De la perception musicale

» 25 Mai 2003 20:28

Extrait tire de Universalia 2003, voici qui devrait faire reflechir sur quelques idees recues.

Article "Perception et Musiques nouvelles" (Juliette Garrigues)
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La relation entre la structure d'un son et la perception du message sonore est un phenomene complexe, et une divergence considerable peut naitre entre la realite sonore et la sensation qu'on en a.

PERCEPTION DES HAUTEURS ET DES INTERVALLES

Avec des sons sinusoidaux de frequence fixe, la perception de la hauteur depend de l'intensite : si l'intensite d'un son aigu ou grave augmente, l'auditeur eprouve la sensation d'une hauteur accrue ou diminuee, respectivement. De plus, un temps minimal est necessaire pour memoriser la hauteur d'un son : au-dela de douze notes par seconde, la perception de hauteur devient floue.

Les choses deviennent plus ardues quand il s'agit de sons complexes, c'est a dire non sinusoidaux. Lorsqu'on enregistre sur une bande magnetique un son complexe dont le fondamental est a 100 Hz et que l'on coupe, avec un filtre, ce fondamental et les harmoniques 2 et 3, l'auditeur continue d'entendre un son a 100 Hz; le timbre est cependant altere et le son parait moins riche. On peut d'ailleurs couper tout ce que l'on veut dans le spectre, pourvu qu'on laisse quelques harmoniques perceptibles a l'oreille, voisins du fondamental et equidistants : l'auditeur percoit toujours un son a 100 Hz.
A partir de quelques harmoniques equidistants, le cerveau parvient en fait a reconstituer le fondamental et les harmoniques manquants. Aussi etonnant que cela puisse paraitre, la sensation de hauteur n'est donc nullement liee a la frequence du fondamental : percevoir la hauteur, c'est en fait percevoir le degre d'ecartement entre harmoniques voisins.

Pour un son de meme hauteur joue et enregistre avec la meme intensite par deux instruments differents, la perception de la hauteur n'est pas identique. Cette disparite apparente de hauteur resulte des caracteristiques differentes des spectres des sons emis par les deux instruments. Lorsque l'on ecoute la meme note - la3 a 440 Hz -, emise par une flute et par un hautbois, l'auditeur percoit toujours une difference de hauteur : le spectre du hautbois presente en effet des formants - un formant est un harmonique renforce - autour de 3000 Hz, frequence qui correspond a la region de sensibilite maximale de l'oreille, alors que le spectre de la flute n'en comporte pas dans cette zone.

Pour la grande majorite, percevoire une hauteur exacte est difficile. Mais un musicien qui n'a pas l'oreille absolue - c'a d ne reconnait pas une frequence exacte - peut neanmoins accorder son instrument, meme sans diapason. Il reconnait en fait la forme acoustique du son dans son ensemble, et plus particulierement celle du timbre, car un meme instrument presente des caracteristiques de timbre differentes selon que le son monte ou descend. Insistons sur le fait que l'absence d'oreille absolue ne constitue pas une entrave a l'activite d'interprete ou de compositeur : Igor Stravinsky, par exemple, n'avait pas l'oreille absolue, ce qui ne l'a pas empeche d'ecrire des oeuvres d'une grande complexite. Ce n'est pas l'oreille absolue qui importe, c'est l'oreille relative, c'a d la capacite de discerner les intervalles. Remarquons par ailleurs que l'oreille absolue est fonction du pays : en France le la3 est aujourd'hui a 440 Hz, en Allemagne a 445 Hz.

PERCEPTION DES TIMBRES

Aussi curieux que cela puisse paraitre, on ne peut reconnaitre un timbre que par ses transitoires d'attaque et d'extinction, dont les roles ont ete prouves a l'aide d'experiences menees par des acousticiens comme Emile Leipp, fondateur du laboratoire d'acoustique musicale de l'universite de Paris-VI, ou Michele Castellengo, actuelle directrice du meme laboratoire. Un son musical ne s'etablit pas ou ne s'eteint pas instantanement : les transitoires sont les phenomenes acoustiques qui apparaissent lors de l'etablissement et de l'extinction des sons.

Les transitoires d'attaque et d'extinction sont directement lies aux modes d'excitation de l'instrument. Dans le cas des instruments a cordes, il s'agit du frottement de l'archet sur les cordes.

Si on enregistre une note de flute d'une duree de 10 ms, que l'on ne garde que le transitoire d'attaque (c'a d le souffle) et que l'on "colle" celui-ci a une note de violoncelle d'une duree de 60 ms coupee de son propre transitoire d'attaque, l'auditeur subit une chimere acoustique : il ne percoit qu'un son de flute !

Le transitoire d'extinction parait plus important encore que le transitoire d'attaque : si on enregistre un son de piano et que l'on monte le niveau d'enregistrement a mesure qu'il s'eteint afin d'obtenir une intensite constante pendant un certain temps, aucun sujet, meme musicien, n'est capable d'identifier le timbre s'il n'entend pas l'extinction du son.

Les transitoires constituent la signature du timbre : ils repesentent la seule possibilite pour l'auditeur de differencier des sons de meme hauteur et de meme intensite, dont le spectre est identique mais dont les transitoires different ( par exemple une flute, un violon et un piano).

Berlioz a eu l'intuition de ces phenomenes : dans la Symphonie Fantastique, il s'est plu a faire surgir a plusieurs reprises un instrument soliste d'un tutti d'orchestre. N'ayant pas entendu le transitoire d'attaque de l'instrument, l'auditeur eprouve de la difficulte a idenifier son timbre.

Les composantes du spectre d'un son jouent aussi un role impotant dans la perception, car la sensibilite de l'oreille varie avec la frequence : les tres basses et les tres hautes frequences sont generalement percues plus distinctement que les sons intermediaires. Pour un meme niveau physique, des frequences comprises entre 30 Hz et 12 000 Hz ne sont pas percues avec la meme intensite auditive. La representation sonagraphique du la 3 a 440 Hz montre ainsi onze harmoniques d'egal niveau. En revanche, lorsqu'on choisit un filtre qui privilegie la zone la plus sensible de l'oreille, le spectre de la 3 indique un renforcement des harmoniques - un formant - autour de 2000 Hz. La perception du timbre est donc modifiee lorsque le son est transpose vers l'aigu ou le grave, meme si les rapports d'intensite entre harmoniques restent semblables : lorsqu'un son a un fondamental et un harmonique 2 faibles, il possede un certains timbre; si on transpose ce fondamental a la douzieme en le multipliant par trois, le fondamental et l'harmonique 2 aboutissent dans la zone sensible de l'oreille et paraissent renforces.

La sensation de timbre varie en fonction du nombre de composantes et de leur situation dans l'aire audible. Pour un son dont le fondamental est intense et qui possede peu d'harmoniques, le timbre est veloute dans les tessitures grave et medium. Transpose dans l'aigu et le suraigu, le timbre devient difficilement identifiable, le son parait detimbre. La representation sonagraphique de ce son montre que ses harmoniques sortent de la zone sensible de l'oreille, devenant donc imperceptible pour l'auditeur : pour un fondamental de 3 000 Hz, l'harmonique 5 est deja a 15 000 Hz, donc imperceptible.

Tout instrument possede plusieurs registres de timbres. Lorsqu'un son contient beaucoup d'harmoniques de faible intensite, il est maigre. Lorsque les harmoniques graves deviennent plus intenses, le timbre devient plus lumineux, plus plein. En revanche, lorsuq'il existe des harmoniques intenses dans le grave et dans l'aigu mais pas dans le medium, le timbe est generalement creux. Si les harmoniques instenses sont situes uniquement dans le suraigu, le timbre est criard.

» 25 Mai 2003 21:39

Ninja40 a écrit:Extrait tire de Universalia 2003, voici qui devrait faire reflechir sur quelques idees recues.
[...]
Avec des sons sinusoidaux de frequence fixe, la perception de la hauteur depend de l'intensite : si l'intensite d'un son aigu ou grave augmente, l'auditeur eprouve la sensation d'une hauteur accrue ou diminuee, respectivement.

C'est la première fois que je lis ceci. C'est intéressant. Est-ce que d'autres études confirment cette théorie? est-ce qu'il y a des données quantifiées (sur un panel d'auditeurs) de l'amplitude de l'écart de fréquence perçu en fonction du niveau (et de de la fréquence)?

Ninja40 a écrit: [...] A partir de quelques harmoniques equidistants, le cerveau parvient en fait a reconstituer le fondamental et les harmoniques manquants. Aussi etonnant que cela puisse paraitre, la sensation de hauteur n'est donc nullement liee a la frequence du fondamental : percevoir la hauteur, c'est en fait percevoir le degre d'ecartement entre harmoniques voisins.

Sur certains orgues classiques, cet artifice est utilisé pour économiser le gros tube de 16 Hz. Mais le "nullement" parait exagéré, puisqu'on reconnait quand même parfaitement la hauteur d'un son sinusoïdal (lesquels sont utilisés dans certaines "musiques" électro-acoustiques).

Ninja40 a écrit:[...]
Les transitoires constituent la signature du timbre : ils representent la seule possibilite pour l'auditeur de differencier des sons de meme hauteur et de meme intensite, dont le spectre est identique mais dont les transitoires different ( par exemple une flute, un violon et un piano).

Là c'est entièrement faux, ces instruments ont un spectre très différent. L'oreille est d'ailleurs un remarquable analyseur de spectre si on lui laisse un minimum de temps d'analyse, tu peux couper une seconde d'attaque de note de piano, ça continue d'etre un piano! (il faut savoir aussi que le spectre évolue dans le temps, c'est une autre caractéristique très agréable de ces sons naturels).
Tout bidouilleur de synthé sait également distinguer à l'oreille un son provenant d'un signal carré de celui d'un signal en dent de scie par exemple, et ce indépendamment de la forme temporelle de l'établissement de ces notes.

Ninja40 a écrit:Les composantes du spectre d'un son jouent aussi un role impotant dans la perception, car la sensibilite de l'oreille varie avec la frequence : les tres basses et les tres hautes frequences sont generalement percues plus distinctement que les sons intermediaires. [...]

Attention, les seuils d'audition des sinusoïdes graves et des aigus sont au contraire plus élévés que pour le médium (la meilleure sensi correspond à la voix humaine, c'est bien normal). Pour le reste du texte, entièrement d'accord (sauf peut-être le 15000 Hz "imperceptible", je l'entends encore assez nettement malgré la quarantaine qui arrive...).

cdlt,
GBo.

» 25 Mai 2003 22:20

Bonjour,

Pour info, Universalia est le supplément annuel de l'Encyclopeadia Universalis. Je ne connais pas le métier de l'auteur de l'article en question, mais généralement, ils demandent à des personnes compétentes, ou des spécialistes de la question, de les écrire. En l'occurence, l'article est visiblement basé sur des travaux universitaires.

GBo a écrit:
Ninja40 a écrit:
Avec des sons sinusoidaux de frequence fixe, la perception de la hauteur depend de l'intensite : si l'intensite d'un son aigu ou grave augmente, l'auditeur eprouve la sensation d'une hauteur accrue ou diminuee, respectivement.

C'est la première fois que je lis ceci. C'est intéressant. Est-ce que d'autres études confirment cette théorie? est-ce qu'il y a des données quantifiées (sur un panel d'auditeurs) de l'amplitude de l'écart de fréquence perçu en fonction du niveau (et de de la fréquence)?

Cela s'explique simplement par la courbe physiologique de l'oreille. Le contraire aurait été étonnant. L'article est accompagné de quelques graphiques, où l'on voit par exemple qu'entre 2 et 3 kHz, la hauteur perçue ne varie pas ou peu quand on passe de 30 à 90 kHz, alors qu'elle augmente de 12% à 7 kHz ou décroit dans à peu près les mêmes proportions quand on est à 150 Hz.

GBo a écrit:
Ninja40 a écrit:[...]
Les transitoires constituent la signature du timbre : ils representent la seule possibilite pour l'auditeur de differencier des sons de meme hauteur et de meme intensite, dont le spectre est identique mais dont les transitoires different ( par exemple une flute, un violon et un piano).

Là c'est entièrement faux, ces instruments ont un spectre très différent. L'oreille est d'ailleurs un remarquable analyseur de spectre si on lui laisse un minimum de temps d'analyse, tu peux couper une seconde d'attaque de note de piano, ça continue d'etre un piano! (il faut savoir aussi que le spectre évolue dans le temps, c'est une autre caractéristique très agréable de ces sons naturels).
Tout bidouilleur de synthé sait également distinguer à l'oreille un son provenant d'un signal carré de celui d'un signal en dent de scie par exemple, et ce indépendamment de la forme temporelle de l'établissement de ces notes.

C'est vrai, il y a une erreur dans la phrase, les spectres de ces trois instruments sont différents. Mais là encore, on ne peut parler de spectre à un instant T pour caractériser un instrument, puisque comme tu les dis toi-même, il évolue dans le temps. Et c'est ça qui fait son timbre. Je suppose que c'est ce que l'on veut dire par transitoires. Par contre, les vieux synthés qui essayaient de singer des instruments uniquement avec un spectre donné, c'était souvent impossible de reconnaitre l'instrument synthétisé.

GBo a écrit:Attention, les seuils d'audition des sinusoïdes graves et des aigus sont au contraire plus élévés que pour le médium (la meilleure sensi correspond à la voix humaine, c'est bien normal). Pour le reste du texte, entièrement d'accord (sauf peut-être le 15000 Hz "imperceptible", je l'entends encore assez nettement malgré la quarantaine qui arrive...).

Oui, je me suis fait la même réflexion, j'ai du mal à comprendre la remarque dans le cadre du texte. Cependant, dans un tutti d'orchestre, on entend assez facilement une flûte piccolo ou un coup de grosse caisse, donc ça n'est pas faux non plus.

» 25 Mai 2003 22:45

Ninja40 a écrit:Je ne connais pas le métier de l'auteur de l'article en question, mais généralement, ils demandent à des personnes compétentes, ou des spécialistes de la question, de les écrire. En l'occurence, l'article est visiblement basé sur des travaux universitaires.

Elle est musicologue, analyste, chef de choeur diplômée du Conservatoire national supérieur de Paris.

Voilà

Max, adorable membre des

» 25 Mai 2003 23:10

Maxwell Sheffield a écrit:Elle est musicologue, analyste, chef de choeur diplômée du Conservatoire national supérieur de Paris.

Voilà

Max, adorable membre des

Evidemment ça fait un beau CV tout ça

» 25 Mai 2003 23:18

Ninja40 a écrit:Bonjour,

Pour info, Universalia est le supplément annuel de l'Encyclopeadia Universalis. Je ne connais pas le métier de l'auteur de l'article en question, mais généralement, ils demandent à des personnes compétentes, ou des spécialistes de la question, de les écrire. En l'occurence, l'article est visiblement basé sur des travaux universitaires.

GBo a écrit:
Ninja40 a écrit:
Avec des sons sinusoidaux de frequence fixe, la perception de la hauteur depend de l'intensite : si l'intensite d'un son aigu ou grave augmente, l'auditeur eprouve la sensation d'une hauteur accrue ou diminuee, respectivement.

C'est la première fois que je lis ceci. C'est intéressant. Est-ce que d'autres études confirment cette théorie? est-ce qu'il y a des données quantifiées (sur un panel d'auditeurs) de l'amplitude de l'écart de fréquence perçu en fonction du niveau (et de de la fréquence)?

Cela s'explique simplement par la courbe physiologique de l'oreille. Le contraire aurait été étonnant. L'article est accompagné de quelques graphiques, où l'on voit par exemple qu'entre 2 et 3 kHz, la hauteur perçue ne varie pas ou peu quand on passe de 30 à 90 kHz, alors qu'elle augmente de 12% à 7 kHz ou décroit dans à peu près les mêmes proportions quand on est à 150 Hz.

Ah, j'avais compris de ta première phrase qu'un son semblait varier de hauteur quand son amplitude variait. C'est ça qui m'étonnait un peu... quand tu précises maintenant que c'est le pouvoir de discrimination de hauteur qui varie en fonction du niveau des sons de tests, ça effectivement, c'est plus clair.

Ninja40 a écrit:
GBo a écrit:
Ninja40 a écrit:[...]
Les transitoires constituent la signature du timbre : ils representent la seule possibilite pour l'auditeur de differencier des sons de meme hauteur et de meme intensite, dont le spectre est identique mais dont les transitoires different ( par exemple une flute, un violon et un piano).

Là c'est entièrement faux, ces instruments ont un spectre très différent. L'oreille est d'ailleurs un remarquable analyseur de spectre si on lui laisse un minimum de temps d'analyse, tu peux couper une seconde d'attaque de note de piano, ça continue d'etre un piano! (il faut savoir aussi que le spectre évolue dans le temps, c'est une autre caractéristique très agréable de ces sons naturels).
Tout bidouilleur de synthé sait également distinguer à l'oreille un son provenant d'un signal carré de celui d'un signal en dent de scie par exemple, et ce indépendamment de la forme temporelle de l'établissement de ces notes.

C'est vrai, il y a une erreur dans la phrase, les spectres de ces trois instruments sont différents. Mais là encore, on ne peut parler de spectre à un instant T pour caractériser un instrument, puisque comme tu les dis toi-même, il évolue dans le temps. Et c'est ça qui fait son timbre. Je suppose que c'est ce que l'on veut dire par transitoires. Par contre, les vieux synthés qui essayaient de singer des instruments uniquement avec un spectre donné, c'était souvent impossible de reconnaitre l'instrument synthétisé.

Bof, le spectre d'une note de piano varie jusqu'à l'instinction des notes, donc il ne s'agit plus vraiment de transitoires là! D'autre part un son dont le spectre ne varie pas dans le temps a quand même un timbre. Je t'assure que n'importe qui sait distinguer les principales formes d'ondes d'un synthé à synthèse soustractive (je ne parlais pas d'imitation d'instruments).
cdlt,
GBo.

» 25 Mai 2003 23:25

Bien bel article, et qui me renforce dans l'idée qu'il n'est pas très pertinent d'être péremptoire dans ses jugements ou de lancer des anathèmes sur tel ou tel matériel...

» 29 Mai 2003 0:06

Pour revenir à la reconnaissance des timbres, par l'exemple:

Voici la chimère que je viens de fabriquer suivant les indications de la dame de l'encyclopédie:
http://perso.club-internet.fr/gbotet/fp.wav
Ca a effectivement l'air d'un coup de flûte alors qu'il y a seulement environ 20 ms de transitoire de flûte (quasi-inaudible seul):
http://perso.club-internet.fr/gbotet/f.wav
concaténé avec environ 60 ms de son de piano (dont j'ai coupé le transitoire du début):
http://perso.club-internet.fr/gbotet/p.wav
C'est remarquable!

Par contre si j'enlève les transitoires d'une note de piano et que je corrige à peu près le volume pour compenser le decay naturel comme indiqué par la dame, cela donne:
http://perso.club-internet.fr/gbotet/p1.wav
Et voici un extrait de violon de même hauteur, de même longueur (début et fin coupés), à peu près de même volume:
http://perso.club-internet.fr/gbotet/v1.wav
Là je suis désolé, mais on distingue encore très bien le piano du violon.
Les spectres - moyennés sur la durée - (en haut p1, en bas v1) sont d'ailleurs assez différents:

et logiquement les formes d'ondes aussi (à noter l'évolution de la forme au cours du temps):

Enfin, voici des sons de synthèse, garantis sans transitoires, de même fondamentale (440 Hz), mais de forme d'onde différentes.
Il sont parfaitement reconnaissables comme vous pourrez le constater:
http://perso.club-internet.fr/gbotet/sine.wav
(à noter que l'on reconnait que c'est un LA alors qu'il n'y a absolument pas d'harmoniques dans ce son).
http://perso.club-internet.fr/gbotet/square.wav
http://perso.club-internet.fr/gbotet/triangle.wav
http://perso.club-internet.fr/gbotet/saw.wav
C'est pas très musical j'en conviens, mais cela prouve que les transitoires ne sont pas le seul élément que le cerveau prend en compte dans la reconnaissance des timbres.

cdlt,
GBo.