Petite théorie vocale du son

Atelier théorique animé par Ann-lise le 24 novembre.
Louise nous propose sa version en facilitation graphique ! (Merci !!)

Introduction

La production vocale fait intervenir trois niveaux dans le corps :

• Niveau respiratoire (la mise en œuvre du souffle : sous le larynx)
• Niveau vibratoire (la création d'une onde primaire à partir du souffle : dans le larynx)
• Niveau articulatoire (l'enrichissement de cette onde : dans les résonateurs et les articulateurs, dans la boite crânienne)

Un peu de vocabulaire :

• La glotte : c'est l'espace entre les deux cordes vocales lorsqu'elles sont au repos. C'est par là que passe l'air, en inspiration ou en expiration.
• Les cordes vocales ou plis vocaux : ce sont des lèvres qui constituent un sphincter, dans le sens où l'accolement des cordes vocales permet de fermer hermétiquement l'unique passage de l'air possible entre l'intérieur (nos poumons) et l'extérieur, et ce dans les deux sens.

Niveau respiratoire

Au moment de l’inspiration, l’air entre dans les poumons en passant par le nez et/ou la bouche et en traversant le larynx qui abrite les cordes vocales.

• Si les cordes vocales sont au repos, c'est à dire écartées l'une de l'autre (= si la glotte est ouverte), l'air passe entre elles, puis est dirigé vers la trachée
• Si les cordes vocales sont tendues et accolées, le larynx constitue une barrière hermétique que l'air ne peut pas traverser : on est en apnée.

Le mouvement d'entrée de l'air est enclenché par une augmentation du volume thoracique, et donc des poumons (et non pas l'inverse : ce n'est pas l'entrée de l'air qui fait augmenter le volume des poumons). On crée alors une dépression que l'arrivée de l'air extérieur va permettre de diminuer ou annuler.
Ce mouvement peut prendre de très nombreuses formes : la cage thoracique peut se soulever, s'écarter latéralement (de manière symétrique ou non), Les poumons peuvent également être étirés verticalement vers le bas, par l'abaissement du diaphragme, sans mouvement de la cage thoracique.

Au moment de l'expiration, l'air est chassé des poumons vers l'extérieur, en passant par le larynx. L'origine de ce déplacement d'air peut également prendre de très nombreuses formes (il peut consister en un effort ou en une décontraction par exemple), mais il doit s'agir d'un mouvement qui entraine une diminution du volume thoracique. En diminuant le volume des poumons, on met l'air sous pression,

• Si la glotte est ouverte, l'air sortira librement, et sans bruit pour le nez et/ou la bouche.
• Si les cordes vocales sont accolées et fortement tendues, l'air et bloqué au niveau du larynx sans aucune possibilité de s'échapper : on est en apnée.
• Si les cordes vocales sont accolées avec une tension moindre, il est possible d'atteindre un niveau de pression de l'air sous-glottique (cet air qui arrive des poumons) qui permettra la création d’une onde sonore !

Niveau vibratoire

Pour ce niveau on se base sur une situation d'expiration (on ne parle ou ne chante que dans ce mouvement respiratoire) où les cordes vocales sont accolées (la glotte est fermée) : l’air sous pression arrive au niveau du larynx qui renferme les cordes vocales.

Dans cette situation, l'air s’amasse donc sous le larynx, jusqu’à atteindre un niveau de pression tel que les cordes vocales vont laisser s’échapper une petite partie de cet air (un "puff d'air") avant de parvenir à s’accoler à nouveau. Il y a une corrélation directe entre la tension des cordes vocales et le niveau de pression qui engendre un puff d'air, et il est possible de jouer sur ces deux paramètres.

Ce puff d'air va traverser le conduit vocal, puis, dans l'atmosphère extérieure, il va rencontrer des particules d'air déjà présentes. Cette rencontre, qui se fait à la sortie de notre nez et/ou de notre bouche, crée ainsi une zone de pression. Les particules vont s'entrechoquer, et mécaniquement le choc va les faire se repousser, créant une zone de dépression à l'endroit-même où il y avait une zone de pression. Ce déplacement engendre ainsi d'autres endroits de pression puis de dépression. Les particules d'air ne se déplacent pas sur de grandes distances, mais de proche en proche le mouvement "pression/dépression" peut quant à lui parcourir une grande distance (à la vitesse de 340m/sec), jusqu'à rencontrer l'oreille de quelqu'un. L'information de cet unique mouvement pression/dépression ne sera alors pas traduite par notre cerveau comme un son.

Mais pendant ce temps, sous les cordes vocales, l'air continue de s'amasser, et il atteint rapidement le même niveau de pression qui avait forcé les cordes vocales à s'ouvrir une première fois. Et le processus décrit plus haut va donc recommencer, et ainsi de suite. Le mouvement d'ouverture et de fermeture des cordes vocales va se reproduire à une très grande vitesse, à compter de 50, 100, 400, 700 fois par secondes ou plus --> les cordes vocales « vibrent ».

C'est ainsi que dans l'atmosphère, le déplacement du mouvement pression dépression n'est pas unique mais répété de manière régulière. À un endroit donné, on comptera en une seconde autant de cycles "pression/dépression" qu'il y a eu de cycles "ouverture fermeture" des cordes vocales. C'est cet enchainement répété qui crée une onde sonore. Et au niveau du tympan, l'information pression/dépression répétée sera interprétée comme un son si la membrane en enregistre plus de 20 en une seconde (= fréquence de 20Hz).

En représentation graphique, une onde sonore prend la forme d'une sinusoïde (en ordonnée/axe horizontale, on représente le temps, et en abscisse/axe vertical, l'intensité de la pression).

Fréquence

Dans un cycle, dit aussi "période", l'onde va passer d'une pression nulle (un niveau d'équilibre) à un maximum, puis repasser par zéro et aller vers un minimum (une valeur négative symétrique avec la valeur max), avant de revenir à zéro. Sur le graphique ci-dessus, on voit doit donc deux périodes.
Pour ce qui est de la voix, chaque période correspond à un puff d'air libéré par une ouverture très courte des cordes vocales, une "vibration".

En termes de réception, plus la fréquence est élevée (c'est à dire plus on a de périodes de la sinusoïde en une seconde), plus le son perçu sera aigu - les cordes vocales vibres rapidement, et inversement plus elle est faible, plus le son sera grave - les cordes vocales vibrent lentement.
Une règle simple à retenir :


Ainsi sur le graphique à droite, on voit 3 ondes sinusoïdales, qui seraient interprétées par nos tympans comme trois notes "identiques" à une octave près : le son résultant de l'onde verte est plus aigu d'une octave de celui résultant de l'onde rouge, lui-même une octave plus haut que le son résultant de l'onde violette.

Intensité

L'autre paramètre important de l'onde sonore est son intensité. Ce paramètre est en lien avec la pression : plus le niveau de pression maximum est élevé, plus l'intensité est grande... plus le son perçu et fort.

Ce niveau de pression des particules d'air à différents endroits entre la source (par exemple la bouche de Beyoncé) et la réception (par exemple le tympan d'un fan) est directement lié à la pression de l'air qui s'est amassé sous les cordes vocales avant qu'elles ne laissent passer le puff d'air, et, donc, à la tension entre les cordes vocales.

Sur le graphique à gauche, on voit trois ondes qui ont en commun une même fréquence (on entend exactement la même note, à la même octave), mais qui se caractérisent par des intensités différentes : L'onde verte donnera un son plus fort que l'onde rouge, elle-même donnant un son plus fort que l'onde brune).

Niveau articulatoire

Onde(s) sonore(s) et caisses de résonance

Toutes les cavités, quelles que soient leur taille, leur forme ou leur matière, sont caractérisées par une fréquence de résonance propre. Il s'agit d'une fréquence qui fait entrer en vibration les parois de la cavité.
Pour bien comprendre :

• Lorsqu’une onde de 100Hz traverse une cavité dont la fréquence de résonance est de 150Hz, l’onde ressort comme elle est entrée (même fréquence et même intensité)
• Lorsqu’une onde de 100Hz traverse une autre cavité dont la fréquence de résonance est de 100Hz, l’onde ressort amplifiée par cette résonance (même fréquence mais intensité plus grande - cf partie "intensité")

En ce qui concerne les instruments de musique, leur taille, leur forme et leur matière va donc être à l'origine d'une ou de plusieurs fréquences de résonances particulières. C'est ce qui est à l'origine du "timbre" de cet instrument, c'est à dire de la "couleur" du son qu'il produit. C'est ce qui fait qu'on distingue un violon d'une flûte, mais aussi un violon d'un violoncelle... et deux violons différents ! Et ce même si ces instruments jouent exactement la même note.

Mais si la caisse de résonance n'amplifie qu'une fréquence précise, comment cette caractéristique peut-elle définir le timbre de l'instrument pour toutes ses notes ? Pour répondre à cette question, il faut revenir sur ce qu'on a dit jusqu'à présent. Car en fait ce qu'on appelle "onde sonore" n'est jamais une onde unique.

Un son, ce n'est donc pas une note, mais un empilement de notes (c'est la définition d'un accord), dont la note la plus grave sonne beaucoup plus fort que les autres... et qui est finalement la seule qu'on écoute vraiment, à tel point qu'on doute de l'existence des autres !

[Ceci est vrai pour tous les sons, tous les bruits, ce que l'on entend et ceux qui échappent à notre ouïe. Un ordinateur serait en fait capable de produire une onde pure, sans aucune harmonique, mais on ne pourrait l'entendre qu'une fois passée dans un haut-parleur ou des écouteurs, qui lui créerait alors des harmoniques --> j'ai lu ça mais ça mériterait d'être un peu qualifié et précisé. En tout cas ça ne change rien pour le chant :)]

Donc finalement, un son, ça ressemble plus à ça. Sur ce graphique, nous avons représenté 6 harmoniques, mais en réalité il y en a une infinité.

On voit que cela crée une espèce de "nuage d'harmoniques", mais que toutes les ondes passent à zéro lorsque l'onde principale passe à zéro (puisque toutes les fréquences sont des multiples de f0). Il y a donc un certain "ordre", et si ce n'était pas le cas, ces ondes secondaires seraient appelées "bruit" (en termes acoustiques), et ça donnerait quelque chose comme ça par exemple :

C'est en fait cette réalité du son comme un ensemble d'ondes qui explique le phénomène du timbre. :

Prenons par exemple le cas d'une onde principale de 100Hz qui passe dans une cavité dans la fréquence de résonance est de 300Hz, à la sortie, l'onde principale n'a pas bougé, elle ne sonne pas plus fort. Par contre son harmonique 3 (f3=3*f0=3*100=300) sortira amplifiée :

La voix : un instrument multi-timbral

Les quatre caisses de résonance de la voix humaine sont aussi appelées "résonateurs". Lorsqu'on parle ou qu'on chante, ces espaces voient leur forme et leur taille être modifiées par les "articulateurs" :

• La cavité pharyngale

Il s'agit de l'espace juste au dessus du larynx. C'est donc le premier résonateur que l'onde sonore traverse. Il peut être déformé sur sa partie supérieure par l'action du voile du palais, qui peut être abaissé ou au contraire relevé, et de manière latérale par l'action de la langue, en particulier lorsqu'elle est très en arrière.

• La cavité nasale

Cette cavité ne peut pas être déformée, car le seul articulateur qui la concerne, le voile du palais, se situe à l'extérieur de la cavité. Le voile de palais, s'il est relevé, va toucher la paroi arrière du pharynx, et ainsi empêcher tout passage de l'air vers le nez. Mais si cet articulateur est abaissé, au moins une partie de l'air s'engouffrera dans la cavité nasale. En règle générale, une partie de l'air passera également par la cavité buccale : il n'existe en fait qu'une position articulatoire (le dos de la langue monte jusqu'à toucher le voile du palais en position basse) qui produise un son uniquement nasal, tandis que tous les autres résonnent aussi dans la bouche.

• La cavité buccale

Contrairement à la cavité nasale, ce résonateur est donc quasiment inévitable pour l'onde sonore. La cavité est délimitée en bas par la langue (elle-même limitée dans son mouvement vers le bas par la position de la mandibule inférieure) et en haut par le palais, qui fait partie de la mandibule supérieure. Vers l'avant, les lèvres, si elles s'accolent, peuvent empêcher la sortie de l'air, de manière durable (pour [m] par exemple, avec l'air qui passe par le nez) ou momentanée (pour [b] par exemple, )

• La cavité labiale

Cette cavité est presque inexistante lorsque les lèvres sont détendues. En revanche, son action harmonique est très puissante, et est directement fonction de la protrusion des lèvres (leur projection vers l'avant)

Ainsi en faisant se mouvoir nos articulateurs, nous pouvons jouer avec les quatre résonateurs, et produire une infinité de timbres différents. Pour communiquer au quotidien, on utilise plus précisément les phonèmes de notre langue courante, que l'on enchaîne pour articuler des mots et des phrases. Chaque phonème, et plus particulièrement chaque voyelle a son timbre propre... Mais dans cet usage courant de la voix, notre voix reste reconnaissable, car il est des choses que nous ne pouvons que très difficilement modifier. En particulier, l'appareil phonatoire décrit jusqu'ici a sa forme propre, qui dépend de la taille de notre squelette, mais aussi des caractéristiques de notre ou nos langue(s) première(s) : nos résonateurs sont sculptés durant l'enfance en fonction des sons que nous entendons et prononçons.
--> pour ces deux choses, on peut utiliser le mot "timbre"

Conclusion : vers un idéal acoustique en chant collectif

Lorsque l'on chante à l'unisson ou à l'octave avec d'autres êtres humains, il est nécessaire d'écouter, afin de coordonner tou.te.s ensemble la hauteur de nos notes et leur rythme. Cela peut s'avérer plus ou moins facile, mais c'est en tout cas un objectif implicite assez massivement partagé. On pense par contre moins souvent au fait d'accorder nos timbres, c'est à dire d'obtenir exactement le même résultat sonore que les autres choristes :

• la même fréquence absolue, c'est à dire chanter une note de même hauteur, ce qui , nous l'avons dit, est généralement considéré comme un objectif évident
• les mêmes harmoniques et là c'est beaucoup moins évident.

On peut concevoir cette exigence de deux manières différentes : soit on écoute très précisément les caractéristiques de la voyelle, soit on écoute l'harmonique principale qui ressort en plus de la fréquence absolue. Ces deux manières de faire peuvent être complémentaires, En tout cas il s'agit d'écouter le son pour le son, et non pas uniquement la justesse, car malheureusement on peut être collectivement parfaitement accordé en justesse, mais que l’hétérogénéité des timbres masque cette justesse... et vice-versa qu'un manque de justesse masque une belle homogénéité des timbres !!

On peut donc s'entraîner à entendre les harmoniques, et plus on les entend, plus on les produit (car la voix ne peut contenir que ce que l'oreille est capable d'entendre), et alors collectivement, on peut, sur une note tenue, travailler notre timbre en accordant l'harmonique de la même manière qu'on accorde la fréquence fondamentale.

Ou alors on peut "écouter la voyelle". On peut la caractériser soit de manière pratique : est-elle "grave" ou "aiguë" ?, sonne-t-elle à l'avant ? à l'arrière ? est-elle brillante ?, etc. On peut passer par des images ou par des considérations plus techniques. L'important étant qu'on écoute, et qu'on cherche à produire un son commun...

Individuellement, on peut agir de multiples façons sur le son qu'on est en train de produire :

• en modifiant la prise d'air,
• en modifiant la manière de mettre cet air sous pression,
• en modifiant la position du larynx,
• en modifiant notre posture, notre appui au sol, en contractant ou relâchant certains muscles, etc.
• et bien sûr en modifiant notre articulation.

Tout cela offre déjà un éventail de possibilités étourdissant. Il ne peut pas être attendu d'un.e chanteur.eus.e amateur.e de pouvoir agir consciemment et de manière millimétrée sur tous ces paramètres. Ce n'est d'ailleurs pas forcément souhaitable, ni le plus intéressant. Par contre, lorsqu'on chante un son avec d'autres personnes, on peut se laisse guider par notre oreille, écouter très intensément le son du groupe (ou pour commencer celui d'une autre personne), avec l'intention véritable d'intégrer sa propre voix dedans, comme on intègre un ingrédient à une préparation culinaire.


Il est bien entendu que l'on peut se fixer autant d'objectifs acoustiques que l'on souhaite, mais voilà mon idéal, qui n'engage que moi :)

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