Le Timbre

I. Introduction

Les musiciens attribuent aux sons musicaux des qualités particulières: hauteur, intensité et timbre. Le timbre, c’est ce qui distingue entre eux des sons de même hauteur et de même intensité. Ainsi, nous sommes capables de distinguer une note jouée au piano d’une même note jouée à la trompette ou au violon. Si on fait jouer un la à 440 Hertz à plusieurs instruments, on sera toujours capable de dire qu'il s'agit d'un la, c'est à dire de reconnaître la fréquence fondamentale. Mais on sera d'accord pour dire aussi que les différents instruments ont des timbres différents : on sait reconnaître une clarinette ou un violon. Cela s’explique par le fait que les harmoniques du "la" de la clarinette sont différents de ceux produits par le violon. Leur importance relative n'est pas la même. Dans le violon, tel ou tel harmonique est plus présent que pour la clarinette, alors que d'autres le sont moins.

Les termes utilisés pour décrire le timbre d’un instrument sont empruntés au vocabulaire des sensations visuelles, tactiles, gustatives: ainsi, on dit qu’un un son est «clair», «rond», «chaud», «aigre»... Ces expressions, bien qu’elles aient le mérite d’être fort suggestives, gardent un sens flou et peu précis. Depuis fort longtemps, les experts en acoustique ont tenté de qualifier plus clairement ces timbres, ce qui n’a pas pu être effectué avant que l’homme ne comprenne la nature physique d’un son.

Un son musical normal n’est jamais un phénomène simple, mais un agrégat d’un nombre plus ou moins grand de composantes. Ces composantes sont des «harmoniques» lorsque leur fréquence est un multiple entier de celle du son de base (fondamental), des «partiels» lorsque leur fréquence est quelconque. Lorsque ces composantes sont composées de «grains de son» aléatoires, n’ayant aucune relation entre eux, on parle tout simplement de bruit.

 

 

II. Les facteurs qui déterminent le timbre

 

Le timbre est d’abord déterminé par le nombre de composantes présentes dans un son musical: selon le cas, il est «riche» ou «pauvre». Il convient toutefois de bien insister sur le fait que l’oreille humaine n’est pas également sensible aux diverses fréquences: elle n’entend pas les composantes trop aiguës ou trop graves (infrasons et ultrasons)et perçoit les composantes d’autant mieux qu’elles sont voisines de la «zone sensible» (de 500 à 5 000 vibrations par seconde, soit de 500 à 5 000 Hz). On notera que des composantes très intenses sont susceptibles d’en «masquer» d’autres: ces dernières existent alors physiquement, mais sont imperceptibles pour l’oreille. Ainsi, le nombre et l'intensité relative des harmoniques déterminent plus spécifiquement le timbre, dépendamment du principe de fonctionnement, de la forme, et de la dimension des différents instruments sonores.

L’intensité relative des composantes intervient de façon très caractéristique pour nuancer la richesse et la pauvreté du son. Un son riche dont les composantes inférieures sont intenses est «plein», «éclatant»; si elles sont faibles, le timbre est «maigre»... Si les composantes inférieures sont faibles et les composantes aiguës intenses, le son peut devenir «nasillard». Lorsque les harmoniques pairs sont faibles, le timbre «sonne la clarinette». Tous ces termes, et d’autres, recouvrent des «balances d’intensité relative» différentes…

Il fut un temps où l’on pensait que seuls les sons composés exclusivement d’harmoniques étaient «musicaux». Cette conception est dépassée alors que seuls les instruments à sons tenus (violon, clarinette, flûte) peuvent produire des sons «harmoniques» et les instruments à percussions (piano compris) ne peuvent fournir que des partiels. Cependant, il est certain que la présence exclusive d’harmoniques confère aux sons une qualité particulière de consonance, comparativement à ce qui est le cas lorsqu’on est en présence de partiels (qui ont tendance à rendre le timbre «grinçant»). En revanche, un harmonique intense d’un son aigu rend celui-ci tout aussi «inharmonieux» qu’un partiel. Cet exemple nous oblige à considérer une variable supplémentaire du timbre: la situation des composantes dans l’échelle des fréquences. Celle-ci détermine le caractère général «sombre» ou «clair» du timbre. Lorsque la zone sensible de l’oreille (de 500 à 5 000 Hz) est dégarnie, le timbre sonne «creux». Inversement, si toutes les composantes sont concentrées dans la zone sensible, le timbre devient «agressif».

 

III. Relation entre timbre et spectre

caractéristiques du spectre
timbre correspondant
Son complexe grave avec peu d'harmoniques Timbre velouté, moelleux (type bourdons de l'orgue)
Son complexe grave avec des harmoniques de faible intensité Timbre pauvre (sensation apparentée au son simple), maigre (type instruments à cordes frottées orientaux : longue corde et petite caisse de résonnance)
Son complexe avec des harmoniques d'importance décroissante Timbre rond, chaud, plein (type flûte traversière, régistre grave)
Son complexe avec des harmoniques supérieurs relativement intenses Timbre éclatant, criard, aigre (type instruments à cordes frottées orientaux)
Son complexe suraigu avec très peu d'harmoniques audibles Timbre strident, perçant, détimbré
Son complexe sans fondamental avec des harmoniques inférieurs faibles Timbre nasillard (type clarinette ou basson, régistre grave)
Son complexe avec des harmoniques impairs prédominants Timbre apparenté à la clarinette (type clarinette, régistre médium)
Son complexe avec des harmoniques pairs prédominants Timbre clair (type violon)

 

Les cordes frappées du piano produisent des composantes qui ne sont pas tout à fait des harmoniques du fondamental, leurs fréquences dépassent les multiples entiers.

Son complexe avec des partiels inharmoniques Timbre riche (type piano) ...

 

Son complexe sans harmoniques ni partiels définis: les composantes n'ont aucun rapport entres elles quant à leurs fréquences.

Bruit blanc toutes les fréquences à la même amplitude
Bruit blanc bref, ou bruit coloré bref choc
Bruit coloré ou de bande une ou plusieurs bandes de fréquences intenses

 

            Ces tableaux montrent bien que le timbre est la caractéristique qui confère à un instrument son indépendance. Le document suivant prouve que chaque instrument à une bande de fréquence qui lui est particulière, ce qui signifie que deux instruments différents auront forcément des harmoniques différents et donc un timbre dissemblable.

 

 

 

IV. Les Transitoires : un phénomène trop souvent mis à l’écart

On a montré que le timbre résulte largement de la combinaison entre le nombre, l’intensité relative, le rapport «harmonique» et la situation des composantes des sons. Cependant, les transitoires ont, elles aussi, un rôle très important pour le timbre d’un instrument.

Un son musical ne s’établit et ne s’éteint pas instantanément. On appelle «transitoires» les phénomènes acoustiques évolutifs désignant spécifiquement l'attaque et l'extinction d'un son complexe. La durée de ces phénomènes transitoires, mais aussi l’ordre d’apparition et d’extinction des divers composants des sons (harmoniques et partiels), conditionnent largement le timbre ; dès l’apparition de la bande magnétique, il a été facile de le montrer. En effet, il suffit de lire une bande de musique de piano à l’envers pour confondre le timbre du piano avec celui de l’accordéon, de couper les attaques du violon pour ne plus reconnaître l’instrument ou encore de «gonfler» artificiellement l’extinction d’un accord de piano pour penser qu’il s’agit d’un accord d’orgue!

Les transitoires d'attaque jouent un rôle capital dans l'identification du timbre. Son allure sonographique compliquée comporte souvent du bruit, elle indique par ailleurs que les harmoniques n'apparaissent pas en même temps.

Exemples de durée du transitoire d'attaque:

·   20 ms = trompette

·   36 ms = saxophone

·   50 ms = clarinette

·   200 ms = flûte

·   800 ms = orgue (certains jeux)

Pour ce qui est des transitoires d'extinction, Les composantes disparaissent successivement à la fin d'un son complexe (cas typique du piano avec les étouffoirs). Les transitoires ont ainsi un rôle essentiel pour le timbre d’un instrument alors que ce sont surtout eux que l'oreille retient pour associer un instrument et son timbre.
V. Le timbre tel qu’il est perçu
Le timbre d’un instrument ne dépend pas seulement du son émis par l’instrument, mais aussi de la manière dont celui est perçu. En effet, divers facteurs peuvent entraîner une altération du son produit par un instrument.

Tout bon mélomane est conscient de l’importance de la sonorité des locaux lors de concerts de musique classique. En effet, une « mauvaise » salle modifie le timbre d'origine par filtrage, à cause des matériaux et des distances. Certains harmoniques sont alors atténués ou amortis, alors que d'autres sont au contraire amplifiés par le phénomène des résonances, de la réverbération : tel violon paraît «sec», «maigre» dans un petit local très amorti et «sonne» à merveille, avec un timbre «moelleux» et «riche», dans telle salle réverbérante. Le timbre en ressort altéré, teinté des caractéristiques spécifiques d'un local donné. L'interprète a une perception différente de l'auditeur situé à distance dans une salle de concert.

Comme on le voit, la notion de timbre recouvre une combinatoire très compliquée de nombreuses variables. Il convient une fois encore d’insister sur le rôle de l’oreille individuelle dans l’appréciation du timbre. L’oreille d’une jeune personne perçoit bien l’aigu et le suraigu, alors qu’une oreille plus âgée ou déficiente les perçoit mal: cette perte progressive de l'audition dans l'aigu, nommée presbyacousie, amène des conséquences directes sur l'intensité et la hauteur, et donc sur le timbre.

 

VI. Conclusion

D’une façon très générale, si le timbre de tel ou tel instrument dépend de la nature de l’excitation et des particularités physiques du corps sonore, le musicien peut plus ou moins agir sur le timbre en cours de jeu. Armé du même instrument, tel musicien a une «jolie sonorité» alors que tel autre a un «vilain timbre»... On notera encore que l’appréciation de la qualité du timbre est largement fonction du conditionnement musical auquel a été soumis l’auditeur. Le concept de timbre n’a donc pas la belle simplicité qu’on lui attribuait naguère, et les variables psychophysiologiques y comptent peut-être autant que les variables physiques.