle alors d'enveloppe ADSR.
L’attaque désigne la première partie de l'enveloppe d'un son qui correspond à la naissance du son sur une durée très courte. L'attaque est essentielle dans la reconnaissance du timbre d'un instrument : elle est évidemment très différente pour un instrument à percussion ou pour un instrument à vent, par exemple. Par ailleurs, la phase d'attaque est une phase riche en composantes spectrales (partiels) qui donnent une coloration particulière au son.
En ce qui concerne l'enveloppe du piano lui-même, le corps est à peine visible (ou audible). Voici ci-contre à quoi ressemble l'enveloppe du piano:
Vibrato
Le vibrato est une oscillation régulière entre une note et une fréquence légèrement au-dessus, qui produit un son ample et riche (modulation en hauteur). C'est l'inverse d'un son droit qui caractérise justement le piano. En effet, le son produit par le piano est dépourvu de vibrato. Cela aide donc bien à le reconnaître et fait donc partie des composantes de son timbre.
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Conclusion