Son (physique) - Définition

Fréquence et hauteur

La fréquence d'un son est exprimée en hertz (Hz), elle est directement liée à la hauteur d'un son perçu, mais n'en est qu'une des composantes (voir l'article Psychoacoustique). À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu.

Tout être vivant doté d'une ouïe ne peut percevoir qu'une partie du spectre sonore :

• les physiologistes s'accordent à dire que l'oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que dans une certaine plage de fréquences située environ (selon l'âge, la culture, etc.), entre 16 Hz (en dessous les sons sont qualifiés d'infrasons) et 20 kHz (au-delà les sons sont qualifiés d'ultrasons);
• le chat peut percevoir des sons jusqu'à 25 kHz;
• le chien perçoit les sons jusqu'à 35 kHz;
• la chauve-souris et le dauphin peuvent percevoir les sons de fréquence 100 kHz.

Certains animaux utilisent leur aptitude à couvrir une large bande de fréquences à des fins diverses :

• les éléphants utilisent les infrasons pour communiquer à plusieurs kilomètres de distance;
• les dauphins communiquent grâce aux ultrasons;
• les chauve-souris émettent des ultrasons (~80 kHz) avec leur système d'écholocation leur permettant de se déplacer et de chasser dans le noir total.

Pour avoir les fréquences correspondant aux notes de musique de la gamme tempérée (musique classique occidentale), voir Gamme tempérée > Comparaison de 3 systèmes de division de l'octave.

Espace-temps

Comme tous les phénomènes perçus, le temps joue un rôle fondamental pour l'acoustique (et encore plus en musique). Il existe même des relations très étroites entre l'espace et le temps, vu que le son est une onde qui se propage dans l'espace au cours du temps.

On distingue trois grandes classes de signaux acoustiques :

• périodiques, dont la forme se répète à l'identique dans le temps ;
• aléatoires, qui n'ont pas de caractéristiques périodiques. Dans ce qui suit, et d'une manière générale, on ne s'intéresse qu'à un ensemble restreint de ces signaux ; ceux qui ont des caractéristiques statistiques stables dans le temps. On les appelle signaux aléatoires ergodiques. Concrètement, c'est le cas des bruits « blanc ou rose » utilisés par les scientifiques et certains artistes ;
• impulsionnels : qui ne se répètent pas dans le temps et ont une forme déterminée.

Tous les signaux peuvent être définis et analysés indifféremment dans l'espace temporel ou dans l'espace fréquentiel. Dans ce dernier, on aura souvent recours à l'utilisation du spectre du signal, calculé depuis sa définition fréquentielle (dite du domaine de Fourier). Le spectre d'un signal représente les différentes « notes » ou sons purs que contient un son, appelés partiels. Dans le cas d'un signal périodique stable comme une sirène, le spectre n'évolue pas au cours du temps et présente une seule valeur appelée « raie ». Il est en effet possible de considérer tout son comme la combinaison d'un ensemble de « sons purs » qui sont des sinusoïdes (voir à ce sujet l'article sur la transformée de Fourier).

Timbre

C’est la caractéristique qui peut identifier un son d’une façon unique. Deux sons peuvent avoir la même fréquence fondamentale et la même intensité; mais ne peuvent jamais avoir le même timbre.

La musique

La musique est l'art de combiner les sons en termes de rythme, de mélodie et/ou d'harmonie (notamment), son écoute "devant" nous procure des sensations particulières. En ce qui concerne la musique occidentale tout du moins, la notion essentielle (mais subjective) est celle de la consonance qui est intimement liée au phénomène des sons harmoniques. Cependant, et depuis des siècles, les théoriciens de la musique ont buté sur l'impossibilité d'aboutir à la définition d'une échelle musicale « idéale » (voir l'exposé complet des problèmes posés dans l'article gammes et tempéraments et de plusieurs articles associés).

La comparaison de termes musicaux et de leur équivalent scientifiques (hauteur et fréquence, par exemple) montre la limite en art et science, limite que l'acoustique musicale a tenté de franchir en montrant les rapports qui peuvent s'établir entre la perception humaine de la musique et les phénomènes physiques qui peuvent être liés.