Les instruments de musique font le bonheur des musiciens et des auditeurs. Créer la voix - ou le style et le ton caractéristiques - d'un instrument est un équilibre exquis de physique et de savoir-faire. À ce jour, il y a eu peu d'analyses de l'acoustique responsable des voix distinctes des différents instruments à cordes pincées.

Maintenant, une équipe dirigée par Jim Woodhouse, professeur émérite au Département d'ingénierie de l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI, a étudié les caractéristiques physiques responsables de la voix d'un banjo à 5 cordes. Ils comparent les résultats à une guitare à cordes d'acier.

L'étude, Publié dans Acta Acustica , est co-écrit par David Politzer, un physicien lauréat du prix Nobel basé à CalTech aux États-Unis et le spécialiste de l'acoustique Hossein Mansour. Mansour travaillait alors avec l'entreprise technologique française Dassault Systèmes.

L'article en libre accès contient des clips audio intégrés qui donnent vie à la recherche.

Construction et physique pour la voix

Pour étudier l'acoustique responsable de la voix immédiatement reconnaissable du banjo, les chercheurs ont mesuré la réponse vibratoire de l'instrument et étudié comment le son qu'il produit est influencé par les paramètres de construction.

"Dans le banjo, exceptionnellement parmi les instruments à cordes, bon nombre de ces paramètres peuvent être ajustés par le fabricant ou le joueur, il est donc utile de comprendre comment ces ajustements fonctionnent, " dit Woodhouse.

L'équipe a utilisé la synthèse de modélisation physique pour sonder l'acoustique. Des modèles mathématiques ont été calculés, testé et calibré en laboratoire et utilisé pour synthétiser des exemples sonores. Les chercheurs ont montré que les modèles pouvaient produire des sons « convaincus semblables à ceux d'un banjo ».

Ces sons synthétisés étaient au cœur du travail, ils ont donc été intégrés sous forme de clips audio dans l'article. Traditionnellement, ces clips seraient disponibles en tant que matériel supplémentaire à télécharger. "Les fichiers embarqués donnent au lecteur beaucoup plus de facilité et permettent une réponse beaucoup plus immédiate, " dit Woodhouse.

Contrastes et découvertes

La structure d'un banjo diffère de celle d'une guitare. Les banjos ont une membrane tendue en forme de tambour plutôt qu'une plaque de bois pour une table d'harmonie, et cela a un impact sur l'acoustique.

"Les cordes se couplent beaucoup plus fortement à la vibration de la table d'harmonie. Le résultat est que les notes sur un banjo sont plus fortes que les notes correspondantes sur une guitare, et se dégradent plus rapidement, " explique Woodhouse.

Grâce à l'analyse des modèles, l'équipe a également fait une découverte plus surprenante. Contrairement aux travaux précédents sur les violons et les guitares, l'étude du banjo démontre comment le son est influencé par des structures acoustiques appelées formants.

"Sous la fine structure des résonances individuelles, il peut y avoir des formants, des structures de plus grande envergure, façonner la distribution de fréquence du son rayonné par l'instrument, " dit Woodhouse.

Les ajustements structurels du banjo peuvent être utilisés pour contrôler les formants et ainsi ajuster le ton de l'instrument.

« Le banjo donne un cas extrême du contraste mode/formant :les changements affectant les résonances individuelles semblent être beaucoup moins importants, en termes de son, que les changements qui affectent les formants."

Travailler dans le domaine de l'acoustique musicale - où la physique est combinée avec la perception et le jugement humains - appelle une approche inhabituelle de la recherche, dit Woodhouse.

"Avec des problèmes musicaux, les questions de physique doivent être dénouées par l'interaction avec les fabricants et les joueurs d'instruments. Vous rencontrez beaucoup de gens intéressants qui font ce genre de travail !"