Principes de fonctionnement des aérophones

Les vibrations de l’air

Pour tous les types d’instruments à vent, le son est produit par la vibration de l’air ; ils sont classés selon la manière dont on les fait vibrer. Dans les instruments à embouchure (a) ou à conduit (b), l’air vibre après avoir été dirigé contre un bord aminci. Des vibrations dans un tuyau peuvent aussi être obtenues par les anches (simples (c), doubles (d) ou libres (e)).

Pour les instruments à embouchure en bassin (f), l’air vibre par la pression des lèvres. L’instrument à vent libre (g) n’a pas de colonne d’air comprimée ; l’air vibre autour de l’instrument lorsqu’il est en mouvement dans l’espace.

La forme

La plupart des instruments à vent ont un corps de forme tubulaire ou globulaire, dans lequel est enfermé de l’air qui vibre lorsqu’on joue. La forme de l’instrument détermine la sonorité. Le tuyau creux constitue le genre de corps le plus courant ; celui-ci peut être cylindrique (a) comme pour la clarinette, conique (b) comme pour la flûte à bec, ou évasé (c) comme pour le hautbois. Les instruments à vent ayant un corps globulaire (d) comme l’ocarina sont moins répandus.

Le diapason

La hauteur de son obtenue dépend de la longueur du tube qui contient la colonne d’air vibrante. La longueur du tube détermine la durée des ondes sonores et, par conséquent, le nombre de fréquences en une seconde.

Théoriquement, tout tuyau peut produire une hauteur de son propre à sa longueur. Ce son s’appelle la fondamentale. Avec un tube d’une soixantaine de centimètres on obtient le do central (1) tandis qu’un tuyau de longueur double sonnera à l’octave inférieure (2). Un tuyau bouché sonnera une octave plus bas qu’un tuyau ouvert de même longueur.

Les harmoniques

Lorsqu’on met en action une colonne d’air, celle-ci vibre à la fois comme un tout et par sections. Ces vibrations secondaires produisent des sonorités différentes de la fondamentale. Ces autres sons, que l’on appelle harmoniques, sont produits par une intensité accrue de la colonne d’air afin d’accélérer la vibration dans le tuyau. Les harmoniques se produisent dans un ordre naturel que l’on appelle série harmonique. Bien que l’intervalle entre un harmonique et le suivant soit fixé, les hauteurs proprement dites varient selon la dimension et la forme du tuyau. L’exemple ci-contre se rapporte à un tuyau hypothétique de 2,50 m.

La modification de la hauteur de son

Ce n’est qu’en raccourcissant ou en allongeant le tuyau qu’un instrument à vent peut produire des hauteurs de sons différentes de sa fondamentale et des harmoniques qui en découlent. Un tuyau se raccourcit par le moyen de trous de jeu placés vers l’extrémité inférieure du tuyau. Ils ont pour effet de réduire la longueur de celui-ci jusqu’à l’endroit où l’air s’échappe en premier (a). On obtient un tuyau plus long au moyen d’un simple mécanisme coulissant (b) ou par l’adjonction d’un bocal ou de soupapes qui permettent de diriger l’air à travers une longueur supplémentaire de tuyau (c).

La couleur sonore

Chaque instrument à vent a son propre timbre. Lorsqu’un son est produit, celui-ci est coloré par la présence des harmoniques appartenant en propre à ce son. La présence d’harmoniques différents est déterminée par la forme du tuyau. Par exemple, le tuyau conique du hautbois accentue les harmoniques graves (a) alors que le tuyau bouché cylindrique de la clarinette fait ressortir les harmoniques de nombre impair (b). Dans chaque cas de figure, c’est la série harmonique du son le plus grave de l’instrument qui a été prise en exemple.