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Les harmoniques chez les bois

Partie 7​

Le cas particulier du Venova*

Le 5 avril 2017, lors du Musikmesse à Frankfurt, Yamaha présentait un nouvel instrument à vent à l'allure et aux propriétés acoustiques très particulières : le Venova. Après avoir observé ses propriétés, nous chercherons à comprendre les phénomènes acoustiques qui rendent ces propriétés possibles.​

Observations visuelles et sonores sur le Venova


Le corps percé de trous et le bec comparable à celui d'une clarinette ou d'un saxophone nous permettent de classer cet instrument dans la famille des bois et plus précisément des instruments à anche simple.

Nous ne nous attarderons pas sur le matériau choisi (corps en résine ABS) car son impact est mineur sur la sonorité de l'instrument. En revanche, il a ouvert la possibilité de créer un corps sinueux assez complexe. Cette perce permet de placer les trous à des distances proches et ainsi de profiter d'une plus grande longueur de tuyau en ajoutant un minimum de clés.​

Il y a au total 9 trous de jeu à l'avant, 2 trous à l'arrière dont un pour la clé de registre et deux sorties :
  • une sortie en bas correspondant au traditionnel pavillon
  • une sortie à l'extrémité d'une longue cheminée placée juste sous le bec
Cette seconde sortie, en plus d'être très remarquable visuellement, a un grand impact sur les propriétés acoustiques de l'instrument. Nous l'appellerons la cheminée.


Commençons les observations sonores avec une gamme de do majeur sur la tessiture annoncée de deux octaves.

La clé de registre correspond à une clé d'octave. La justesse est assez approximative, le changement de registre est discret avec une attaque très légèrement plus bruyante. Dans l'ensemble la présence des harmoniques pairs et impairs semble équilibrée. Un détail : les fa sont bien moins riches en harmoniques que les autres notes.​

Voyons maintenant quels harmoniques il est possible d'obtenir à partir du doigté du do grave : tous les trous sont bouchés.
Sans grande surprise suite au spectrogramme de la gamme qui indiquait la présence des harmoniques pairs et impairs, il est possible de jouer les deux. Notez qu'il est déjà délicat d'atteindre l'harmonique de rang 4. Il est peut-être possible d'en atteindre des supérieurs avec un entrainement spécifique, mais je n'y suis pas parvenu lors du test.​

Tous les enregistrements précédents ont été réalisés avec la cheminée ouverte. Écoutons maintenant un même enchaînement de doigtés avec la cheminée ouverte, puis fermée. Je précise ici que la cheminée a été fermée à son extrémité par mes soins. Il s'agit d'une utilisation détournée de l'instrument pour expérimentation scientifique.

En plus d'une "transposition" que nous étudierons en détail plus bas, nous constatons un changement de timbre flagrant :
  • quand la cheminée est ouverte, le son du Venova est assez proche du son du saxophone
  • quand la cheminée est fermée, le son du Venova se rapproche alors du son de la clarinette
C'est aussi remarquable sur le spectrogramme : les harmoniques pairs sont moins présents lorsque la cheminée est fermée que lorsqu'elle est ouverte, ce qui correspond à une des différences majeures entre les spectres de la clarinette et du saxophone.​

Avant de chercher à comprendre ces phénomènes, je vous propose de prendre quelques mesures précises sur les fréquences jouées avec la cheminée ouverte puis fermée et d'en étudier leurs rapports.

​Les fondamentales des notes jouées avec la cheminée ouverte puis fermée sont :​


Sur l'échelle d'une gamme de 12 demi-tons à tempérament égal au diapason la 452Hz, les écarts entre les mesures et les notes enregistrées avec la cheminée ouverte sont les suivants :


La justesse approximative de l'instrument est mise en avant, mais nous sommes sur l'ordre de grandeur d'une gamme de 12 demi-tons à tempérament égal.​

Si nous appliquons les mêmes comparaisons pour les notes enregistrées avec la cheminée fermée au diapason la 307Hz, nous obtenons ces écarts :


Les écarts sont tels que l'on peut considérer que nous ne sommes plus sur l'approximation d'une gamme de 12 demi-tons à tempérament égal. Il ne s'agit donc pas d'une simple transposition tonale, c'est pourquoi le terme transposition était utilisé plus haut entre guillemets. Si vous ne l'avez pas remarqué à l'écoute, je vous conseille de comparer à nouveau les deux phrases pour le percevoir.​

Pour aller plus en détail, voici les sons obtenus en jouant les doigtés de la gamme de do majeur avec la cheminée bouchée :
Comparons les notes obtenues avec celle d'une gamme de 12 demi-tons à tempérament égal démarrant à la même fréquence :


L'évolution de la différence entre la gamme à 12 demi-tons et celle du Venova avec la cheminée bouchée semble être assez constante et de l'ordre de 30 cents par demi-ton.

Compréhension de l'acoustique du Venova

En nous servant de plusieurs points observés dans la partie précédente, nous allons tenter de déterminer ici les systèmes acoustiques du Venova. Il ne s'agit pas d'une démonstration mais d'une étude des comportements.​​

Commençons par étudier l'intensité des harmoniques. Nous l'avons remarqué : les harmoniques de rangs pairs et impairs semblent être équilibrés lorsque la cheminée est ouverte, alors que les harmoniques de rangs pairs sont atténués lorsque la cheminée est bouchée.


Conséquence directe de ce phénomène, nous avons remarqué que le timbre du Venova est plus proche du saxophone lorsque la cheminée est ouverte et plus proche de la clarinette lorsque la cheminée est fermée :
Le Venova semble se comporter :
  • comme un instrument conique lorsque la cheminée est ouverte
  • comme un instrument cylindrique lorsque la cheminée est fermée
​ Cependant, il est évident que la forme de la perce du Venova ne peut pas changer en bouchant la cheminée. Dans La création du son au saxophone, nous avons remarqué que l'onde semblait aller se réfléchir à la pointe (imaginaire) du cône incomplet de l'instrument.

Serait-il possible que, dans le cas où la cheminée est ouverte, cette dernière remplace la pointe imaginaire du cône faisant du Venova un tuyau ouvert aux deux extrémités ?​​

Partons de ces hypothèses :
  • Lorsque la cheminée est ouverte, le Venova se comporte comme un tuyau ouvert aux deux extrémités
  • Lorsque la cheminée est fermée, le Venova se comporte comme un tuyau ouvert à une extrémité
​
Reprenons les mesures de fréquences des gammes cheminée ouverte et cheminée fermée et calculons les longueurs de tuyau correspondantes (avec L = c/2F pour le tuyau ouvert et L = c/4F pour le tuyau fermé à une extrémité) :


Puisque l'écart entre les trous ne bouge pas que la cheminée soit ouverte ou fermée, dans le cas de notre hypothèse, la différence entre les longueurs de tuyau de chaque gamme est attendue comme constante d'une note à l'autre.


Une constante semble se dessiner autour de 10,9 cm d'écart malgré les approximations de mesures et viendrait confirmer notre hypothèse. Cet écart correspond au changement de parcours induit par la cheminée. Le Venova semble donc être capable de se comporter comme un tuyau ouvert aux deux extrémités ou un tuyau ouvert à une seule extrémité suivant si la cheminée est ouverte ou fermée.​​

Pour conclure, je dirais que le Venova, malgré ses imperfections (notamment pour la justesse), est un instrument extrêmement ingénieux qui met en avant plusieurs nouveautés de lutherie (la forme du corps et la cheminée) qui je l'espère seront perfectionnées à l'avenir.

* Venova est une marque déposée propriété de Yamaha.
Je rappelle que Venova est un article qui est sans concurrence à ce jour.
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