Le son et la musique

Comment perçoit-on le son ?

Chez l’humain, le son est capté par l’oreille et acheminé au cerveau sous forme de signaux nerveux ( électriques ). C’est l’équivalent biologique du microphone.


Chez l’humain, le son est capté par l’oreille et acheminé au cerveau sous forme de signaux nerveux ( électriques ). C’est l’équivalent biologique du microphone.

Depuis l’oreille externe ( pavillon ) les ondes sonores passent par le conduit auditif pour arriver au tympan et le faire vibrer. À son tour, le tympan fait vibrer trois osselets – le marteau, l’enclume et l’étrier – qui constituent un amplificateur mécanique. L’étrier est relié à la fenêtre ovale qui fait vibrer le liquide du limaçon osseux, qui lui-même transforme les vibrations mécaniques en signaux électriques qui sont transmis au cerveau par le nerf auditif.

Quelle est la réponse aux fréquences de l’oreille ?

Non seulement la courbe de réponse aux fréquences de l’oreille n’est pas plate – plus de sensibilité aux moyennes fréquences qu’aux basses et aux hautes – mais elle change avec l’intensité sonore. Les chercheurs Kingsbury ( 1927 ), Fletcher et Munsen ( 1933 ) puis Robinson et Dadson ( 1956 ) ont mis au point les courbes dites d’isosonie pour quantifier ce phénomène.

On obtient ces courbes en faisant écouter des tonalités de diverses fréquences à un sujet. On ajuste l’intensité des tonalités pour que le sujet les entende au même volume. La conséquence sur la reproduction du son est que l’intensité à diverses fréquences change avec le volume. On trouve souvent que le même contenu « sonne plus mince » à faible volume qu’à volume élevé. Cela explique aussi que le niveau sonore standard en studio est habituellement de 80 dB SPL.

Qu’en est-il des fréquences et de la musique ?

Bien que les notes des divers instruments de musique produisent des fondamentales jusqu’à environ 4 kHz, leurs harmoniques et autres sons vont bien au delà.

Comment se propage le son ?

Qu’est-ce que l’inverse au carré ?

Plus on s’éloigne de sa source, plus le son faiblit. Cet affaiblissement suit une loi dite « Loi de l’inverse au carré », qui stipule que l’intensité sonore diminue au carré de la distance entre la source et le point d’écoute. Ainsi, si on double la distance d’écoute, le son perd les trois quarts de son intensité. Ceci est attribuable à ce qu’une onde sonore se propage de façon sphérique. Lorsque l’on double le rayon d’une sphère, sa surface quadruple.

Ainsi, pour un haut-parleur produisant 90 dB SPL à 1 mètre, l’intensité sera de 84 dB SPL à 2 mètres, soit 6 dB de moins ( ¼ ). On parle ici d’une valeur théorique puisque d’autres facteurs peuvent influencer la propagation du son, comme les réflexions sur les murs et le plafond, par exemple.

Qu’est-ce que la réflexion du son ?

Comme la lumière sur un miroir, le son se reflète sur diverses surfaces. Ces réflexions peuvent être longues ou courtes dans le temps. Une réflexion longue dans le temps arrivera suffisamment en retard sur l’onde incidente au point d’écoute pour créer un écho. Les réflexions courtes dans le temps affectent le son perçu ; on dira ainsi qu’une salle avec peu de réverbération est acoustiquement « morte » ou neutre, alors qu’une salle avec plus de réverbération sera dite « vivante ». Les réverbérations indésirables peuvent affecter le son au point de le rendre désagréable.

Qu’est-ce l’absorption acoustique ?

Le contraire de la réflexion est l’absorption. Un matériau acoustiquement absorbant est comme une surface de couleur noire qui ne réfléchit pas la lumière.

Que sont les ondes sonores stationnaires ?

Un des effets indésirables de la réflexion est celui des « ondes stationnaires ». Ces ondes dites stationnaires se produisent lorsqu’un son est reflété par une surface dans une pièce qui comporte au moins deux murs parallèles séparés par un multiple d’une longueur d’onde. L’onde réfléchie s’additionne et se soustrait à l’onde incidente le long de son trajet, ce qui affecte le contenu en fréquences du son selon l’endroit où on l’écoute.

On aura alors des endroits dans la pièce où on entend peu de basses alors qu’à d’autres on en entend trop, selon la distance entre la source et le point d’écoute, pour prendre un exemple courant. On peut pallier aux ondes stationnaires avec des matériaux acoustiques ou lors de la construction. C’est pourquoi les studios d’enregistrement ont souvent des formes plus ou moins irrégulières.

Qu’est-ce que l’effet Doppler ?

En attendant à la traverse à niveau, la hauteur du klaxon du train augmente en s’approchant et baisse lorsqu’il s’éloigne. Ceci est attribuable au fait que le train se déplace alors que le point d’écoute est fixe. La longueur des ondes sonores se contracte en se rapprochant et s’étire en s’éloignant. C’est l’effet Doppler. Le chauffeur du train n’entend quant à lui aucune variation de hauteur puisqu’il ne se déplace pas par rapport à son klaxon.

Qu’est-ce que l’écoute sécuritaire ?

Les médias et les professionnels de la santé nous parlent régulièrement des problèmes d’audition attribuables aux bruits excessifs ou à l’écoute de musique à haut volume. Les autorités gouvernementales responsables de la santé et sécurité au travail ont défini des normes acceptables quant au niveau, et surtout à la durée d’exposition au son. En effet, l’effet de l’exposition aux niveaux élevés de son est cumulatif. Par exemple, à 80 dBA, il n’y a pas de problème même pour plusieurs heures. Pour 90 dBA, on ne doit pas excéder 4 heures sur 24, à 100 dBA 24 minutes et zéro à plus de 120 dBA.


Le dBA est une version pondérée du dB SPL. La pondération correspond à l’inverse de la courbe Fletcher-Munson qui passe par 40 dB SPL à 1 kHz.

Références

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oreille-Audition.jpg et Merck Manual of Medical Information, second  Home Edition , Pocket Books 2003, page 1135
https://fr.wikipedia.org/wiki/Courbe_isosonique La version anglaise est beaucoup plus détaillée.
Tremaine, Howard M. - Audio Cyclopedia Second Edition - Howard W. Sams, 1977 : les deux premières sections, pages 11 à 99, sont très détaillées sur le son.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_en_carr%C3%A9_inverse
https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler
L’écoute sécuritaire : Tableau du Gouvernement du Canada SOR/DORS*91-448 juillet 1991

Ces références renvoient souvent à Wikipédia, question de commodité. Les articles de Wikipédia mentionnent aussi d’autres références qui seront utiles à qui voudra fouiller le sujet plus avant. Une mise en garde, cependant : Wikipedia est une encyclopédie collaborative, ce qui signifie que n’importe qui peut modifier un article. Un sain scepticisme s’impose donc.