La musique est un art omniprésent dans nos sociétés grâce à la facilité de diffusion à grande échelle via internet et à l'écoute nomade que permettent les smartphones. Cependant, la musique ne représente en réalité que des sons ayant une consonance particulière pour l'oreille humaine. Faire de la musique repose donc sur le fait de comprendre comment les instruments de musique produisent des sons, quelles sont leurs caractéristiques et comment accorder ces sons pour former des mélodies.
Les instruments à cordes
L'émission du son
Comme la voix, les instruments de musique sont composés d'un excitateur qui produit la vibration et d'un résonateur qui l'amplifie.
Le son des instruments à cordes est produit par la vibration d'une ou plusieurs cordes qui jouent le rôle d'excitateur.
Le résonateur est l'air contenu dans le corps même de l'instrument qui fait office de caisse de résonance.
Les modes de vibration d'une corde
Lorsque l'on excite une corde, seules certaines vibrations à certaines fréquences sont permises. On appelle ces vibrations particulières des modes de vibration.
La fréquence de vibration f_n de la corde pour l'harmonique de rang n est toujours un multiple de la fréquence fondamentale f_1.
En notant f_1 la fréquence fondamentale, la fréquence de l'harmonique de rang n est f_n avec :
f_{n}=f_{1}\times n
Si f_1 = 200 Hz, la fréquence de l'harmonique de rang 5 vaut :
f_{5}=5\times f_{1}=5\times 200=1\ 000 Hz
La superposition de tous ces modes correspond à l'émission d'un son complexe dont la hauteur est donnée par le mode fondamental :
Les propriétés de la corde et la hauteur du son
Le son émis par un instrument est défini par sa hauteur (donc sa fréquence fondamentale). Cette fréquence dépend des propriétés de la corde :
- La matière de la corde
- Les dimensions (longueur et épaisseur) de la corde
- La tension de la corde
Pour jouer des sons de différentes hauteurs, il suffit de modifier une ou plusieurs de ces propriétés pour modifier la fréquence fondamentale de vibration et donc jouer un son différent.
Les autres types d'instruments
Les instruments à vent
L'excitateur est le biseau, ou les anches, que l'air expiré met en vibration. Le résonateur est l'air contenu dans le corps de l'instrument.
Le principe d'émission du son est similaire à celui des cordes. La vibration de l'air à l'intérieur du corps correspond à la superposition de plusieurs modes de vibration :
La hauteur du son émis dépend uniquement de la taille de la colonne d'air (comme c'est le cas dans les orgues) et des ouvertures présentes dans le corps de l'instrument (comme pour les flûtes).
Les instruments à percussion
L'excitateur des instruments à percussion est la matière sur laquelle on tape (des peaux tendues ou des plaques de métal).
L'air contenu dans le corps de l'instrument sert à nouveau de résonateur.
La hauteur des sons dépend de la matière de l'excitateur et de sa tension.
Les instruments électroniques
Les instruments électroniques sont des appareils qui utilisent le traitement de signal pour reproduire, copier et modifier les sons des instruments de musique.
Ils doivent non seulement reproduire la hauteur mais aussi le timbre de chaque instrument.
La difficulté réside dans la reproduction des harmoniques qui évoluent dans le temps lorsque l'on joue.
Les vibrations sonores et la musique
La note
Note
La note de musique correspond à la hauteur d'un son.
La note La_3 de la tonalité du téléphone utilisée pour accorder certains instruments est un son dont la fréquence fondamentale est de 440 Hz.
Une même note est perçue différemment en fonction de l'instrument utilisé car les harmoniques (et donc le timbre) seront différentes.
Pour jouer de la musique, les notes doivent être consonantes entre elles pour que la sensation musicale soit agréable.
Les intervalles
Pour que deux notes soient consonantes, leurs fréquences doivent être séparées d'un intervalle qui repose sur une fraction.
Octave
L'octave est un intervalle qui correspond à un rapport de \dfrac{1}{2} entre deux notes successives.
Les fréquences 1500 Hz et 750 Hz sont séparées d'une octave car 750 est la moitié de 1500.
Quinte
La quinte est un intervalle qui correspond à un rapport de \dfrac{2}{3} entre deux notes.
Les fréquences 1500 Hz et 1000 Hz sont séparées d'une quinte car 1000 correspond aux deux tiers de 1500.
Les gammes
Une gamme est une série de notes contenues dans un même octave, séparées par des intervalles réguliers afin d'obtenir la meilleure consonance possible.
Il existe différentes gammes en fonction de l'intervalle choisi entre chaque note.
La gamme tempérée est la gamme la plus utilisée dans la musique moderne. L'octave est divisé en 12 intervalles égaux appelés demi-tons :
La gamme de Pythagore est une gamme dans laquelle les notes sont séparées d'une quinte. Si on sort de l'octave, on divise la note par deux :
