Pourquoi un violon et une flûte ne sonnent-ils pas pareil ?
Un violon et une flûte jouent la même note, un la à 440 Hz. Les yeux fermés, tu reconnais pourtant chaque instrument. Même note, même hauteur, et un son différent : c’est le timbre, et il vient des harmoniques.
Une note, c’est plusieurs fréquences à la fois
Quand une corde de violon vibre, elle ne vibre pas d’une seule façon. Elle vibre en entier, ce qui donne la fréquence la plus basse, le fondamental. Mais elle vibre aussi en deux moitiés, en trois tiers, en quatre quarts… en même temps. Chacune de ces vibrations ajoute un son de fréquence 2, 3, 4 fois plus élevée : ce sont les harmoniques.
Pour un la à 440 Hz, les harmoniques sont à 880 Hz, 1 320 Hz, 1 760 Hz… Chaque instrument les produit dans des proportions différentes. Le mathématicien Joseph Fourier a montré au début du XIXe siècle que tout son périodique peut se décomposer ainsi en une somme de sons simples.
L’essentiel à retenir
Son musical = fondamental (fréquence f, fixe la hauteur) + harmoniques (2f, 3f, 4f…) — leurs proportions donnent le timbre
Le spectre d’un son montre l’amplitude de chaque harmonique : on le lit comme une « signature » de l’instrument. Un diapason produit un son presque pur, sans harmoniques ; une clarinette renforce surtout les harmoniques impairs (3f, 5f…).
Le piège à éviter
Beaucoup pensent que deux instruments jouant la même note produisent le même son. Ils ont le même fondamental (même hauteur), mais pas les mêmes harmoniques. Les fréquences des harmoniques sont toujours des multiples entiers du fondamental : un harmonique à 1,5 f n’existe pas pour un son périodique.
À quoi ça sert ?
Les synthétiseurs imitent les instruments en dosant les harmoniques. Les égaliseurs d’une enceinte renforcent ou atténuent certaines fréquences. Les luthiers et les ingénieurs du son analysent le spectre pour améliorer un instrument ou une salle. Et l’octave, intervalle de base de la musique, correspond simplement à une fréquence multipliée par 2.
Questions fréquentes
C’est quoi un harmonique ?
C’est une composante d’un son musical dont la fréquence est un multiple entier du fondamental : 2f, 3f, 4f… Les harmoniques donnent sa couleur au son.
Quelle différence entre hauteur et timbre ?
La hauteur dépend de la fréquence du fondamental (grave ou aigu). Le timbre dépend des harmoniques et de leurs proportions : il permet de reconnaître l’instrument.
Quelles sont les harmoniques d’un la à 440 Hz ?
880 Hz, 1 320 Hz, 1 760 Hz, 2 200 Hz… soit 2, 3, 4 et 5 fois 440 Hz.
C’est quoi le spectre d’un son ?
C’est un graphique qui montre l’amplitude de chaque fréquence présente dans le son. Pour un son musical, on y voit des pics au fondamental et à ses harmoniques.
Pour aller plus loin
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