Un piano et une guitare jouent le même La au même volume, et vous ne les confondrez jamais. Ce qui les sépare s'appelle le timbre : la note principale est identique mais chaque instrument l'habille d'une famille de fréquences plus aiguës, les harmoniques, et il dose cette famille à sa façon. La fondamentale dit quelle note est jouée, les harmoniques disent qui la joue.
D'où viennent les harmoniques ?
Prenez la corde de La d'une guitare jouée à vide : elle vibre 110 fois par seconde, soit 110 Hz. On l'imagine ondulant d'un seul bloc comme une corde à sauter. En réalité elle vibre de plusieurs manières à la fois : en un seul ventre sur toute sa longueur (c'est la fondamentale) mais aussi en deux moitiés qui vibrent deux fois plus vite, en trois tiers qui vibrent trois fois plus vite et ainsi de suite. Chaque découpage ajoute un multiple entier de la première fréquence : 220, 330 puis 440 Hz.
Un tuyau de flûte ou vos cordes vocales font pareil. Ce qui change d'un instrument à l'autre, c'est l'énergie que reçoit chaque harmonique : le marteau feutré d'un piano et le médiator sur une corde d'acier ne remplissent pas les mêmes cases, et votre oreille reconnaît ce dosage aussi vite qu'elle reconnaît votre mère au téléphone. Le dosage n'est d'ailleurs pas tout : coupez l'attaque d'une note de piano et la tenue seule devient difficile à identifier.
Les repères chiffrés : la série harmonique
La règle tient en une ligne : l'harmonique numéro n vibre n fois plus vite que la fondamentale. Pour notre La à 110 Hz, la deuxième harmonique est le même La une octave plus haut (220 Hz), la troisième tombe sur un Mi, la quatrième retrouve le La du diapason à 440 Hz et la cinquième donne un Do dièse : un accord parfait majeur se cache dans chaque note. Plus on monte, plus elles se resserrent et plus elles sont discrètes : entre 1 000 et 2 000 Hz notre La en compte neuf, entre 8 000 et 16 000 Hz plus de soixante-dix.
Pourquoi un égaliseur ne fait que cuisiner cette recette
Un égaliseur ne sait faire qu'une chose : monter ou baisser une zone de fréquences, c'est-à-dire la fondamentale ou un paquet d'harmoniques. Quand vous montez les aigus d'une voix et qu'elle devient plus brillante, vous ne changez pas la note : vous changez le dosage au-dessus de la note. Sur une chanteuse qui tient un La à 220 Hz, la fondamentale est seule tout à gauche de l'égaliseur et à 10 000 Hz vous êtes déjà sur sa quarante-cinquième harmonique.
Votre bouche fait ce travail sans arrêt. Chantez un « a » puis un « ou » sur la même note : la fondamentale ne bouge pas d'un hertz et pourtant le son change du tout au tout, parce que la forme de la bouche renforce certaines harmoniques et en étouffe d'autres. Les voyelles sont des réglages d'égaliseur.
Au studio : apprendre à voir les harmoniques
Dès votre prochaine séance, ouvrez l'analyseur de spectre de votre égaliseur (celui de Frequency dans Cubase) pendant qu'un musicien tient une note. Vous verrez un peigne de pics régulièrement espacés : la fondamentale puis les harmoniques. Demandez les voyelles de tout à l'heure et regardez les pics changer de hauteur sans changer de place. La méthode quand un son vous déplaît :
- Terne ou sourd : la fondamentale et les premières harmoniques (200 à 500 Hz sur une voix) couvrent le reste. Baissez cette zone de 2 ou 3 dB avec une cloche large avant de monter les aigus.
- Manque de brillance : regardez d'abord sur l'analyseur s'il y a de la matière au-dessus de 8 000 Hz. S'il y en a, un plateau de 2 dB la réveille. S'il n'y a rien, vous ne monterez que le souffle : revoyez le placement du micro ou ajoutez une légère saturation.
- Agressif : montez une cloche étroite de quelques dB entre 2 000 et 5 000 Hz jusqu'à trouver l'endroit qui pique, puis baissez-le de 2 ou 3 dB avec une cloche plus large.
Comparez chaque fois avec et sans égaliseur à volume égal : un son plus fort paraît toujours meilleur, même pour 1 ou 2 dB d'écart (les repères sont dans l'épisode sur les décibels). Avant tout plugin, pensez au micro : sur une guitare acoustique, un micro pointé sur la rosace à 15 cm donne une prise sourde, alors que le même micro décalé vers la douzième case à 30 cm ramène les harmoniques aiguës et la définition. Le placement cuisine le timbre bien plus nettement qu'un égaliseur, et un micro statique restitue les harmoniques les plus hautes avec plus de finesse qu'un dynamique (j'en parle dans Le microphone, statique ou dynamique ?).
Deux idées reçues à oublier
« Les harmoniques, c'est les aigus. » Non, elles sont relatives à la note : la deuxième harmonique d'une basse à 55 Hz est à 110 Hz, en plein dans le grave. Un réglage autour de 220 Hz touche la quatrième harmonique de cette basse et la fondamentale de la chanteuse de tout à l'heure.
« L'égaliseur peut tout rattraper. » Franchement non : il dose ce qui existe et n'invente rien. Pour ajouter des harmoniques absentes il faut une saturation ou un exciter, qui en fabriquent.
Avant d'égaliser, le calculateur des fréquences des notes vous donne la fondamentale exacte de n'importe quelle note en hertz. Et pour voir ce dosage appliqué sur une vraie voix dans Cubase, le tutoriel Voix lead y passe 35 minutes.
Pourquoi mon synthé change-t-il de timbre selon la forme d'onde ?
Parce que chaque forme d'onde est une recette d'harmoniques fixée d'avance : la sinusoïde n'en a aucune, le triangle et le carré n'ont que les impaires et la dent de scie les a toutes. Le filtre du synthé fait ensuite le travail d'un égaliseur.
Pourquoi entend-on la basse sur un téléphone qui ne sort aucun grave ?
Quand la fondamentale manque, le cerveau la reconstruit à partir de l'écart régulier entre les harmoniques : c'est la fondamentale manquante. Une basse riche en harmoniques passe donc sur une petite enceinte alors qu'une sinusoïde pure y disparaît.