Termes et concepts
Oreille
1. Pavillon de l’oreille
2. Canal auditif
3. Tympan
4. Trompe d’Eustache
5. Marteau, enclume et étrier
6. Fenêtre ovale
7. Fenêtre ronde
8. Cochlée
9. Périlymphe
10. Membrane basilaire
11. Hélicotrème
12. Ton
13. Ton pur
I. Modes de vibration
II. Fréquence fondamentale
Partiels
Harmoniques
Analyse/synthèse de Fourier
Hauteur
Échelle (et gamme)
Inventaire
Timbre
Intensité
Les graphiques sinusoïdaux sont utiles pour expliquer une onde de base, mais ils sont monotones. Ils ne représentent qu’une approximation mathématique d’un son musical. L’intensité et la durée d’une onde sinusoïdale sont constantes et sans fin. Elles ne tiennent pas compte de la décomposition ou d’autres facteurs qui entrent dans la création des ondes musicales.
La musique est beaucoup plus complexe. Les sons musicaux font appel à notre intuition, formée des jugements subjectifs que nous portons avec nos oreilles et notre esprit. Nous constituons ensuite une échelle en fonction de tons et de sons que nous avons sélectionnés parmi une gamme presque infinie.
Cela s’applique autant à la musique autochtone personnelle et communautaire qu’à la musique classique occidentale. En fait, l’échelle européenne n’est qu’une forme élaborée, documentée et institutionnalisée des mêmes choix intuitifs qu’un musicien autochtone compétent fait. La présente section lève le voile sur certains des mystères qui entourent la façon dont nous entendons, organisons et arrangeons ces sons, que nous soyons autochtones ou non.
L’oreille
Pour savoir comment nous faisons ces choix, nous devons d’abord comprendre l’oreille, l’instrument qui transmet ces sons à notre esprit. L’oreille humaine comporte trois sections : l’oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne. Ces sections sont décrites ci-dessous.
L’oreille externe
La section externe est le pavillon de l’oreille, ou pavillon auriculaire. Il s’agit de la partie de l’oreille que nous voyons. Le pavillon joue le rôle d’un entonnoir qui dirige les ondes sonores pour qu’elles s’écoulent dans le conduit auditif. Le conduit auditif est un tube d’environ trois centimètres. À son extrémité interne se trouve le tympan, une membrane qui vibre comme un tambour quand un son la frappe.
L’oreille moyenne
À l’intérieur du tympan, un court passage, la trompe d’Eustache, mène au fond de la gorge. Elle régule les changements de pression d’air à l’intérieur et à l’extérieur de l’oreille afin d’empêcher le tympan de se déformer.
L’oreille moyenne contient les osselets, qui sont trois os minuscules. Les scientifiques les nomment d’après leur forme caractéristique : le marteau, l’enclume et l’étrier. Les médecins aiment souvent utiliser leurs noms latins : malleus, incus et stapes. L’étrier et son muscle, appelé « muscule stapédien », sont le plus petit os et le plus petit muscle du corps. Des articulations flexibles relient les trois os. Le marteau est aussi attaché au tympan et il vibre avec lui, tandis que l’étrier, à l’autre extrémité, est attaché à une autre membrane, la fenêtre ovale, qui mène à la région de l’oreille interne.
L’oreille interne
Une fois passée la fenêtre ovale, nous entrons à l’intérieur du crâne, où nous trouvons la cochlée, une cavité en forme de coquille d’escargot remplie d’un fluide, la périlymphe. La membrane basilaire, qui revêt une importance cruciale, divise la cochlée en deux longues chambres. Cette membrane mesure environ 35 millimètres de long et s’enroule 2½ fois en spirale. L’organe de Corti repose sur cette membrane sur toute sa longueur. De minuscules cellules sensorielles semblables à des cils et comportant des terminaisons nerveuses (« stéréocils ») tapissent cet organe. Nous entendons des sons parce que la membrane transmet ses vibrations aux cils, qui convertissent les sons en signaux que le nerf auditif envoie au cerveau.
La fenêtre ovale relie la chambre supérieure au tympan, tandis qu’une autre membrane, la fenêtre ronde, relie la chambre inférieure à l’oreille moyenne. Au fond de la cochlée, la membrane basilaire sensible au son se termine par une petite ouverture appelée hélicotrème, où les deux chambres se fusionnent.
Transmission des sons à travers l’oreille
Le pavillon de l’oreille canalise les ondes sonores dans le conduit auditif, ce qui fait vibrer le tympan et les osselets. Les osselets agissent comme des leviers et ils concentrent les vibrations du tympan sur la surface de la fenêtre ovale, qui est beaucoup plus petite. Cela concentre et augmente la pression sur la fenêtre.
La fenêtre ovale déplace la pression sonore vers la cochlée et son fluide, la périlymphe. La périlymphe doit être libre de bouger, à défaut de quoi la membrane basilaire et l’organe de Corti ne pourraient pas capter les vibrations. La fenêtre ronde de la chambre inférieure rend tout cela possible. Lorsque la fenêtre ovale se déplace vers l’intérieur, la fenêtre ronde se déplace vers l’extérieur, juste assez pour permettre au fluide de bouger. Cela envoie des vibrations sonores à la membrane basilaire. Les cils sensoriels de l’organe de Corti captent ensuite ces vibrations, puis les transmettent au cerveau sous forme de signaux.
Les cellules des cils sensoriels de l’organe de Corti transmettent des signaux correspondant à différents tons et à différentes qualités sonores. La fenêtre ovale envoie des vibrations le long de la membrane basilaire vers l’hélicotrème, à l’autre extrémité. Chaque onde gagne en amplitude au fur et à mesure qu’elle avance. Lorsqu’une onde atteint un certain point, son amplitude chute rapidement.
Selon leurs caractéristiques, les fréquences chutent à différents endroits le long de la membrane. Les fréquences les plus élevées atteignent leur plus grande amplitude, puis diminuent lorsqu’elles sont proches de la fenêtre ovale. Les basses fréquences font de même, mais plus près de l’hélicotrème, à l’autre extrémité de la cochlée. Le cerveau interprète les points de chute le long de la membrane basilaire et de l’organe de Corti comme des sons aigus ou graves. Les scientifiques comprennent ces principes de base, mais ils continuent d’apprendre comment le cerveau parvient à séparer et à distinguer des dizaines de milliers de sons.
Les sons forts peuvent endommager notre ouïe, mais le muscle de tension du tympan et le minuscule muscle stapédien (muscle de l’étrier) se contractent en réponse aux sons forts. Cela affecte le tympan et interrompt la façon dont le marteau, l’enclume et l’étrier vibrent ensemble, grâce à leurs formes spéciales, ce qui réduit la pression sonore sur la fenêtre ovale. Cela ne veut pas dire que les gens peuvent écouter de la musique à tue-tête ou s’exposer à des bruits tonitruants en toute sécurité. Les muscles ne peuvent pas bloquer les sons bruyants prolongés. Les dommages auditifs commencent à environ 85 à 90 décibels soutenus, mais un concert rock typique bombarde les oreilles de sons à 100 décibels. De plus, les sons douloureux comme les coups de feu, les explosions et certains bruits industriels sont dangereux parce que les muscles tendeurs ne peuvent pas réagir assez rapidement. Les dommages peuvent être permanents.
Tons purs et complexes
La membrane basilaire et l’organe de Corti peuvent détecter de minuscules différences de ton et de qualité sonore. La capacité du cerveau à les interpréter est extraordinaire.
Le ton est l’unité musicale principale. Un ton est tout changement de pression dans l’air qui vibre régulièrement et qui dure assez longtemps pour que l’oreille humaine puisse l’interpréter comme un son. L’oreille humaine peut percevoir les sons jusqu’à un seuil de 20 hertz. Ainsi, en dessous de 20 vibrations par seconde, les sons deviennent inaudibles pour les humains. Les gens ressentent généralement les fréquences inférieures à 20 hertz comme des vibrations. Le taux le plus élevé que les personnes dotées d’une ouïe exceptionnelle peuvent entendre atteint environ 20 000 vibrations par seconde (20 000 hertz). Une fréquence régulière donne l’impression d’un ton musical de hauteur constante. Un faible nombre de hertz correspond à un ton bas. Un nombre de hertz élevé correspond à un ton élevé.
Un son pur est une onde sonore d’une seule fréquence, mais aucun instrument de musique ne produit un son pur. Au contraire, chaque instrument est unique parce qu’il vibre de plusieurs façons à la fois. Ces différentes vibrations sont les modes de l’instrument. Les sons purs eux-mêmes seraient monotones et inintéressants.
Passons en revue les notions de base entourant les sons. Nous allons nous attarder sur leurs effets sur l’audition humaine. Les sons complexes portent plus d’une vibration. Le mode le plus bas, la fréquence fondamentale, est la vibration la plus simple et, par conséquent, celle qui a la fréquence la plus basse. Tous les autres modes, avec tous leurs tons variables, se combinent en fréquences partielles, aussi appelées simplement « partiels ».
Les partiels sont des harmoniques, mais seulement s’ils portent des fréquences qui sont des multiples intégraux de la fréquence fondamentale. Il est intéressant de noter que l’oreille humaine ne perçoit ces multiples mathématiques précis que sous forme de sons « accordés » ou mélodieux.
La fréquence fondamentale est aussi le premier harmonique. Par exemple, si la fréquence fondamentale est de 100 Hz, le premier harmonique est le même (100 Hz). Le mode suivant, le deuxième harmonique, est le double de cette fréquence. Dans cet exemple, deux fois 100 Hz donnerait 200 Hz. Le troisième harmonique correspond au triple de la fréquence fondamentale. Ainsi, trois fois 100 Hz donnerait 300 Hz. Le quatrième harmonique correspondrait au quadruple de la fréquence fondamentale, et ainsi de suite.
Les harmoniques (fréquences multiples mathématiquement précises) sont des organisateurs musicaux utiles. Nous les incluons parmi les partiels, mais beaucoup de partiels ne sont pas harmoniques. Les partiels incluent également tous les autres modes de vibration à fréquence supérieure du système.
Même les partiels non harmoniques peuvent être importants en musique. Par exemple, les partiels des tambours, des cloches, des tiges ou des barres ne sont pas harmoniques. Par ailleurs, les cordes ont normalement des partiels harmoniques, mais il arrive qu’une rigidité importante (comme, par exemple, celle que l’on trouve dans les cordes de piano) fasse dévier les partiels les plus élevés vers des fréquences inharmoniques. Les accordeurs de pianos en tiennent compte, bien entendu. Ces différences sont au cœur de ce que nous appelons le « son de cordes » du piano.
Lorsque nous classifions les partiels harmoniques, nous ne comptons pas le premier partiel, qui est le ton le plus grave, à savoir la fréquence fondamentale. Cela signifie que le deuxième partiel est aussi le premier harmonique.
La façon dont tous ces partiels se combinent en un ton unique et stable est complexe. Le mathématicien Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) a trouvé un moyen de rendre ce phénomène compréhensible. La théorie de Fourier nous permet d’assembler les ondes ou de les désassembler. Selon Fourier, tout son combiné d’une vibration périodique de forme d’onde, aussi compliqué soit-il, provient d’une série de vibrations simples dont les fréquences sont des harmoniques d’une fréquence fondamentale.
L’analyse de Fourier nous permet de séparer un son complexe existant en ses différentes amplitudes et phases harmoniques. La synthèse de Fourier fait le contraire. Elle nous permet de créer un son complexe en utilisant les harmoniques de la fréquence fondamentale.
Un diagramme de Fourier représente graphiquement les vibrations et inclut toutes leurs formes d’onde complexes. Il indique où les différentes fréquences s’élèvent et s’amenuisent en cours de route. Le résultat rappelle le fonctionnement de la membrane basilaire. En fait, les chercheurs affirment que la membrane relève les tons en utilisant les mêmes règles de physique que l’analyse de Fourier.
Par conséquent, les humains ont des capacités étonnamment affûtées pour distinguer les sons musicaux des sons non musicaux. Par exemple, si un son a des composantes qui ne s’alignent pas avec les harmoniques, l’oreille percevra ce son soit comme « non musical », soit comme une fausse note à la tonalité ou à la hauteur imprécise. Ce que la science a récemment compris par les mathématiques, la nature l’appliquait déjà de manière organique depuis des millénaires. Les deux courants, la science d’une part, et la vision autochtone du monde, d’autre part, convergent à nouveau.
Perception des tons : hauteur, timbre et intensité
Le scientifique explore mathématiquement les raisons pour lesquelles les sons musicaux sonnent comme ils le font. Le musicien traditionnel autochtone fait la même chose, en n’utilisant que l’oreille. Les deux savent qu’un même son peut varier de plusieurs façons. Tous deux organisent les sons musicaux de façon créative à partir de la vaste gamme de sons possibles.
Parallèlement à la méthode scientifique, il existe une méthode autochtone. Les deux disciplines ont l’intuition pour point de départ, puis elles suivent des modèles expérimentaux, mais c’est là qu’elles se séparent.
Tout comme les scientifiques, les peuples autochtones observent, synthétisent, expérimentent, consignent, analysent et prédisent. Comme les Aînés qui enseignent aux prochaines générations, les autochtones partagent leurs connaissances avec d’autres, qui peuvent reproduire ce qu’ils ont fait. Cependant, contrairement aux scientifiques, les autochtones suivent une voie qui mène plus directement à la spiritualité. Les scientifiques observent les phénomènes, mais ne s’y identifient pas subjectivement. En revanche, les peuples autochtones, et ici les musiciens en particulier, cherchent à découvrir le savoir pour ne faire qu’un avec leurs instruments, leurs communautés, leurs ancêtres et le monde naturel.
Il n’en demeure pas moins que le but ultime des scientifiques et des peuples autochtones est la connaissance la plus profonde possible de l’Univers. En termes simples, les scientifiques et les musiciens autochtones originaux sont deux canots peints de couleurs différentes, mais dévalant le même courant.
Pour revenir à la musique, qu’elle soit scientifique ou autochtone, nous pouvons dire que les gens discernent et choisissent les tons désirables de trois façons fondamentales. La caractéristique la plus importante est la hauteur, la qualité qui rend un son plus aigu ou plus grave. Les cultures humaines utilisent la hauteur pour créer des gammes musicales. Pourtant, la hauteur est rarement exacte. De nombreux facteurs, en particulier la température, peuvent influer sur la hauteur d’un ton. Par exemple, en 1938 (ou certains parlent de 1939), le British Standards Institute a fixé la note la à 440 Hz à 68 degrés Fahrenheit. Les différents peuples défendent vigoureusement leur vision de la fréquence appropriée pour chaque note depuis des générations, mais ils ne sont jamais parvenus à un consensus durable. La conférence du British Standards Institute n’y a rien changé.
Personne n’a documenté de disputes au sujet de la hauteur des tons chez les Autochtones. (Ce qui ne veut pas dire que nous n’avons jamais été en désaccord.) Un discours que les érudits ont attribué à un Autochtone du XIXe siècle, le chef tribal Talatawi White Cloud, dit que les gens ne devraient jamais se quereller au sujet de Dieu. Peut-être la même sagesse devrait-elle s’appliquer à la physique de la musique.
La musique se conforme à des règles mathématiques externes. Les scientifiques recherchent des résultats universellement reproductibles, mais la musique autochtone demeurera toujours intuitive et elle reposera toujours sur l’expérimentation subjective. Comme le montre le débat sur le « la » à 440 Hz, les Européens et leurs descendants nord-américains ont cherché à obtenir une hauteur précise. Ainsi, ils ont tenté de mettre en chiffres une capacité qui s’avère tout aussi pertinente pour la musique autochtone : la capacité de discerner des tons subtils avec l’oreille humaine.
Dans les deux cultures, on a trouvé des personnes qui peuvent le faire avec précision. Ce sont celles qui ont l’oreille absolue. Dans le monde autochtone, les préférences en matière de hauteurs tonales varient considérablement d’une communauté et d’un peuple à l’autre. De nombreux chercheurs ont abandonné les échelles habituelles dans leur étude de la musique autochtone et ont plutôt opté pour le terme « inventaire ». Grâce à une méthode ouverte, ils documentent les préférences tonales des différentes cultures. Ces chercheurs pourraient peut-être appliquer l’inventaire nord-américain à leurs propres peuples. Cela instaurerait peut-être un environnement plus respectueux que celui marqué par des disputes enflammées à propos de la hauteur.
Le timbre fait référence aux qualités sonores uniques que produisent les différents instruments de musique. Par exemple, une onde sinusoïdale pure et une flûte autochtone peuvent avoir le même ton (périodicité), mais la ressemblance s’arrête là. Mathématiquement, tous les instruments produisent des formes d’onde différentes. Certaines de ces formes sont triangulaires et d’autres sont carrées ou dentelées (en dents de scie). D’autres sont simplement des séries d’impulsions sonores que nous appelons « trains d’impulsions ». En termes simples, chaque signature tonale est unique.
Cela est dû au fait que chaque instrument ou chaque voix produit un son qui favorise certains harmoniques par rapport à d’autres en raison de ses modes harmoniques particuliers. En d’autres mots, chaque source musicale mélange ses sons différemment. Ainsi, un instrument à vent qui met l’accent sur le deuxième harmonique sonnera remarquablement différent d’un instrument ayant un autre harmonique dominant.
L’intensité est l’intensité ou la puissance acoustique de base de l’instrument. Techniquement, l’intensité de la source dépend principalement de l’amplitude de l’oscillation plutôt que de la fréquence. Nous mesurons la puissance acoustique en watts (W), ce qui équivaut à la quantité d’énergie sonore qu’une source émet dans l’air par seconde.
Au fur et à mesure que nous nous éloignons de la source sonore, le volume change. La pression acoustique, ou « intensité relative », dépend de trois qualités : la puissance de la source sonore, les caractéristiques des lieux physiques et la distance entre l’auditeur et la source sonore. Nous utilisons généralement l’échelle des décibels (dB) pour mesurer la pression acoustique à un endroit donné. Les gens ont nommé le décibel en l’honneur d’Alexander Graham Bell, l’inventeur du téléphone.
