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SON & TECHNIQUE


MESURER LES SONS À TRAVERS DES MÉTHODES DE CALCUL

Avant la seconde guerre mondiale, le son restait un phénomène qui conservait de nombreuses zones d’ombre. Il était insaisissable et impossible de l’étudier scientifiquement, sinon à l’aide de moyens très grossiers. Mais dès 1945, l’électronique commençait à fournir aux chercheurs des appareillages de plus en plus perfectionnés pour saisir, fixer, matérialiser, visualiser le son et en mesurer, avec toute la précision requise, ses trois dimensions que sont la fréquence, l’intensité et la durée...


ANALYSER LE SON AVEC NOS OREILLES

Il y a plus de 70 ans apparaissaient les premiers outils pour mesurer la structure physique des signaux musicaux : l’oscillographe, l’enregistreur de niveau, l’analyseur à bande étroite et le magnétophone. Cette gamme d’appareils de métrologie et d’analyse du son fera naître des méthodes de calculs de plus en plus sophistiquées dont l’aboutissement actuel se résume du simple mot informatique.

Tout cet appareillage a donné naissance à des techniques acoustiques qui sont à la base des recherches les plus diverses : télécommunications, enregistrement et reproduction de la musique et de la parole, problèmes sonores, insonorisation, acoustique des salles, etc.

Si ce matériel consiste à créer des méthodes de calcul parfaitement adaptées aux problèmes de la physique vibratoire (ondes), il se révèle toutefois insuffisant ou inadéquat lorsqu’il s’agit de messages sonores où intervient le système auditif de l’homme. Ainsi, malgré d’immenses efforts, il n’existe pas de méthode suffisamment objective, efficace et réaliste pour définir les qualités auditives d’un instrument de musique ou d’une salle de concert.

© Maxime Metzmacher — À gauche, un sonagraphe "Kay Elemetrics Spectrum Analyser" utilisé, entre 1970 et (environ) 1990, dans le service d'Éthologie de l'université de Liège (Belgique), pour l'analyse des chants d'oiseaux (un sonagramme, comportant quelques tracés de notes, est visible sur le tambour au-dessus de l'appareil). À droite, un magnétophone UHER 4000 destiné à l'enregistrement des chants.

Les messages sonores inventés par l’homme sont évidemment destinés à son système auditif. Dit autrement, et pour faire court, il y a ce que nous entendons, ce que nous interprétons, aimons et jugeons comme objectivement recevable. De longues observations réalisées par des praticiens du son (musiciens, preneurs de son, fabricant d’instrument de musique…) ont montré que le système auditif humain n’était pas conçu pour devenir un « centre de mesures scientifiques » mais un « centre informatique » organisé pour saisir, stocker et traiter des formes acoustiques évolutives chargées arbitrairement de signification. L’expérience courante montre que notre système auditif est incapable de mesurer précisément des intensités en décibels, des fréquences en hertz, des durées en millisecondes. Bref, nos oreilles sont incapables de décomposer un son complexe en ses composantes !

De cette constatation découle toutes les difficultés à interpréter concrètement notre relation de cause à effet avec les appareils de mesure conventionnels. Visiblement, on ne réussit à raccorder la physique et la psychoacoustique que si l’on connaît les mécanismes perceptifs en présence et si on imagine des appareillages et des méthodes permettant de simuler ces mécanismes. L’expérience montre effectivement qu’il est encore nécessaire d'améliorer encore les moyens techniques dont nous disposons là où intervient l’oreille.


CONNAÎTRE LES MÉCANISMES AUDITIFS

Pour connaître les mécanismes auditifs, le plus simple serait de se rapprocher des spécialistes de la psychophysiologie auditive. Or ceux-ci ont beaucoup de mal à se mettre d’accord pour proposer une doctrine cohérente et suffisante. Pour se faire une idée claire des particularités de l’audition, tout en se rapprochant des techniques lentement élaborées par les praticiens des messages sonores, les musiciens sont certainement ceux qui ont une écoute des sons la plus formatée, mais aussi la plus sûre. Au fil de plusieurs échanges de longue durée et compte tenu de la terminologie particulière qu’ils emploient, les praticiens des messages sonores utilisent deux mécanismes auditifs distincts correspondant à deux « écoutes » : l'une proche et l'autre lointaine.


L’ÉCOUTE PROCHE

Quand un auditeur saisit avec son oreille des « images » globales des sons qu’il écoute, son cerveau lui permet d’utiliser ces images pour reconnaître, comparer, combiner les « formes » élémentaires de façon globale, sans procéder à des mesures et sans faire d’analyses. Les musiciens évoquent cette écoute des sons comme étant des « images mentales ».

Dès lors, il est clair que si l’on se propose d’objectiver la sensation d’écoute proche, il faut de toute évidence imaginer un appareillage et une méthode fournissant des diagrammes sur lesquels les sons apparaissent sous forme d’images susceptibles d’être mises en parallèle avec les images mentales (la seule manière d’étudier la structure perceptive que nous avons des sons en fonction de leur structure physique).

Cet appareillage existe et s’appelle le « sonagraphe ». Il fournit des « images » très « parlantes » des signaux acoustiques évolutifs que connaissent bien les spécialistes de l’acoustique musicale : un axe horizontal représentant le temps écoulé, un axe vertical indiquant les bandes de fréquence et leur puissance.

Mais un « objet » sonore possède aussi une forme et une couleur, or le sonagraphe, s’il apporte des informations suffisantes concernant les « formes » des sons, il ne renseigne pas sur leur couleur (timbre) ; une information capitale qui évalue le jugement esthétique des sons diffusés. Ce jugement relève visiblement d’autres mécanismes auditifs et met alors en cause l’écoute d’ordre lointain.


L’ÉCOUTE LOINTAINE ET L’IDS

Lorsqu’un musicien écoute un instrument de musique ou une chanson sur son appareil audio, il formule très généralement, après un long moment d’écoute, un avis sur la « couleur » du timbre, la « coloration » de l’instrument, mais aussi de la qualité audio globale du dispositif de diffusion sonore (enceintes, casque)… Cet avis relève manifestement d’un mécanisme d’intégration de longue durée, où le système auditif s’intéresse à la répartition statistique de l’énergie dans l’aire audible, découpée en « régions », en « bandes », auxquelles les auditeurs attribuent des vocables connus : basse, grave, médium, aigu, suraigu, etc. Cette répartition détermine la « balance » du timbre, la « sonorité » de l’instrument ou de la chaîne de reproduction sonore (la coloration). C’est pour simuler ce mécanisme d’ordre lointain qu’il a été conçu, sous forme opérationnelle, l’IDS, l’Intégrateur de Densité Spectrale de Leipp et Millot.

À première vue, l’IDS présente des analogies très nettes avec le correcteur graphique (égaliseur), il s’en distingue cependant par sa fonction intégratrice qui lui permet d’analyser un message sonore en cumulant les informations dans le temps. Cette quantification des impressions auditives, décelables lors de l’écoute d’ordre lointain, fait de la « couleur » d’un message sonore une notion enfin mesurable et transmissible. Dès lors, les comparaisons deviennent possibles, indépendamment des considérations « psychoacoustiques » qui mettent en jeu tout le système de perception sonore humain (de l’oreille jusqu’au cerveau… et à l’acquis culturel !), et dont on ne connaît presque rien ; c’est ce qui rend si difficile la description de la qualité dite « subjective » d’une enceinte acoustique, par exemple.

Au départ, de nombreux essais furent réalisés avec la participation de musiciens (étudiants en Conservatoire de Musique, en acoustique) pour déterminer le nombre de « bandes sensibles » qu’il fallait considérer. Pour cela, il était diffusé des œuvres musicales à orchestration « totale » où tous les instruments étaient représentés. L’expérience consistait à utiliser un filtre de réinjection qui éliminait – sans prévenir les sujets – certaines fréquences lors de l’audition, en leur demandant de réagir dès qu’une différence de « coloration » apparaissait. À la fin de l’expérience, il s’était avéré que huit bandes sensibles étaient nécessaires et suffisantes pour définir la « couleur » de la musique ou de la parole.


L’INTÉGRATEUR DE DENSITÉ SPECTRALE ET SES APPLICATIONS

L’IDS se révèle utile en apportant des compléments d’information sur la « balance spectrale » du son. Les applications sont diverses et concernent différents domaines, notamment...

Ceux liés au bruit :

L’oreille est inégalement sensible aux diverses bandes fréquentielles. Lorsqu’il s’agit d’étudier la gêne ou la nuisance d’un bruit évolutif en particulier, l’intégrateur de densité spectrale apporte une réponse immédiate et simple. Par exemple, il permet de relever, dans des conditions normales d’emploi, les effets d’une correction acoustique de murs ou de planchers.

Ceux liés à l’acoustique des salles :

Tous les preneurs de sons, mélophiles, musiciens, etc., savent que chaque salle apporte à une prestation musicale sa « couleur » particulière. L’IDS permet d’objectiver cette couleur et, en fonction des résultats, d’éventuellement corriger l’acoustique du lieu.

Dans la facture instrumentale :

L’IDS représente un outil de choix pour contrôler en cours de facture instrumentale (guitare, piano…) les différences de timbre et de couleur des instruments.

G. Link (Cadence Info - 12/2023)

Pour info : cet article prend appui sur des travaux conduits par Émile Leipp, aujourd'hui décédé, et qui fut l'auteur de plusieurs ouvrages traitant de l'acoustique et de la perception sonore. Cet ancien professeur au Laboratoire d'Acoustique de l'Institut de Mécanique Théorique et Appliquée a étudié ce que l'on nomme communément la "couleur" des sons. Pour plus d’informations, nous vous renvoyons à la page « L’intégrateur de densité spectrale et ses applications par Émile Leipp » qui détaille l’origine du projet, son développement et ses applications.

À LIRE

Émile Leipp
‘Acoustique et musique’
chez 'Presses des Mines - Transvalor'
Date de parution : 28/09/2015

Cet ouvrage d'Émile Leipp (1913-1986) présente l'acoustique dans son sens le plus large, c'est-à-dire "la science générale des sons perçus et intégrés par l'homme". Depuis 1984, date de la 4e et dernière édition, l'acoustique s'est considérablement développée, mais aucun livre n'est venu remplacer Acoustique et musique, publié pour la première fois en 1971. Devenu introuvable, le lecteur y trouvait exposé l'ensemble des questions relatives au son dans ses rapports avec la musique : production, perception, principes de fonctionnement des instruments de musique, caractérisation des lieux d'écoute. Sa rédaction claire et vivante a fait la réputation d'Acoustique et musique. Ce livre est pour tout lecteur néophyte une excellente introduction à l'acoustique, ce qui lui permettra d'aborder par la suite l'abondante littérature spécialisée.

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