Les bases physiques de la musique

Le son

À la base de la musique, il y a le son.

Le son est quelque chose de complexe, qui fait intervenir plusieurs mécanismes.

D'abord, le son est un phénomène physique, c'est à dire quelque chose qui existe concrètement dans la nature qu'on soit là pour le percevoir ou non. Ce phénomène physique est ensuite perçu, mesuré par notre oreille. Le résultat est ensuite interprété par notre cerveau.

Le son comme phénomène physique

Pour bien comprendre le fonctionnement du son, étudions ce qui se passe lorsque l'on fait vibrer une corde de guitare.

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Simulation d'une corde de guitare. Utilisez les curseurs pour modifier la fréquence et l'amplitude d'oscillation de la corde.

La figure ci-dessus représente une corde tendue entre deux points, filmée en gros-plan et au ralenti (essayez de faire preuve d'un peu d'imagination, ok ?). Ce pourrait être une corde de guitare, de Ukulélé ou une simple corde à linge, ce n'est pas très important. Lorsque l'on tire sur une corde tendue avant de la relâcher brusquement (on dit qu'on pince la corde), celle-ci se met à vibrer très rapidement, elle oscille.

On peut faire osciller la corde plus ou moins fort (c'est l'amplitude) en la pinçant plus ou moins vigoureusement. Pour faire varier la vitesse d'oscillation (la fréquence), il faut modifier la tension qui étire la corde, ou alors changer sa longueur, par exemple en posant un doigt dessus.

Les vibrations se propagent dans l'air

À moins d'être très riche et un peu farfelu, on ne joue généralement pas de guitare dans l'espace, ce qui signifie que la corde ne se trouve pas dans le vide absolu. Elle est en fait entourée d'air et, en oscillant telle qu'elle le fait, elle bouscule les molécules d'air qui l'entourent à chaque va-et-vient. À l'aller, la corde pousse les molécules d'air, qui se bousculent les unes les autres en un effet domino ; au retour, la corde laisse un vide qui aspire les molécules d'air précédemment dérangées.

Cette oscillation de la corde dans l'air crée donc une série d'ondes, c'est à dire des différences de pression qui se déplacent dans l'espace.

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Simulation des molécules d'air bousculées par les vibrations de la corde. Utilisez les curseurs pour modifier la fréquence et l'amplitude d'oscillation de la corde.

Prenez quelques minutes pour jouer avec la simulation précédente, et tâchez d'observez les faits suivants :

  • chaque molécule d'air, si elle va et vient autour de son point d'équilibre, reste globalement au même endroit ;
  • en revanche, les déformations générées par les oscillations des molécules d'air avancent bel et bien : l'onde se propage ;
  • on peut faire vibrer la corde plus ou moins vite et plus ou moins fort, mais cela n'a pas d'impact sur la vitesse à laquelle se déplacent les ondes.

L'oreille est un appareil à mesurer les vibrations de l'air

Cette oscillation qui se déplace dans l'air finit par arriver à votre oreille. La mécanique auditive est fort complexe mais pour simplifier au maximum, il nous suffit de comprendre que l'oreille n'est finalement rien d'autre qu'un appareil à détecter les vibrations de l'air. Ensuite, il ne reste plus au cerveau qu'à interpréter l'information.

Le son, c'est cela : des variations périodiques de pression qui se propagent dans l'air. Quand vous frappez dans vos mains, grattez une corde de guitare ou faites tomber une assiette par terre, c'est le même phénomène : un corps physique bouscule des molécules d'air et cette information finit par parvenir à votre oreille.

On comprend bien que le son ne peut pas se propager dans le vide, car il n'y a pas de molécules d'air à bousculer. Si Star Wars était scientifiquement précis, on ne pourrait pas entendre l'explosion de l'Étoile Noire dans l'espace.

Évidemment, cette explication est ultra-simplifiée ; la mécanique acoustique est une science à part entière. Toutefois, cette première idée du fonctionnement du son nous suffira dans notre objectif qui est de comprendre la musique.

Le son comme phénomène psychologique

Si le son, en tant que phénomène physique, est régi par les lois immuables de la physique et peut donc être étudié et mesuré grâce aux mathématiques, l'audition, en tant que phénomène psychologique, est quelque chose de très plastique. La manière dont nous interprétons une sensation auditive donnée peut varier avec le temps.

Ainsi, il est possible d'apprendre à apprécier une sensation auditive qu'on jugeait auparavent désagréable, c'est ce qui explique que les goûts musicaux peuvent changer avec l'âge. C'est aussi vrai à l'échelle culturelle : ce qui aurait été considéré comme cacophonique ou blasphématoire à une époque sera jugé comme de la musique traditionnelle et ordinaire à une autre.

En résumé

Le son est complexe. Il y a un phénomène physique : une vibration de l'air. Cette vibration est mesurée par notre oreille, et interprétée par notre cerveau.

En tant que phénomène physique, le son fonctionne à l'identique, quel que soit le lieu ou l'époque. Mais puisqu'une part de psychologique entre en jeu, un même son pourra être interprété différemment en fonction des personnes et des époques.