La science du son : vibration, hauteur et timbre

Pincer une corde, frapper un tambour, chanter une note : tout revient à une seule chose, quelque chose vibre. Cette leçon utilise un peu de science pour expliquer pourquoi les notes sont aiguës ou graves, pourquoi une octave sonne comme la même note, pourquoi la même note sonne différemment au piano et à la guitare, et ce qu’est ce « oua-oua » que l’on entend en accordant.

Relu le 7 octobre 2026

Dans cette leçon

Le son, c’est quelque chose qui tremble

Tout son commence par quelque chose qui vibre, qui va et vient très vite : une corde de guitare, la peau d’un tambour, l’air à l’intérieur d’une flûte, ou les cordes vocales dans votre gorge. La vibration pousse l’air juste à côté, cet air pousse l’air suivant, et une onde de minuscules compressions et détentes se propage, comme des ronds dans l’eau.

Quand l’onde atteint votre oreille, elle fait trembler votre tympan de la même façon, et votre cerveau entend un son. Dans l’air à 20 °C, l’onde parcourt environ 343 mètres par seconde ; dans l’eau, elle va plus de quatre fois plus vite. Dans l’espace, il n’y a pas d’air pour la transporter, donc le son ne peut pas du tout s’y propager.

Essayez : posez doucement les doigts sur le devant de votre gorge et fredonnez. Le bourdonnement que vous sentez, c’est la vibration qui produit votre voix.

La hauteur : combien de fois par seconde

La vitesse à laquelle quelque chose vibre décide si le son est aigu ou grave. Le nombre de vibrations par seconde s’appelle la fréquence ; elle se mesure en hertz (Hz), une unité qui porte le nom du scientifique Heinrich Hertz. 440 vibrations par seconde, c’est le A4 que vous avez rencontré dans la leçon « Nom des notes » ; 110 par seconde, c’est A2, deux octaves plus bas.

Plus rapide veut dire plus aigu, plus lent veut dire plus grave. La touche la plus grave d’un piano, A0, vibre à 27,5 Hz, et la plus aiguë, C8, à environ 4186 Hz. Une oreille jeune entend à peu près de 20 à 20 000 Hz ; la limite haute baisse généralement avec l’âge, et beaucoup d’adultes entendent jusqu’à environ 16 000 Hz.

Quatre A à 110, 220, 440 et 880 vibrations par seconde, en sons sinusoïdaux purs.

Une octave, c’est le double

Réécoutez les quatre A. Chacun vibre exactement deux fois plus vite que le précédent. C’est le secret de l’octave de la leçon « Nom des notes » : deux notes à une octave d’écart ont des fréquences dans le rapport 2 à 1, et elles se mélangent si bien qu’on dirait la même note, l’une aiguë et l’autre grave.

D’autres rapports simples sonnent doux aussi. Quand deux fréquences sont dans le rapport 3 à 2, comme 220 Hz et 330 Hz, vous entendez une quinte juste. En gros, plus le rapport est simple, plus les deux ondes se retrouvent souvent alignées, et plus elles sonnent calmes ensemble.

220 Hz et 440 Hz, d’abord l’un après l’autre, puis ensemble.
220 Hz et 330 Hz, d’abord l’un après l’autre, puis ensemble.

Pourquoi A = 440

Pour jouer ensemble, les musiciens doivent se mettre d’accord sur la hauteur d’une note. Aujourd’hui, dans la plupart des pays, on accorde le la au-dessus du do central (A4) à 440 Hz. Il n’en a pas toujours été ainsi : pendant des siècles, la hauteur changeait d’un endroit à l’autre, souvent selon l’orgue du lieu. En 1859, la France a adopté une loi fixant le la à 435 Hz.

En 1939, une conférence internationale à Londres a recommandé 440 Hz. L’Organisation internationale de normalisation (ISO) l’a adopté comme norme en 1955 et l’a confirmé en 1975 sous le nom d’ISO 16. Malgré cela, tout le monde n’utilise pas exactement 440 : beaucoup d’orchestres s’accordent un peu plus haut, entre environ 440 et 444 Hz.

Le la d’aujourd’hui, puis le la français de 1859, puis les deux ensemble.

Les harmoniques : pourquoi un piano et une guitare sonnent différemment

Un vrai instrument ne vibre pas à une seule vitesse. Une corde vibre sur toute sa longueur et, en même temps, par moitiés, par tiers, par quarts, et ainsi de suite. Une note à 110 Hz contient donc aussi des sons plus faibles à 220, 330, 440, 550 Hz et au-delà : des multiples entiers de la plus grave. Cette famille s’appelle la série harmonique, et ses membres plus aigus sont les harmoniques. Nous entendons le plus grave, le son fondamental, comme la hauteur de la note.

Chaque instrument a son propre mélange d’harmoniques forts et faibles, et sa propre façon de commencer et de s’éteindre. Ce mélange, c’est sa couleur sonore, ou timbre. C’est pourquoi un piano et une guitare qui jouent le même A au même volume sonnent quand même différemment. Une onde sinusoïdale n’a aucun harmonique, et c’est pourquoi elle sonne si simple et si lisse.

L’échelle des harmoniques ci-dessous joue les huit premiers membres de la série harmonique de 110 Hz. Quelques-uns tombent un peu à côté des touches du piano : le 7e est environ un tiers de demi-ton plus bas que le G du clavier.

Les huit premiers harmoniques de 110 Hz, un par un.
On part de 220 Hz, puis on ajoute 440, 660 et 880 Hz : le son devient plus riche.
A4 en onde sinusoïdale pure, sans harmoniques.
Le même A4 au piano.

Le tempérament égal : douze pas égaux

Si l’on accorde chaque intervalle sur les rapports les plus simples, certaines tonalités sonnent magnifiquement et d’autres sonnent très faux. La solution habituelle aujourd’hui est le tempérament égal : l’octave est divisée en douze demi-tons exactement égaux. Monter d’un demi-ton multiplie la fréquence par la racine douzième de 2, environ 1,0595. Faites-le douze fois et vous arrivez exactement au double : l’octave.

L’avantage, c’est que toutes les tonalités fonctionnent aussi bien, et la musique peut aller dans n’importe quelle tonalité. Le prix à payer, c’est que la plupart des intervalles s’écartent très légèrement des rapports simples. Les musiciens mesurent ces minuscules écarts en cents : un demi-ton vaut 100 cents. Une quinte tempérée est plus étroite qu’une quinte pure 3:2 d’environ 2 cents seulement, mais une tierce majeure tempérée est plus large d’environ 14 cents qu’une tierce pure 5:4. Les chanteurs et les instrumentistes à cordes, qui peuvent ajuster chaque note, tendent souvent vers les versions pures. La netteté avec laquelle on entend la différence varie d’une personne à l’autre.

Le tempérament égal est le principal système d’accord de la musique occidentale depuis le XXe siècle. Avant cela, plusieurs autres tempéraments étaient en usage, et les claviéristes ne sont passés au tempérament égal que peu à peu.

C et E comme sur un piano moderne : écoutez un léger frémissement.
La même tierce avec E abaissé de 14 cents : plus lisse et plus calme.

Les battements : le « oua-oua » de l’accordage

Quand deux notes sont très proches sans être identiques, leurs ondes se décalent et se recalent sans cesse. Quand elles s’alignent, le son devient plus fort, et quand elles s’annulent, il devient plus faible : on entend un « oua-oua-oua » régulier. Ces pulsations s’appellent des battements, et le nombre de battements par seconde est égal à la différence entre les deux fréquences : 440 Hz et 442 Hz donnent 2 battements par seconde.

Les battements sont les meilleurs amis de celui qui accorde. À mesure que vous rapprochez une corde de la bonne note, les battements ralentissent, et quand ils disparaissent, les deux notes sont justes. Les accordeurs de piano comptent même les battements pour régler les intervalles. Si les notes s’éloignent beaucoup, les battements deviennent trop rapides pour être comptés et se transforment en un son rugueux et grésillant.

Deux battements par seconde.
Cinq battements par seconde : un « oua-oua » plus rapide.
La deuxième note se rapproche de 440 Hz jusqu’à ce que les battements s’arrêtent.

Essayez : jouez la même note sur deux instruments, ou chantez avec une note longuement tenue, et écoutez les battements. Ajustez lentement jusqu’à ce qu’ils ralentissent et disparaissent.

Son de piano : Salamander Grand Piano, par Alexander Holm (CC BY 3.0).