Pour les esprits scientifiques, un bref résumé d'acoustique........
et la traduction en français de quelques articles scientifiques du Dr. Richard A Smith

Comment la forme du pavillon et de la branche d'embouchure affectent les qualités musicales d'un instrument
Pourquoi nous proposons un choix de branches, perces et pavillons

À un niveau élémentaire, on suppose qu'un cuivre est un tube qui modèle et amplifie la vibration des lèvres de l'instrumentiste et le son sort simplement de l'extrémité évasée. Ce serait vrai si l'instrument avait une forme conique très large (comme un mégaphone ou un haut-parleur à chambre de compression) où tout le son est immédiatement transmis à l'air extérieur.

[Quand on écoute un haut-parleur de haut de gamme, on en attend une reproduction fidèle d'un CD : on n'accepte pas de "résonance" ni de coloration du son. Les meilleurs haut-parleurs ont une large bande passante et sont aussi conçus pour répondre instantanément aux brusques variations du son - c'est à dire aux sons percussifs. C'est leur comportement en régime transitoire.]

Mais ce n'est pas ainsi que fonctionne un cuivre. Il doit avoir des résonances pour choisir certaines fréquences correspondant aux notes de la gamme, et le régime transitoire ne se produit qu'au début et à la fin de chaque note. Par ailleurs, ces résonances sont celles de l'air dans le tube et ne sont pas nécessairement des harmoniques à proprement parler puisque leur rapport peut être modifié par des changements subtils de la forme de cône.

Les résonances commencent à se produire quand le cône (angle) du mégaphone ou du haut-parleur est graduellement rendu plus étroit ; finalement, quand on approche de la forme de la trompette ou du bugle, on arrive à un cône qui a les résonances familières à tous les joueurs de cuivres.

Pour le démontrer, j'ai construit une fois un ensemble des cônes en laiton de différents angles, mais accordés à la même hauteur. Avec le plus large, il était presque impossible de maintenir une résonance (note), mais c'était beaucoup plus facile avec les formes moyennes et étroites. A l'autre extrémité, avec une forme faiblement conique (presque un tube cylindrique), il était possible de jouer aussi bien les résonances d'un instrument conique que celles d'un instrument cylindrique comme la Clarinette (en 1/12èmes) - mais c'est une autre histoire !

L'expérience avec de nombreux clients professionnels montre que si on lui donne le choix entre des branches d'embouchure et des pavillons larges et étroits, l'instrumentiste trouve les formes étroites plus faciles à jouer que les larges. C'est contraire à l'idée logique qu'un tube plus large permet à plus d'air de passer à travers et devrait donc être plus facile. Pour une explication correcte, il faut revenir aux principes de base :

Quand un instrument joue un La 440Hz, les lèvres de l'instrumentiste vibrent, s'ouvrent et se ferment, 440 fois par seconde. Nous le constatons en prenant des photographies à grande vitesse à travers une embouchure en plastique transparent.

Imaginez vos lèvres entrain de s'ouvrir et se fermer dans un mouvement lent.

Quand les lèvres sont ouvertes, une impulsion d'air est envoyée dans l'instrument et fait se propager une onde longitudinale (1) vers l'extrémité du tube à la vitesse du son (1200 km/h), jusqu'au pavillon où la plus grande partie (2) est renvoyée dans l'instrument pour créer et maintenir une résonance. Un peu de l'énergie est émise hors du pavillon et constitue le son que nous entendons. (une analogie optique est le laser à gaz He-Ne).

La discussion ci-dessus a montré comment un cône large, comme un mégaphone ou un haut-parleur, ne reflète pas l'onde sonore, donc ne produit pas ou peu de résonance, toute l'onde étant émise. Mais quand la forme de cône devient plus étroite, il y a augmentation de la force de l'onde réfléchie et par conséquent de la résonance de l'air. Il s'ensuit donc que plus le pavillon est étroit, plus la résonance est forte, facilitant le remplacement par l'instrumentiste de l'énergie perdue. Réciproquement, avec un pavillon plus large, il y a plus d'énergie émise vers l'extérieur par le pavillon et moins d'énergie réfléchie, ce qui demande plus d'effort à l'instrumentiste pour la remplacer. Dans les deux formes extrêmes de pavillon de trompette, il faut s'attendre à une diminution de rendement acoustique de l'instrument, soit par la restriction (trop étroit) soit par la fatigue (trop large) et il existerait donc une taille optimale de pavillon quelque part dans l'intervalle. Notre étude de l'analogie optique - le laser - a prouvé son utilité ; là où le pavillon et la branche d'embouchure sont représentés par les miroirs qui reflètent et transmettent partiellement l'énergie lumineuse. Un laser a une quantité considérable d'énergie interne - seulement 0, 01% en sort par les miroirs sous forme de faisceau lumineux intense. La puissance du faisceau lumineux ou du son de la trompette émis peut être représentée comme ci-dessous, avec un maximum à la réflectivité optimale du
miroir ou du pavillon :

L'onde renvoyée dans l'instrument, rejoint les lèvres quand elles sont ouvertes pour la deuxième fois (3) et est renforcée par l'impulsion d'énergie suivante des lèvres. D'une manière semblable au pavillon, la forme de la branche d'embouchure est importante pour déterminer quelle quantité d'onde est renvoyée de nouveau dans l'instrument et quelle quantité est transmise à travers les lèvres. On choisit souvent une branche d'embouchure étroite pour rendre un instrument plus sensible parce qu'elle renverra plus d'énergie dans la perce. Et d'une manière semblable au pavillon, comme une branche d'embouchure diminuerait le rendement d'un instrument en étant trop étroite ou trop large, il doit y avoir un diamètre optimal quelque part dans l'intervalle.

Pour cette raison, nous utilisons un ensemble de branches d'embouchure interchangeables soigneusement calibrées pour nos trompettes et cornets.

Si la branche d'embouchure et le pavillon sont combinés en un diagramme en 3D nous pouvons voir que la combinaison idéale serait au sommet. Notre objectif est de trouver ce point pour tous nos clients !

Produire les notes

Finalement, quand les ondes allant et venant à travers l'instrument seront bien installées, une note régulière sera produite. La vibration des lèvres sera calée sur la résonance du tube, et on aura trouvé ce qui s'appelle techniquement un "mode de vibration" que certains instrumentistes appellent un "slot". La note "pédale" ou 1er mode de la vibration (Sib = 116.5Hz) se produit si les lèvres s'ouvrent et se ferment une fois par aller-retour de l'onde vers le pavillon. Si la vibration des lèvres double en fréquence, (fréquence double = octave au-dessus, Sib = 233Hz) une deuxième onde se déclenchera à partir des lèvres quand la première a juste atteint le pavillon. C'est le deuxième mode. Le 3ème mode sera à une vitesse (fréquence) triple du fondamental, ce qui donne le Fa = 349Hz, et ainsi de suite.

Un signe d'un instrument bien conçu est quand ces modes ou "slots" sont accordés les un avec les autres, également espacés et de force semblable.

Considérant l'instrument dans son ensemble, la colonne d'air contient une certaine quantité d'énergie, fournie et maintenue seulement par l'instrumentiste, mais qui est dissipée au fur et à mesure par le pavillon et la branche d'embouchure. Si la perte est trop grande à cause d'un pavillon et/ou d'une branche d'embouchure excessivement larges, l'instrumentiste se fatiguera et aucune résonance ne sera possible ; réciproquement, si le pavillon et/ou la branche d'embouchure sont trop étroits, l'instrument deviendra plus dur à jouer et émettra peu de son.

Quelque part entre ces extrêmes il y aura un équilibre optimum pour la taille du pavillon et de la branche d'embouchure pour chaque instrumentiste, selon la force de ses lèvres, l'embouchure utilisée et le type d'utilisation, par exemple studio, orchestral, quintette, musique de scène etc...


Notes

La perce (au niveau des pistons) semble jouer un rôle moins important et c'est la raison principale pour laquelle nous avons maintenant seulement deux tailles de perce pour les trompettes en Sib et en Ut.

1. En fermant le tube de l'instrument avec une membrane mince, nous pouvons démontrer que seule l'onde sonore et non l'air doit se propager dans le tube pour produire une note (voir la référence ITG1999 ci-dessous)

2. En moyenne, moins de 1% de l'énergie que l'on produit est émise réellement comme son par le pavillon !!

3. Si un débutant n'ajuste pas la tension des lèvres, c.-à-d. essaie de sortir une note fausse, il produira un certain bruit non désiré. "La perfection s'obtient par la pratique !"

Quelques articles scientifiques du Dr. Richard A. Smith traduits en français :
Une approche systématique des corrections de justesse des cuivres (Nature, 1976)
Développements récents dans la conception des trompettes (ITG, 1978)
Effet acoustique des matériaux dans la facture des cuivres (IOA, 1986)
Tout est dans la perce ! (ITG, 1988)
Comment faire parler votre instrument (ITG, 1999)
Mesure des branches d'embouchure par réflectométrie d'impulsion (IOP, 2002)


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