Le timbre d’un son

Le timbre est le paramètre qui permet de différencier un son joué à la même fréquence et intensité, par des instruments différents ou  par des voix différentes.
En effet on sait de manière intuitive qu’un piano, un violon et une flute qui jouent la même note au même volume, ne produiront pas le même « son » c’est-à-dire que la sensation auditive qui découlera de chacun de ces instruments sera différente. Il en est de même pour les voix humaines, que l’on distingue aisément et qui sont propres à chaque individu.

Ces distinctions sont dus au fait que chaque son à un timbre particulier:

  • Un son réel est composé d’une fondamentale qui donne la hauteur de référence du son et d’une série de sons secondaires appelés harmoniques ou partiels avec des intensités plus ou moins faibles.
  • Les harmoniques (ou partiels) sont une suite (théoriquement infinie) de fréquences multiples de la fondamentale.
  • Chaque instrument favorise certaines harmoniques plutôt que d’autres, ce qui induit la différence de timbre.
  • Chez l’Homme c’est la forme du crâne qui favorise certaines harmoniques, ce qui fait que chaque individu possède une voix unique.De plus, on comprend que des personnes d’une même famille qui peuvent donc avoir des similitudes dans la morphologie du crâne, peuvent avoir des voix plus ou moins semblables.

Lorsque l’on joue (ou chante) un Do(2) de fréquence f= 130 Hertz on entendra aussi les fréquences (harmoniques) suivantes:

Depuis le XIXe siècle, on sait décomposer un son pour obtenir son spectre sonore, c’est-à-dire l’ensemble des fréquences harmoniques de la fondamentale.
On peut notamment utiliser un sonagramme pour visualiser et comparer les fréquences harmoniques de différents instruments:

1.Décomposition des harmoniques d’une note de violon (gauche)

2. Décomposition des harmoniques d’une note de trompette (droite)


  • Évolution des fréquences harmoniques d’un son en fonction de temps
  • L’intensité est d’autant plus importante que le trait est noir

Comparaison:

  1. Le son du violon est beaucoup plus riche en harmoniques que celui de la trompette.
  2. Les premières harmoniques de  la trompette ont une intensité bien supérieure à celles du violon.
  3. Les fréquences harmoniques de la trompette s’estompent plus rapidement que celles du violon.

Tous ces paramètres qui diffèrent se traduisent par la différence de timbre entre ces deux instruments.

A savoir…

  • Un son pur qui est un signal audio simplifié (on peut le reproduire avec un diapason) n’est  composé que d’une fondamentale et à une forme parfaitement sinusoïdale. Cependant, il n’est pas agréable à entendre et ressemble à un sifflement.
  • Le son d’une cloche est particulièrement compliqué car il génère des in-harmoniques qui ne sont pas des multiples de la fondamentale. En réalité le son d’une cloche comprend plusieurs fondamentales ce qui se traduit par un son grinçant et une hauteur musicale difficilement définissable.
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