Les
Petites Pommes
du Savoir

Derniers titres parus

no56. Y a-t-il d’autres planètes habitées dans l’Univers ?Pascal Bordé

no57. Pourquoi la marmotte hiberne-t-elle ? André Malan

no58. Qu’est-ce qu’un gène ? Charles Auffray

no59. Qu’y a-t-il dans un réacteur nucléaire ?Jean-Marc Cavedon

no60. Comment voyons-nous ? Sylvie Chokron et Christian Marendaz

no61. Pourquoi les rivières débordent-elles ?Vazken Andréassian

no62. Pourquoi les mammifères ne pondent-ils pas d’œufs ? François Moutou

no63. Qu’est-ce que la relativité ? François Vannucci

no64. Les nanotechnologies doivent-elles nous faire peur ? Louis Laurent et Jean-Claude Petit

no65. Qu’est-ce qu’un prion ? Corinne Ida Lasmézas

no66. D’où viennent les tempêtes ? Robert Sadourny

no67. Qu’est-ce qu’un nombre ? Benoît Rittaud

no68. Qui sont vraiment nos lointains ancêtres ? Bruno Maureille et Pascal Murail

no69. Comment entendons-nous ? Gérald Fain

no70. Pourquoi les oiseaux chantent-ils ? Vincent Bretagnolle

no71. Les plages vont-elles disparaître ? Roland Paskoff

no72. E = mc2 ? Jean-Louis Bobin

no74. La musique est-elle une science ?Alain Schuhl et Jean-Luc Schwartz

Pour le Greg

conception graphique :
Atelier Daniel Leprince
relecture : Valérie Gautheron

Le Pommier, 2005

Tous droits réservés

ISSN : 1625-1245

ISBN : 9782746514287

170 bis, boulevard du Montparnasse 75014
www.editions-lepommier.fr

Collection développée avec le concours du ministère de la Culture et de la Communication (Centre national du livre et Cité des sciences et de l’industrie), dans le cadre du Fonds Jules-Verne.

www.centrenationaldulivre.fr

Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo.

La musique est avant tout un rêve partagé. Il serait bien illusoire de tenter d’en donner une représentation cartésienne. Pourtant, sur le long chemin qu’elle emprunte depuis le cerveau du compositeur jusqu’aux émotions de l’auditeur, la musique côtoie de nombreux domaines scientifiques.

Lorsqu’elles naissent au cœur de l’instrument, les notes de musique deviennent des objets sonores, et à ce titre entrent dans le territoire de l’acoustique. Ce sont toutefois des sons suffisamment particuliers pour qu’une discipline, l’acoustique musicale, leur soit consacrée. Cette science nous permet d’expliquer pourquoi la même note jouée sur deux instruments distincts ne sonne pas de la même manière, mais aussi de décrire le processus de création du son. Pour cela, elle fait appel à la physique, le son devient alors un phénomène de vibration, une oscillation régulière qui se déplace rapidement vers l’auditeur. En musique, les vibrations sonores de nombreuses notes se mélangent. Les mathématiques nous aident à choisir judicieusement la vibration émise par chacune des notes pour que cet enchevêtrement sonore soit harmonieux.

Mais l’acoustique musicale ne se réduit pas à la seule description physique du son. Elle s’intéresse également aux mécanismes de la perception auditive. Elle fait ainsi appel à la physiologie pour traiter de l’action des vibrations sur l’oreille et de la transmission du signal sonore au cerveau.

De l’oreille externe à l’oreille interne, des neurones au cerveau, une image dynamique du signal sonore se construit progressivement. C’est parce qu’il en extrait les parties importantes que le cerveau est à même de suivre les bruits et les chants du monde. Grâce aux progrès récents des sciences cognitives, nous pouvons pénétrer dans les mécanismes que met en œuvre le cerveau pour interpréter l’information musicale, et ainsi partager le rêve du compositeur.

De petites notes
qui surfent
sur les ondes

C’est grâce à nos oreilles que nous pouvons écouter les sons. Cette évidence nous permet de définir le son par la capacité de notre système auditif à l’entendre. L’oreille dispose pour capteur d’une fine membrane particulièrement sensible aux variations de pression de l’air. Un son est donc associé à une fluctuation de la pression au voisinage de l’oreille. Il existe de nombreux sons, très différents les uns des autres, des graves et des aigus, certains sont secs et d’autres lancinants, mais ils se distinguent d’abord par leur intensité. Entre un bruit de faible intensité sonore comme le bruissement d’une feuille et le grondement de l’orage, c’est l’importance de la fluctuation de pression qui change. À cet égard, la sensibilité de l’oreille est phénoménale : elle peut capter une variation de pression dix milliards de fois plus faible que la pression atmosphérique ambiante.

Les notes de musique sont des sons très particuliers pour lesquels la fluctuation de pression se reproduit à intervalle régulier, comme le balancier de l’horloge. Cet intervalle de temps qui définit la régularité de la fluctuation s’appelle la période. Le son émis par le diapason oscille 440 fois par seconde, c’est-à-dire avec une période de 2,27 millièmes de seconde. La fréquence mesure le taux de répétitions par seconde. Elle s’exprime en hertz. Pour le la du diapason, la fréquence est de 440 hertz, aussi notée 440 Hz. La fréquence est d’autant plus grande que la période est petite. En musique, la fréquence du son est directement reliée à la hauteur de la note. Un son aigu correspond à une valeur élevée de la fréquence aussi appelée « haute fréquence » ; à l’inverse, une basse fréquence de modulation produit un son grave.

Nous l’avons dit, l’oreille est un capteur formidable, mais seulement dans un certain domaine. Sa sensibilité est maximale pour une gamme de fréquences comprises entre 1 000 et 4 000 Hz, elle diminue rapidement dès que l’on s’éloigne de cette région. Des vibrations de fréquences inférieures à 20 Hz ne produisent plus aucune sensation sonore. À l’autre extrémité, au-dessus de 20 000 Hz, l’audibilité des sons disparaît chez la majorité des êtres humains.

Les ondes acoustiques

Le son ne reste pas sur place, il se propage. Nous sommes ainsi informés des événements sonores se déroulant dans notre voisinage, avec cependant un léger retard car la propagation n’est pas instantanée. Dans l’air, la vitesse de déplacement du son, appelée tout simplement « vitesse du son », est voisine de 340 m/s, soit 1 200 km/h. Dans le sol comme dans tout solide, le son se déplace plus rapidement, jusqu’à 10 km/s pour certains matériaux très durs. Cet écart peut avoir des conséquences surprenantes. Si, par exemple, un passant se trouve à environ 3 km du site d’une explosion, il entendra non pas une, mais deux explosions : ce sont en fait deux images sonores de la même explosion qui lui parviendront. La première, transmise à grande vitesse par le sol, lui arrivera une petite seconde après l’explosion. La seconde l’atteindra une dizaine de secondes plus tard après s’être déplacée lentement dans l’air.

Un bruit sec comme un coup de tambour produit une fluctuation brève de la pression. Cette perturbation se propage ensuite dans toutes les directions. Malheureusement, le son est difficile à voir car l’air est invisible. On en obtient cependant une image assez fidèle en jetant une pierre à la surface d’un plan d’eau calme. Cela génère un rond qui s’agrandit en s’éloignant du point d’impact. Pour obtenir un phénomène périodique, il suffit de jeter à intervalles réguliers des pierres au même endroit. Le train de vaguelettes ainsi créé s’appelle une « onde ». De la même manière, pour une note de musique, un train périodique de « vaguelettes » de pression se propage dans l’air. C’est une onde sonore, ou onde acoustique.