Un son, même isolé, fournit un ensemble d’information qui permet à l’ouïe de le reconnaître. Mais il faut l’ensemble des éléments caractéristiques, transitoires (attaque et extinction) et spectre harmonique pour que ce soit possible. Il suffit de supprimer un seul de ces éléments pour que cette reconnaissance soit incertaine ou impossible.

Le timbre n’est donc pas caractérisé par le seul spectre. On peut même dire que les transitoires sont plus caractéristiques d’un son que ne l’est le spectre.

Il faut aussi ajouter que l’acoustique n’a de sens que par ce qu’on entend ou écoute et que l’oreille a une sensibilité variable aux différentes fréquences. Une même intensité réelle à 30, 300, 3000 ou 15000 Hz ne sera pas perçu comme ayant la même intensité. Un instrument avec une très large tessiture ne pourra pas en conséquence avoir un timbre homogène aux différentes hauteurs d’émission. C’est du moins la sensation que nous aurons, sensation qui sera alors en contradiction avec la lecture d’un sonagramme ou avec la réalité physique.

Harmoniques et Partiels

La sensation de timbre est liée au nombre de composant (partiels), de leur situation dans l’aire audible, de leur intensité relative et de leur niveau de consonance avec le fondamental. On entend, bien sur, plutôt les harmoniques des sons graves, puisque par exemple un fondamental de 3000 Hz aura son harmonique 5 a 15000 Hz, pratiquement inaudible. Donc un son riche très aigu paraîtra pourtant pauvre… Ainsi, les chanteurs pratiquant l’émission diphonique émettent un bourdon grave qui leur permettra d’émettre un grand nombre d’harmoniques.

Typologie physique et perceptive des spectres harmoniques

Transitoires

L’attaque et l’extinction du son sont nommés “transitoires” en acoustique. Les transitoires sont fonction du mode d’excitation, de la nature des matériaux, et de la structure du corps sonore.

Une percussion produit un transitoire d’attaque remarquable sur un sonagramme, sous la forme d’une hachure verticale couvrant toutes les fréquences. Ce sera le cas par exemple du piano, mais si on pratique une écoute active, ce qui est visible est tout aussi audible, on entend la percussion…

Les cordes frottées produisent un brouillard à l’émission, une sorte de bruit blanc qui donne au timbre son caractère soyeux. Un son très attaqué produira en plus une courte hachure verticale caractéristique de la percussion.

Dans le cas de la flûte, les raies représentant les harmoniques débutent en forme de fuseau, on accroche le son progressivement… On remarque aussi un brouillard, comme dans le cas du violon, bien qu’il soit assez différent, il ne couvre pas toute la hauteur du spectre et par contre se prolonge dans le temps.

Comme le dit Leipp : “Transitoires d’attaque et d’extinction sont donc une espèce de signature, d’empreinte tonale de l’instrument (et j’ajouterai pour ma part de l’instrumentiste…), nous permettant de différencier les timbres indépendamment du spectre. Si l’on considère la musique comme un message, insistons sur le fait que l’information contenue dans les transitoires est considérable ; en effet, ce qui est important, c’est ce qui change dans le temps ! Or, les transitoires évoluent plus vite que le son lui-même : d’où leur rôle déterminant dans les sons musicaux."

Timbres caractéristiques

La nature même de l’instrument détermine quels harmoniques seront émis.

Une flûte émet un fondamental fort et les premiers harmoniques seulement. Le son est pauvre. La représentation (la somme des sinusoïdes) est assez arrondie.

Un violon émet un fondamental faible et un grand nombre d’harmoniques dont certains sont renforcés, plus forts même que le fondamental. Le son est riche. La représentation est en forme de dents-de-scie et plus la chute de la dent est verticale et plus le nombre d‘harmoniques est important.

La clarinette ou la flûte de Pan n’émettent que les harmoniques impairs. La représentation est en forme de créneaux, on parle de “signal carré”.

Pour ces familles d’instruments, les harmoniques et le fondamental s’éteignent simultanément.

Le piano émet un fondamental marqué par des irrégularités (battements) et un grand nombre de partiels régulièrement disposés, disposés comme des harmoniques. Le son est riche. Les partiels s’éteignent avant le fondamental.

Les cymbales émettent des partiels quasi harmoniques et dans un large spectre.