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Son et hauteur : fréquence, diapason et numéros MIDI

Définition

La hauteur (pitch) est la perception du caractère aigu ou grave d'un son. Elle correspond, avec une bonne approximation, à la fréquence fondamentale d'une vibration périodique, mesurée en hertz (Hz) = cycles par seconde. L'oreille humaine couvre environ 20 Hz – 20 kHz (la limite supérieure baisse avec l'âge) ; le sens de la hauteur musicale est net à peu près entre 30 Hz et 4–5 kHz.

Octaves et rapports

  • Doubler la fréquence = monter d'une octave (rapport 2:1). A2 = 110 Hz, A3 = 220, A4 = 440, A5 = 880.
  • La perception est logarithmique : de 100 à 200 Hz il y a une octave, de 1000 à 1100 Hz moins de deux demi-tons.
  • Dans le tempérament égal, un demi-ton est le rapport 2^(1/12) ≈ 1,05946.

Fréquence d'une note MIDI n : f = 440 · 2^((n − 69)/12). Inverse : n = 69 + 12 · log2(f / 440).

Le diapason

Le la4 à 440 Hz est la norme internationale (conférence de Londres de 1939, puis norme ISO 16 de 1975). Beaucoup d'orchestres européens s'accordent à 442–443 Hz pour un son plus brillant ; la musique baroque sur instruments d'époque utilise souvent 415 Hz (environ un demi-ton plus bas) et une partie du répertoire classique 430 Hz. Le « diapason normal » français de 1859 fixait 435 Hz. Les affirmations sur les prétendus bienfaits du 432 Hz n'ont aucune base scientifique.

Tableau de référence (12-TET, A4 = 440 Hz)

NoteHzNoteHz
E1 (corde grave de la basse)41,20C4 (do central)261,63
A155,00E4329,63
C265,41A4440,00
E2 (corde grave de la guitare)82,41C5523,25
A2110,00A5880,00
C3130,81C61046,50
G3196,00C8 (dernière touche du piano)4186,01

Hauteur, timbre et harmoniques

Un son musical réel contient la fondamentale et de nombreux harmoniques (multiples entiers : 2f, 3f, 4f…) qui déterminent le timbre. Le cerveau reconstruit la hauteur même si la fondamentale manque (fondamentale manquante) : c'est pourquoi un 808 à 45 Hz « s'entend » aussi sur un smartphone s'il est saturé et possède des harmoniques à 90, 135, 180 Hz. Voir « La série des harmoniques et le timbre ».

Les autres grandeurs du son

  • Amplitude → intensité perçue (dB SPL dans l'air, dBFS en numérique).
  • Enveloppe (attaque, decay, sustain, release) → caractère de l'articulation.
  • Spectre → timbre.
  • Durée → rythme.

La longueur d'onde dans l'air est λ = 343 / f mètres : 50 Hz ≈ 6,9 m, 1 kHz ≈ 34 cm. Cela explique pourquoi les graves sont difficiles à contrôler dans une petite pièce (modes de la pièce).

Usage pratique pour le producteur

  • Accorder kick et 808 : trouve la fondamentale avec un analyseur (Fruity Parametric EQ 2, Voxengo SPAN) et transpose-la sur la tonique ou la quinte du morceau. Une grosse caisse en fa à 43,65 Hz est idéale pour un morceau en fa mineur.
  • EQ musical : une basse en la a des fondamentales à 55 ou 110 Hz : un high-pass à 100 Hz sur cette piste retire la moitié de la ligne.
  • Pitch et vitesse : ralentir un sample de 50 % le baisse d'une octave ; transposer de +1 demi-ton signifie multiplier la vitesse par 1,0595.

Exemple dans un morceau

Dans les drops dubstep et dans beaucoup de bandes originales de Hans Zimmer, la basse descend sous 40 Hz : la perception dépend en grande partie des harmoniques générés par la distorsion. Dans « Bad Guy » (Billie Eilish), la ligne de basse synthétique vit surtout sous 100 Hz et reste audible sur de petits haut-parleurs grâce à la saturation.

Exercice

  1. Dans FL Studio, charge une sinusoïde (3x Osc) et joue A3, A4, A5 scientifiques (A4, A5, A6 dans la Piano roll de FL) : vérifie 220, 440, 880 Hz avec Wave Candy.
  2. Calcule la fréquence de la tonique de ton dernier morceau dans les octaves 1, 2 et 3 et note où elle tombe par rapport au passe-haut de tes pads.
  3. Baisse un loop de batterie de 12 demi-tons sans time-stretch et vérifie qu'il dure le double.

Liens

Noms des notes et octaves ; Tempérament égal et cents ; La série des harmoniques et le timbre ; EQ par zones de fréquence.

Sources

Leçons liées