Lorsque la plupart des gens entendent le mot " vague ", ils imaginent l'océan : houle roulante, vagues déferlantes, et peut-être même un surfeur qui s'effondre de façon spectaculaire. Mais dans le monde de la musique et du son, les vagues fonctionnent un peu différemment.

Cela ne veut pas dire que les vagues océaniques et les ondes sonores n'ont pas beaucoup de points communs. Toutes deux se déplacent dans l'espace, transportent de l'énergie et peuvent être mesurées en termes de taille et de vitesse.

Bien sûr, la grande différence est que les ondes océaniques se déplacent dans l'eau, tandis que les ondes sonores se déplacent dans l'air (ou dans tout autre matériau qu'elles traversent). Alors que les vagues océaniques sont faciles à voir, les ondes sonores sont un peu plus complexes, car elles agissent dans le domaine microscopique.

Savoir comment ces ondes se comportent peut s'avérer extrêmement utile pour toute personne travaillant avec le son, qu'il s'agisse d'un ingénieur du son, d'un constructeur de studio ou d'un concepteur de traitements acoustiques. Alors, décomposons tout cela de la manière la plus simple possible !

Qu'est-ce qu'une onde sonore ?

À la base, une onde sonore n'est qu'une vibration qui se déplace dans l'air (ou dans l'eau, ou dans un solide. Le son ne fait pas la fine bouche). C'est la raison pour laquelle nous entendons tout, de la musique aux voix en passant par les bruits de la nuit !

Nous décrivons les ondes sonores en fonction de quelques caractéristiques clés, notamment leur vitesse de déplacement (fréquence), leur taille (amplitude) et leur évolution dans le temps. Mais avant d'aborder tout cela, il est important de comprendre que les ondes sonores sont un type particulier d'ondes appelées ondes longitudinales.

Contrairement aux vagues océaniques, qui se déplacent de haut en bas tout en avançant, une onde longitudinale pousse et tire l'air dans la même direction que celle dans laquelle elle se déplace.

Pour se représenter le fonctionnement d'une onde longitudinale, il suffit de penser à une longue file de personnes se tenant toutes côte à côte. Si la première personne se penche en avant et heurte la suivante, et que cette dernière fait de même avec la suivante, vous obtenez une réaction en chaîne, tout comme les molécules d'air réagissant à un son. Ce mouvement de va-et-vient explique pourquoi le son est souvent appelé " onde de pression ".

Lorsque nous parlons d'ondes sonores dans la musique et dans la vie quotidienne, il s'agit en fait d'ondes de pression acoustique. Ces ondes sonores se situent dans la gamme de l'audition humaine, qui s'étend approximativement de 20 Hz à 20 000 Hz. Au-dessous des sons perçus par l'oreille humaine se trouvent les infrasons, qui sont trop faibles pour que nous les entendions, mais qui sont utiles pour détecter les tremblements de terre et suivre les éléphants (oui, vous avez bien lu). Au-dessus de la gamme de l'oreille humaine se trouvent les ultrasons, que nous utilisons pour tout, de l'imagerie médicale au nettoyage des bijoux. Nous reviendrons sur ces derniers dans un instant.

Au-delà de la musique, les ondes sonores jouent un rôle important dans plusieurs secteurs d'activité. Elles aident les médecins à voir à l'intérieur du corps humain et permettent aux sous-marins de naviguer sous l'eau. En tant que musiciens et producteurs, ces ondes sont à la base de tout ce avec quoi nous travaillons, et mieux nous les comprenons, plus nous avons de contrôle sur notre son.

Quelles sont les composantes d'une onde sonore ?

Les ondes sonores peuvent sembler relever de la magie noire, mais comme tout ce qui relève de la physique, elles obéissent à un ensemble de règles. Chaque son que nous entendons possède des caractéristiques spécifiques qui définissent son comportement, et il existe une poignée de composants clés qui façonnent les ondes sonores.

Fréquence

La fréquence est l'un des principaux facteurs qui déterminent la façon dont nous entendons les sons. En termes simples, il s'agit de la vitesse de vibration d'une onde sonore. Nous la mesurons en hertz (Hz), qui indique le nombre de cycles de l'onde en une seconde.

Plus la vibration est rapide, plus la fréquence est élevée. Et c'est la fréquence qui détermine la hauteur du son. Par exemple, un do central sur un piano a une fréquence d'environ 261,6 Hz, ce qui signifie que l'air vibre à cette vitesse par seconde pour produire la note. En revanche, une note de basse peut se situer autour de 60 Hz, et un sifflement de chien perçant peut s'élever à plus de 20 000 Hz (ce qui, comme par hasard, correspond à la limite de l'ouïe humaine).

Longueur d'onde

La longueur d'onde (λ) est la taille d' une onde sonore, c'est-à-dire la distance qu'elle parcourt en un cycle complet. Si l'on figeait une onde sonore et qu'on l'étirait devant soi, la longueur d'onde correspondrait à la distance d'un pic à l'autre.

Il existe une formule simple pour calculer cela :

λ=c/f

Voici ce que cela signifie :

• λ (longueur d'onde) : La longueur d'un cycle complet de l'onde
• c (vitesse du son) : Vitesse à laquelle le son se déplace dans l'air (environ 343 mètres par seconde à température ambiante).
• f (fréquence) : Vitesse de vibration de l'onde, mesurée en hertz.

Ainsi, si vous avez un son de 100 Hz, vous pouvez le brancher :

λ = 343/100 = 3,43 mètres

Cela signifie que la vague mesure plus de 3 mètres de long !

Maintenant, si nous comparons cela à un son de 1 000 Hz :

λ = 343/1000 = 0,343 mètre

Comme vous pouvez le constater, les hautes fréquences ont des longueurs d'onde plus courtes, ce qui explique pourquoi les basses (basses fréquences) donnent l'impression d'être grandes et larges, tandis que les aigus (hautes fréquences) sont plus concentrés et directionnels.

C'est également la raison pour laquelle les sons graves peuvent traverser les murs, alors que les sons aigus ont tendance à être absorbés ou réfléchis plus facilement.

Amplitude

L'amplitude représente la puissance ou le volume d'un son. C'est la partie d'une onde sonore qui la rend forte ou faible. Plus techniquement, elle représente la distance à laquelle les particules d'air sont poussées de leur position de repos lorsqu'une onde sonore les traverse. Plus le mouvement est important, plus l'onde est puissante et plus le son est fort.

Pensez-y comme suit : si vous tapez doucement sur un tambour, l'air bouge à peine et vous obtenez un son discret. Mais si vous frappez ce tambour avec force, l'air se comprime et se dilate de manière beaucoup plus importante, ce qui produit des sons plus forts.

C'est l'amplitude en action.

Dans une forme d'onde, l'amplitude est la hauteur de l'onde. Des ondes plus hautes signifient une amplitude plus élevée, que nous percevons comme un volume plus important. Des ondes plus petites signifient une amplitude plus faible, que nous entendons comme un son plus silencieux.

Au-delà du volume, l'amplitude joue également un rôle dans la façon dont le son interagit avec l'espace, la façon dont il est ressenti physiquement et même la façon dont il est perçu émotionnellement dans la musique.

Vitesse

Lorsque l'on parle de la vitesse du son (et non de l'une des meilleures chansons de Coldplay), il s'agit de la vitesse à laquelle les ondes sonores se déplacent dans un milieu. Contrairement à la lumière, qui se déplace dans l'espace à des vitesses difficilement compréhensibles, le son a besoin d'un support pour se propager. Il peut s'agir d'air, d'eau, de métal, etc. Et en fonction de cet élément, la vitesse du son change.

Dans l'air (à température ambiante), le son se déplace à une vitesse d'environ 343 mètres par seconde. Mais si vous criez sous l'eau, le son se propage quatre fois plus vite que dans l'air. Et si vous tapez sur un tuyau en métal, la vibration traverse le métal encore plus rapidement.

Pourquoi cela se produit-il ?

Cela dépend de la densité des molécules dans les différents matériaux. Dans les gaz comme l'air, les molécules sont assez dispersées, de sorte que l'onde met plus de temps à passer. Dans les liquides, les molécules sont plus proches les unes des autres et le son se déplace donc plus rapidement. Dans les solides, où les molécules sont très serrées, le son se déplace le plus rapidement.

C'est pourquoi, si vous placez votre oreille contre une voie ferrée (ce que je ne recommande pas), vous entendrez un train arriver bien avant que le son ne vous parvienne par l'air. C'est également la raison pour laquelle le son se comporte différemment selon l'environnement, comme le fait que votre voix semble bizarrement étouffée dans un épais brouillard, car l'humidité supplémentaire de l'air modifie la vitesse et l'absorption des ondes sonores).

Intensité

Si l'amplitude nous renseigne sur la taille d'une onde sonore, l'intensité nous renseigne sur sa force. Plus précisément, l'intensité est la quantité de puissance qu'une onde sonore transporte par unité de surface, et nous la mesurons en watts par mètre carré (W/m²).

Pensez-y comme à une lampe de poche. Une lampe de poche de faible intensité diffuse une petite quantité d'énergie sur une zone, tandis qu'une lampe de forte puissance émet une tonne de lumière dans le même espace. Le son fonctionne de la même manière. Plus une onde contient d'énergie, plus elle est intense.

L'intensité est importante car elle joue un rôle considérable dans la manière dont nous percevons le volume sonore. Alors que l'amplitude nous donne la hauteur de l'onde, l'intensité nous indique la quantité d'énergie totale délivrée. Un petit haut-parleur et le système de sonorisation d'un stade peuvent tous deux produire la même amplitude en un seul point, mais le système du stade répartit cette puissance sur une zone beaucoup plus vaste, ce qui la rend beaucoup plus intense.

C'est également la raison pour laquelle la distance influe sur l'intensité sonore d'un son. Lorsqu'une onde sonore se propage, son intensité diminue car l'énergie est répartie sur un espace plus grand. C'est pourquoi le son d'un concert est assourdissant à proximité des haut-parleurs, mais s'atténue au fur et à mesure que l'on s'éloigne.

Phase

La phase s'intéresse à la chronologie d'une onde. Il s'agit de l'endroit où une onde sonore se trouve dans son cycle à un moment donné. Si vous pouviez figer une forme d'onde et la pointer à un endroit précis, vous identifieriez sa phase.

La phase est mesurée en degrés, un cycle d'onde complet étant de 360°. Une vague à 0° ou 360° est à son point de départ, tandis que 180° signifie qu'elle est à mi-chemin et qu'elle s'est retournée.

Lorsque plusieurs ondes sonores interagissent, leurs phases déterminent si elles travaillent ensemble ou l'une contre l' autre.

Si deux ondes identiques sont en phase (alignées aux mêmes points), elles se renforcent l'une l'autre, rendant le son plus fort. En revanche, si elles sont déphasées, c'est-à-dire si le pic d'une onde est aligné sur le creux de l'autre, elles s'annulent partiellement ou totalement, ce qui peut réduire, voire éliminer le son.

L'annulation de phase est le fléau de tout ingénieur du son. Par exemple, si vous avez déjà enregistré une batterie et remarqué que le son de la caisse claire était étrangement mince, l'annulation de phase entre les microphones pourrait en être la cause. C'est également la raison pour laquelle l'inversion de la phase sur une table de mixage ou un logiciel d'enregistrement peut parfois redonner vie à un son.

Nous avons consacré un blog entier à l'importance de la phase dans la musique et je vous recommande de le consulter si vous souhaitez en savoir plus.

Différents types d'ondes sonores basés sur la propagation

Il est important de noter que les ondes sonores ne se déplacent pas toutes de la même manière. Bien qu'elles transportent toutes de l'énergie à travers un support, la façon dont elles se propagent (terme fantaisiste pour désigner la façon dont les ondes sonores se déplacent) peut être différente en fonction de la situation.

La propagation est simplement la façon dont une onde se déplace dans l'espace. Certaines ondes poussent et tirent dans la même direction que celle dans laquelle elles se déplacent, tandis que d'autres montent et descendent ou s'étalent selon des schémas complexes.

Décortiquons les principaux types d'ondes sonores en fonction de leur mode de déplacement et de leur importance.

Ondes longitudinales

Les ondes longitudinales sont la forme la plus courante des ondes sonores dans la vie de tous les jours. Elles se définissent par leur mode de déplacement. Les particules d'air vibrent d'avant en arrière dans la même direction que l'onde.

J'aime imaginer que l'on pousse une extrémité d'un slinky vers l'avant tout en la tirant vers l'arrière, et que l'on voit les bobines s'agglutiner et s'étaler dans certaines sections. Essentiellement, les ondes longitudinales se déplacent dans des zones de compression (où les particules se rapprochent) et de raréfaction (où les particules s'écartent les unes des autres). C'est grâce à ce cycle constant de poussée et de traction que le son se déplace dans l'air et atteint nos oreilles.

Nous entendons des ondes longitudinales dans l'air et dans l'eau, car ces matériaux n'ont pas la structure nécessaire pour supporter d'autres types de mouvements d'ondes. Mais elles se propagent également dans les solides.

Comme ces ondes sont responsables de la quasi-totalité des sons que nous entendons, elles sont au cœur de tout ce qui touche à la musique, de la vibration d'une corde de guitare à la frappe croustillante d'un charleston.

Ondes transversales

Les ondes transversales se déplacent un peu différemment de leurs cousines longitudinales. Au lieu que les particules vibrent d'avant en arrière dans la même direction que l'onde, les ondes transversales se caractérisent par un mouvement perpendiculaire à la trajectoire de l'onde, ce qui signifie que l'énergie se déplace vers l'avant, mais que les particules se déplacent vers le haut et vers le bas.

Une bonne façon d'illustrer ce phénomène est de secouer une corde. Si vous tenez une extrémité et que vous la secouez de haut en bas, vous verrez des ondes se déplacer le long de la corde, mais le matériau de la corde se déplace d'un côté à l'autre plutôt que sur la longueur de l'onde. C'est ainsi que se comportent les ondes transversales.

La différence essentielle est que les ondes transversales ne se produisent que dans les solides. En effet, les solides possèdent la structure rigide nécessaire pour supporter le mouvement de haut en bas. Les liquides et les gaz n'ont pas ce type de résistance interne.

Même si elles ne font pas partie de la façon dont nous entendons les sons, les ondes transversales jouent un rôle important dans la compréhension des propriétés mécaniques des matériaux dans le monde qui nous entoure. Elles se manifestent dans l'activité sismique, dans les vibrations des structures solides et même dans la résonance des instruments. Si vous avez déjà senti le corps d'une guitare acoustique vibrer lorsque vous jouez une note, vous êtes en présence d'ondes transversales.

Ondes de surface

Les ondes de surface sont le meilleur des deux mondes, combinant les éléments des ondes longitudinales et transversales. Au lieu de se déplacer purement d'avant en arrière ou de haut en bas, les ondes de surface créent un mouvement plus circulaire ou de roulement lorsqu'elles se déplacent le long de la frontière entre deux matériaux différents.

Pour en revenir aux vagues de l'océan , lorsqu'une vague roule vers le rivage, l'eau se déplace en formant une boucle. Les particules proches de la surface décrivent de plus grands cercles, tandis que celles qui se trouvent plus en profondeur se déplacent moins. Le même principe s'applique aux ondes de surface dans d'autres matériaux, y compris dans certains cas où le son interagit avec des surfaces solides.

La principale caractéristique des vagues de surface est que leur énergie diminue avec la profondeur. Plus on s'éloigne de la surface, plus le mouvement de la vague diminue. C'est pourquoi les plongeurs en eaux profondes ne ressentent pas le même mouvement que celui qui agite les bateaux en surface.

Différents types d'ondes sonores en fonction de la fréquence

Certaines ondes sonores sont audibles, tandis que d'autres sont totalement hors de notre portée. En fonction de leur fréquence, les ondes sonores se répartissent en trois catégories principales :

• Ondes sonores audibles : Il s'agit des fréquences que l'homme peut entendre. Tout ce qui est compris entre 20 Hz et 20 kHz fait partie de cette gamme. Avec l'âge, la limite supérieure tend à s'abaisser, ce qui explique que certains sons à haute fréquence ne soient entendus que par des oreilles plus jeunes (vous vous souvenez sans doute de vos camarades de classe qui jouaient en classe ces applications ennuyeuses sur les moustiques parce que le professeur ne pouvait pas les entendre).
• Infrasons : Il s'agit de fréquences ultra-basses, inférieures à 20 Hz, qui sont trop profondes pour être entendues par l'homme, mais qui sont néanmoins très réelles et puissantes. Les infrasons sont utilisés pour la détection des tremblements de terre, la surveillance de l'activité volcanique et même la communication animale. Les éléphants, par exemple, utilisent les infrasons pour "parler" sur de longues distances. Certains chercheurs établissent même un lien entre les infrasons et les sentiments de malaise, ce qui pourrait expliquer les moments où l'on se dit "je jure que je viens de voir un fantôme".
• Les ultrasons : Ces ondes sonores à haute fréquence, supérieures à 20 kHz, sont au-delà de ce que l'homme peut entendre, mais elles ont des tonnes d'applications pratiques. L'imagerie médicale (échographie), la technologie des sonars et même certains produits antiparasitaires utilisent les ultrasons. Certains animaux, comme les chauves-souris et les dauphins, les utilisent pour l'écholocalisation afin de "voir" au-delà de notre perception.

Dernières réflexions sur les ondes sonores

Alors, que pouvez-vous faire avec toutes ces nouvelles informations sur les ondes sonores ?

Tout d'abord, la compréhension des ondes sonores vous permet de mieux contrôler votre production musicale, votre mixage, votre enregistrement et même vos installations de sonorisation en direct. Que vous ajustiez un égaliseur en essayant de déterminer la fréquence des ondes que vous entendez ou que vous placiez des micros en essayant d'éviter la phase, le fait de savoir comment le son se déplace vous aide à faire de meilleurs choix.

Envie d'une expérience amusante sur les ondes sonores ?

Essayez ceci : prenez un haut-parleur, jouez une onde sinusoïdale à basse fréquence (environ 50-100 Hz) et approchez votre main du haut-parleur. Vous sentez cette vibration ? Jouez maintenant une onde sinusoïdale à haute fréquence (5 000 Hz ou plus). Vous remarquez que les vibrations s'estompent ? C'est la longueur d'onde et la fréquence en action. Plus la fréquence est basse, plus la longueur d'onde est grande et plus elle se déplace dans l'air d'une manière que vous pouvez ressentir physiquement.

En fin de compte, les ondes sonores ne font pas partie d'une science abstraite. Elles façonnent tout ce que nous entendons et ressentons dans la musique. Et plus vous les comprenez, plus vous pouvez les plier à votre volonté.