L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

Une question simple demande souvent une réponse compliquée!

Pourquoi une flute qui normalement ne produit qu'une seule fréquence fondamentale peut aussi produire une multitudes de fréquences dites harmoniques ou partielles?

et pourquoi notre oreille détecte et analyse ces fréquences pour nous permettre de distinguer aussi facilement et naturellement le contenu harmonique qui nous autorise immédiatement d'affirmer si l'instrument que l'on entend est une trompette ou un violon?

La production du son dans  une flûte est une combinaison d'un excitateur, la partie du pied de flûte, le noyau et la lèvre inférieure qui produit le vortex, avec un résonateur, un simple tube. 

L'excitateur ne produit que la fondamentale.

Le tube produit les harmoniques par résonance. Il est ouvert ou fermé et de longueur (en fait de volume et de forme) judicieusement choisie en fonction de la fréquence visée et du timbre recherché.

Le tube n'est qu'un résonateur qui accumule l'énergie d'une onde initiale qui se réfléchie à l'extrémité ouverte ou fermée du tube par addition et superposition de l'onde de la fondamentale avec les ondes réfléchies dans le tube.

Il ne vibre pas comme un violon mais entre en résonance par superposition de l'onde incidente avec les ondes réfléchies sur l’extrémité ouverte ou fermée donc avec ou sans déphasage. C'est la superposition des ondes incidentes et réfléchies accumulées qui en fonction du déphasage produisent par résonance des ondes stationnaires de très forte amplitude parce qu'elles s'additionnent.

Pour comprendre et interpréter par analogie avec une corde jouez avec les paramètres d'une animation sous flash qui permet de comprendre les phénomènes qui génèrent une onde stationnaire: longueur, fréquence,amplitude, extrémité ouverte ou fermée (par analogie avec une corde dont l'extrémité est libre ou fixe) ce qui modifie le déphasage, etc...

avec ces trois animations flash très pédagogiques sur:

1) l’onde stationnaire résultante on peut jouer sur  le déphasage et l’amplitude

2) le déphasage en fonction de la nature de l’extrémité ouverte ou fermée et de la longueur du tube,

 Image extraite du lien: http://gsam.sfa.free.fr/manifestations/jp/BoisJPPIM.pdf

deux vidéos sur le même sujet:

ondes stationnaires modes propres en animation

cours description et calcul

 A comparer par analogie au cas d'une corde:

3) la résonance qui nous explique comment l'énergie s'accumule et s'amplifie, on peut jouer sur la nature de l’extrémité ouverte ou fermée, la fréquence et visualiser l'amplitude qui est beaucoup plus grande que celle de l'onde initiale (ici la perte d'amplitude, obligatoire, à chaque réflexion a été négligée). On peut faire varier le nombre d'ondes superposées avec le curseur "Nombre".

En jouant sur les fréquences on comprend pourquoi un résonateur génère les harmoniques en plus de la fondamentale alors que l'excitateur ne fixe qu'une seule fréquence, la fondamentale.

avec la corde de Melde

 On peut faire varier la position du vibreur ainsi que la réponse en fonction de la fréquence initiale et la tension qui nous expliquent comment se construit le contenu harmonique de l’onde stationnaire.

Les images ci-dessus ne sont que des captures d'écran il faut utiliser une animation flash pour jouez avec les paramètres

Les  explications en vidéo du programme ci-dessus

Les premiers sons d'un tuyau frappé:

sur le coté, par le groupe blue man

et sur un instrument traditionnel vietnamien et pour un air plus connu

sur  l’extrémité ouverte par les mêmes blues man à partir de 1' 37"

les sons d'une flute mise en vibration par un excitateur avec biseau par Nicolas Bras qui affirme pourtant que le son frappé ne présente que peu d'intérêt...

Affirmation qui doit être modulée en fonction du travail de l'intéressé lui-même suite à  cette vidéo de la construction d'un instrument pour jouer Popcorn qui bien qu'en anglais peut être affichée avec des sous-titres en français. Cette vidéo démontre bien l'intérêt du son d'un tuyau frappé.

Cela permet de comprendre par la pratique ces notions complexes et peu intuitives et donc de réfléchir sur la réflexion....