Timbre de la voix

En musique, le timbre est l'une des caractéristiques du son. Cette composante essentielle, quoique longuement étudiée, n'a été que tardivement comprise.

L'organologie, sous l'impulsion des facteurs d'instruments, a développé son étude sur des bases purement intuitives, la finesse de nos sens nous permettant de distinguer des différences même minimes entre diverses catégories de sonorités. Les compositeurs ont également fortement contribué à cette étude, l'orchestration ayant développé une base théorique aux polyphonies de timbres. Sur le plan psychoacoustique, les conditions de l’écoute peuvent aussi faire varier l’appréciation de la couleur d’un instrument, et donc de son timbre.

Sommaire 1 La décomposition harmonique 2 Les autres paramètres du timbre 3 Analyse-synthèse 4 Bibliographie 5 Sujet connexes

La décomposition harmonique

Les premiers travaux de Joseph Fourier sur la décomposition d'une fonction périodique en une somme de fonctions sinusoïdales simples avaient laissé penser que la solution du problème devait se trouver dans l'analyse harmonique du son.

Les appareils d'analyse de son de plus en plus perfectionnés sont venus infirmer ces hypothèses, qui ne sont correctes que pour un son périodique. Le sonagraphe, dont la création remonte aux années 1940 dans les Bell Laboratories, a permis d'explorer plus avant la décomposition du son en partiels et en harmoniques. La seule courbe d’enveloppe, qui exprime l’amplitude globale en fonction du temps, est apparue comme inadéquate à la description des caractéristiques du timbre. C'est la combinaison de la variation de l'amplitude de chaque composante harmonique (potentiellement une infinité) qui est nécessaire.

Seul le sonagraphe, appareil de représentation graphique de la totalité des dimensions du phénomène (temps - fréquence - amplitude) a permis de suivre un spectre évolutif, dont chaque composante a une intensité relative qui évolue avec le temps.

Les autres paramètres du timbre

D’autres éléments, physiquement simples à décrire, ne sont qu’intuitivement perçus comme influençant notre perception du timbre, et l’importance de leur rôle au sein du champ de cette reconnaissance est difficile à appréhender. La brillance, les formants, par exemple, mais aussi le vibrato, la texture sonore. Helmholtz dans sa théorie physiologique de la musique, a présenté une théorie s’appuyant sur la mise en évidence des harmoniques d’un son périodique et le calcul de leur intensité au moyen de résonateurs.

Il découvrait parallèlement les fréquences de partiels inharmoniques et observait leur importance dans la nature du son. À sa suite, Carl Stumpf, philosophe et psychophysiologiste allemand, notait dans les années 1930, l'importance des transitoires (portion infime de l’attaque du son), du vibrato, des composantes spectrales (régions formantiques), de la chute dans la dimension du timbre. La portion d’attaque est essentielle à l’identification de l’instrument. Ces transitoires d’attaque sont des phénomènes qui peuvent durer de 20 ms jusqu’à 200, voire 300 ms, selon les instruments, et qui affectent toute modification de la perception du timbre. Ces travaux révélèrent que les caractères proprement musicaux des sons sont inscrits dans la partie stationnaire

Mais on doit surtout aux travaux du LAM (Laboratoire d'Acoustique Musicale de l’université Paris VI), dirigé par Émile Leipp dans les années 70, d'avoir montré que bien des composantes du son (discrètes et continues) ne sont que des composantes psychologiques, psychoacoustiques, qui ne prennent place qu’au niveau cérébral, neuronal de la reconnaissance du timbre. L’étude des modes de jeu de certains interprètes révèle par exemple que la phase stationnaire est continuellement différenciée et varie perpétuellement au cours de l’exécution d’une œuvre. Beaucoup de composantes timbrales sont donc des éléments vivants, dynamiques : même si notre oreille ne peut les reconnaître intuitivement, elle sait le faire inconsciemment.

Analyse-synthèse

À partir de ces analyses, la synthèse sonore a procédé par décomposition-recomposition pour élaborer ses modèles, et a ainsi permis de franchir un pas supplémentaire dans la compréhension des mécanismes de la reconnaissance du timbre.

Initiée pour l’analyse-synthèse des sons cuivrés par Jean-Claude Risset (entre 1964 et 1969), l'étude des composantes spectrales du timbre des instruments fut reprise par James Andrew Moorer et John Michael Grey qui mirent en exergue un spectre à trois dimensions (fréquence, intensité, temps), ainsi que par Dexter Morrill dans une remarquable étude de la trompette : ces analyses ont permis de mettre en valeur l’évolution temporelle du spectre, et révélé l’importance de l’attaque et de l’enveloppe dynamique.

Elles démontrent l’émergence progressive de certains harmoniques (de rang élevé) plus forts dans la partie stationnaire que dans l’attaque et la décroissance. Le concept d’espace de timbres introduit (en 1975) par J. M. Grey a ouvert la voie à la notion controversée de matériau musical, en le situant dans une représentation multidimensionnelle. Ainsi, le passage à des représentations à n (>2) dimensions est particulièrement significatif de la prise de possession des paradigmes mathématiques pour la représentation du timbre.

Nous avons donc tout à fait besoin d’une vision neuve pour évaluer ce champ conceptuel de timbre. Juger un timbre revient à comparer deux matrices d’information. Du coup, les recherches qui visent à faire du timbre un élément de construction révèlent une difficulté essentielle et provoquent une réflexion sur la fonction formelle d’un paramètre mal connu.

Petit à petit l’intégration de certaines données scienti­fiques permet à de nouveaux paramètres de la vibration sonore de prendre place dans notre connaissance de la formation du timbre et dans celle plus créatrice du domaine d’influence de la fonction tim­brale. Il en est ainsi, comme nous l’avons dit, des transitoires, de l’at­taque, du vibrato, des composantes spectrales (régions formantiques), de la chute … Mais si un classement par formes (formes d’ondes, d’attaques, d’enveloppe, de spectre) suffirait à l’établissement d’une typologie du sonore, il n’est pas sûr qu’un tel classement puisse s’ef­fectuer au niveau musical, tant ce niveau se situe dans une autre hié­rarchie. En fait, bien des composantes du son (discrètes et continues) ne sont que des composantes psychologiques, qui ne prennent place qu’au niveau cérébral, neuronal, et les données auxquelles elles se rattachent dans la musique sont fondées sur une base plus esthétique que rationnelle.

Bibliographie

Helmholtz (Hermann Ludwig von), Die Lehre der Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik (1863), Théorie physiologique de la musique, Paris, Masson, 1868, reprint Sceaux, J. Gabay, 1990, 544 p.

Risset (Jean-Claude), “Hauteur et timbre des sons” , Rapport IRCAM, 11/1978, Paris, IRCAM Centre Georges Pompidou, 1978, 19 p.

Barrière (Jean-Baptiste) (coord.), Le timbre, métaphore pour la composition, IRCAM, Christian Bourgois éditeur, Paris, 1991, 594 p.

Sujet connexes

• Rationalisation et mathématisation de la musique
• LAM (laboratoire d'acoustique musicale de l’université Paris VI)

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