Fonctionnement de l'émission d'un son par un instrument

Un instrument émet un son par vibration de l'air. Les grandes familles d'instrument ont chacune leur façon de faire vibrer l'air. Ils se constituent d'un excitateur et d'un résonateur. C'est avec leur différentes caractéristiques physiques que l'on classe les instruments. Nous allons donc séparer les familles pour vous expliquer leur fonctionnement.

1) Les vents

Dans le cas des instruments à vent, l'excitateur se retrouve sous forme d'un dispositif qui met en vibration l'air contenu à l'intérieur de l'instrument. Le corps de l'instrument constitue le résonateur.
Voici les trois dispositifs différents qui permettent de faire vibrer la colonne d'air à l'intérieur de l'instrument pour produire le son:
­-l'air se brise sur un biseau (flûte)
-­vibration d'une anche simple ou double (clarinette, haut bois)
­-vibration des lèvres dans une embouchure (trompette)

L'air se brise sur un biseau:
Plus la longueur de l'instrument est grande plus le son est grave.
On peu diminuer la longueur de la colonne d'air en perçant des trous dans l'instrument.
Sur les instruments anciens, le nombre de trous correspondaient au nombre de doigts, mais pour les instruments plus grave il était difficile d'en atteindre certains. Ainsi les clefs ont été ajoutées sur des flûtes ce qui a permis de donner forme à de nouveaux instruments comme les flûtes traversières puis la clarinette ou le hautbois.

tête d'une flûte à bec

Vibration d'une anche:
Elles sont constituées de roseau ou de bambou qui vibrent sous l'action de l'air.
Pour la clarinette ou encore le saxophone, l'anche en bambou vibre sur le bec. (la forme de
l'instrument change son timbre.) Pour le hautbois, c'est une anche double en roseau, les deux anches vibrent l'une contre l'autre. Les anches sont dites battantes puisque pendant la moitié du temps de vibration elles battent contre une autre anche ou le bec, et l'autre moitié du temps elles sont libres.
Les anches libres vibrent librement sous l'influence de l'air.

anches simples et doubles

Vibration des lèvres dans une embouchure:
C'est en modifiant la pression des lèvres sur l'embouchure que le musicien fait des notes différentes. Elles jouent le rôle d'une anche double.
Il peut produire n'importe quelle note mais les cuivres amplifient plus facilement les harmonique naturels qui correspondent aux longueurs d'ondes égales à 1,1⁄2,1/3... de la longueur de l'instrument.
De cette façon le nombre de notes étant restreint, l'ajout de trou et de clef à été tester mais cela altère le timbre de l'instrument puisque l'air ne passe plus par le pavillon. Ainsi l'invention du piston vers les années 1815 a permis de modifier la longueur de la colonne d'air. (la géométrie de l'instrument modifie le timbre, comme le rapport du diamètre et de la longueur, l'évasement du pavillon, la forme de l'embouchure). Le trombone à coulisse fonctionne sur le même principe, seulement pour allonger la colonne d'air c'est la coulisse qui est utilisée.

modification de la colonne d'air grâce à un piston

2) Les cordes et les percussions

Pour les instruments à cordes, l'excitateur est une corde. Nous pouvons distinguer les cordes pincées (clavecin, guitare, harpe...), les cordes frottées (violon, violoncelle...) et les cordes frappées (piano, cymbalum...). Le son qu'émet une corde dépend de plusieurs facteurs:
     -la taille de la corde : plus la corde est longue, plus le son est grave.
     -la tension à laquelle la corde est soumise: plus la tension est élevée, plus le son est aigu.
     -le diamètre de la corde: plus le diamètre de la corde augmente, plus le son est grave.
     -la densité: plus la densité du matériau dont est faite la corde est élevée, plus le son est grave.

Exemple du piano:
­Cordes graves: Longues, diamètre épais, matériaux denses
­Cordes aiguës: Courtes, diamètre fin, matériaux moins denses, tendues

De plus, les vibrations produites par les corde ne sont pas suffisantes pour que le son se propage de manière distincte. Ainsi, on ajoute un amplificateur par lequel les vibrations transmises se transforment en onde sonore résonnant dans le volume d'air enfermé à l'intérieur du corps de l'instrument. Les vibrations se transmettent par l'intermédiaire d'un chevalet à une table d'harmonie souvent accolée à une caisse de résonance; c'est le résonateur.

 

La famille des percussions regroupe une vaste catégorie d'objets émettant un bruit ou un son lorsqu'ils sont frappés. Le son peut être émit par une membrane tendue et va dépendre de la tension à laquelle la membrane est soumise, du volume de l'instrument et de la forme de la caisse.  Il existe aussi une autre technique qui consiste à frapper une série de lamelles en bois (xylophone) ou métalliques (célesta) de longueurs différentes; le son est alors amplifié par des résonateurs situés sous chaque lamelle. L'excitateur peut donc se traduire de différentes manières comme par une membrane complétée d'une caisse de résonance (ce qui est le cas du tambour) et ou bien l'instrument lui-même est à la fois excitateur et résonateur (cas du triangle).