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« « Qu Qu’ ’est-ce que le timbre? est-ce que le timbre? » » L2 « Le Son Musical

« « Qu Qu’ ’est-ce que le timbre? est-ce que le timbre? » » L2 « Le Son Musical » 2005-2006 Université Paris VI, Nathalie Delprat ◆ points de repère historiques ❐ aspects « signal » ◆ outils d’analyse du timbre ◆ timbre et perception ❐ modèle résonateur / excitateur ◆ physique des instruments sélection des principaux transparents (26 sur 40) Encyclop Encyclopé édie Diderot -d die Diderot -d’ ’Alembert (1751) Alembert (1751) « il y a 3 choses à considérer dans le son: 1/ le degré d’élévation entre le grave et l’aigü; 2/ celui de véhémence entre le fort et le faible 3/ et la qualité du timbre qui est encore susceptible de comparaison du sourd à l’éclatant ou de l’aigre au doux » 1/ HAUTEUR 2/ INTENSITE 3/ TIMBRE a/ nature de la source sonore b/ qualité du son Pierre Schaeffer, ingénieur et musicien (1910 -1995) Musique concrète Traité des objets musicaux (1966) le timbre est: « l’ensemble des caractères du son qui le réfèrent à un instrument donné » on peut parler: « du timbre d’un son sans le rapporter clairement à un instrument déterminé mais plutôt en le considérant comme une caractéristique propre de ce son » Pierre Henry Helmholtz (1877) Helmholtz (1877) On On the the Sensations of Sensations of Tone Tone Fourier Fourier (1822) (1822) Trait Traité é sur la chaleur sur la chaleur outil mathématique : décomposition d’un son périodique en ses harmoniques « les différences de timbre résultent principalement de la combinaison des différentes harmoniques d’un son avec différentes intensités » conception classique du timbre = il dépend principalement du spectre en fréquence son musical = son périodique importance de la partie stable du son stabilité - « pureté » du son - hauteur 1940 invention du sonagraphe 1940 invention du sonagraphe outil de traitement du signal : visualisation de l’évolution des fréquences au cours du temps (signal de parole) fréquence temps intensité 1960/80 synth 1960/80 synthè èse num se numé érique du son rique du son Risset et Matthews (1969) timbre de cuivre - Morill (1977) timbre de trompette Matthews (1973) timbre du violon - Chowning (1973) synthèse de timbres par FM Transformée de Fourier à fenêtre 1940 FFT: Fast Fourier Transform 1965 Spectrogrammes numériques (1980) Analyse Temps-Fréquence caractéristiques physiques du timbre enveloppe temporelle (transitoires d’attaque) + enveloppe spectrale (formants) + répartition énergie spectrale + évolution des fréquences au cours du temps + micro-variations (modulations, distorsion,...) etc... J.C Risset Etude psycho-acoustique du timbre Etude psycho-acoustique du timbre « Le timbre est l’attribut de la sensation auditive permettant de distinguer des instruments lorsque ceux-ci jouent la même note avec la même intensité et la même durée » (définition A.S.A) lien entre son physique (paramètres objectifs) et son perçu (attributs subjectifs) amélioration modèles de synthèse illusions acoustiques création de nouveaux timbres J.S Bach complexité des relations entre paramètres physiques altérations/modifications: quels sont les paramètres ou relations indispensables pour conserver/reproduire un timbre donné? temps et fréquence répartition spectrale et intensité quel est le rôle de la perception (acquis/culturel)? aspects aspects « « signal signal » » Mesures physiques sur l’onde sonore Intensité, hauteur temps Variations pression air Analyse mathématique du signal Décomposition selon les fréquences SPECTRE 1ère caractérisation: périodicité et composition spectrale I. Aspects temporels 1/ Fréquence pure 440 Hz 2/ Sons composés périodiques Fréquence fondamentale: 440 Hz + des harmoniques de fréquence= n*440Hz avec n entier FOU440id 1/Répartition spectrale: amplitude/fréquence obtenu à partir d’une analyse de Fourier 440 Hz fréquence amplitude 440-880-1320-1760 Hz amplitude fréquence Son périodique spectre harmonique f0, 2f0, 3f0, 4f0, 5f0…… période T0 II. Aspects fréquentiels 2/ Enveloppe spectrale Flûte traversière (do grave) Formants =maxima de l’enveloppe spectrale Fourier 4096 fc= fréquence centrale Δf temps 2ème caractérisation: enveloppe temporelle: importance des transitoires attaque maintien décroissance clarinette xylophone ? 3ème caractérisation: modulations, fluctuations Modulation d’amplitude : battements ou sensation de vibrato 2 Hz 6 Hz Modulations de fréquence ou distorsion : enrichissement du spectre 1/ 1/« « vie vie » » du son du son 2/ relation 2/ relation intensit intensité é/ /é étalement spectral talement spectral é étalement spectral talement spectral 4ème caractérisation : taux de bruit Bruit = signal n’ayant aucune périodicité dans le temps Représentation temporelle Représentation spectrale spectre spectre « « continu continu » » // spectre // spectre « « discret discret » » bruit blanc bruit blanc son de trompette / son de violoncelle? caractéristiques spectrales? - harmonicité - étalement spectral - formants - bruit que peut-on en déduire sur la façon dont a été jouée la note? Résonances, ondes, matériaux, excitateurs marimba violoncelle cor mod modè èle le « « r ré ésonateur/excitateur sonateur/excitateur » » son = réponse du corps d’un instrument à une excitation donné résonance = réponse du résonateur (supposée invariante) = formants du spectre excitation = a/ unique (coup de marteau) b/ répétitive (anche) figures de Chladni holographie laser mat maté ériau riau forme forme volume volume mise en équation de phénomènes complexes et de leurs couplages Mod Modé élisation physique lisation physique Mod Modé élisation physique lisation physique « « d d’ ’un point de vue signal un point de vue signal » » réponse impulsionnelle : réponse à une excitation « idéale » (Dirac) réponse fréquentielle ou fonction de transfert: caractéristiques de l’enveloppe spectrale (modes de résonance) modèle = filtrage d’un signal « excitation » par un filtre « résonant » fréquence amplitude non pris en compte: non pris en compte: variabilit variabilité é dynamique des r dynamique des ré ésonances, couplages non-lin sonances, couplages non-liné éaires... aires... Classification des instruments quels sont les critères d’une famille? Cordes Pincées/ Frottées/ Frappées (guitare /violon / piano) Vents Cuivres/ Bois/ autres anche roseau simple ou double (hautbois, harmonica) anche d’air (flûte) anche lippale (trompette) Percussions membranes/plaques/lames/autres (tambour/ cymbales / xylophone) mélodiques/non-mélodiques (cloche/batterie) nature de l’excitation matériau spectre détection des harmoniques - formants - bruit fl flû ûte ou piano? te ou piano? probl problè ème des notes me des notes multiples! multiples! cas des timbres instrumentaux « extra-européens » luth arabe luth chinois flûte (shakuachi) japonaise timbre instrumental ➔ timbre musical Varèse 1932 Xénakis 1979 Stravinsky 1913 Boulez 1966 Ligeti 1990 Webern 1931 Grisey Grisey 1975 1975 (S) (S) Nono 1984 « Le son musical (musique, acoustique et informatique)», J.Pierce, Pour La Science Diffusion Belin, 1984 « Le timbre, métaphore pour la composition », Christian Bourgois Editeur et IRCAM, 1991 notamment articles de: JC. Risset « Timbre et synthèse des sons » pp 239-260 Y.Potard, P-F.Baisnée, J.B Barrière « Méthodologie de synthèse du timbre: l’exemple des modèles de résonance » pp 135-163 C.Cadoz « Timbre et causalité » pp 17-46 « Acoustique et Musique », E. Leipp, Masson, Paris, 1971/1984 « Musique, pouvoir, écriture », H.Dufourt, Christian Bourgois Editeur, 1991 notamment: « Hauteur et timbre », pp 243-274 www.phys.unsw.edu.au/ jw/musical.html www.inrp.fr/Acess/JIPSP/phymus / uploads/Litterature/ timbre.pdf