IRYW : la guitare électrique est un instrument acoustique

Il y a une phrase qu’on entend au conservatoire, dans la presse musicale et aux repas de famille, en général avec un petit sourire entendu : la guitare électrique ne serait pas un vrai instrument, ou alors un instrument de second rang. Il y a parfois là-dedans un jugement de classe, et c’est le sujet d’un autre volume. Le plus souvent, il s’agit tout bonnement d’inculture scientifique.

Nous vivons pourtant dans un monde où tout objet solide a un comportement acoustique. Les ponts en ont un, les immeubles aussi, et les verres à vin en ont un assez marqué pour éclater sur la bonne note. L’instrument à cordes le plus fabriqué et le plus joué de l’histoire ferait exception ?

Non, et on peut le montrer de façon précise, mesurable, sans appel : c’est l’objet de ce volume. Il suffit de décrire, aussi simplement que possible, ce qui se passe quand une corde vibre au-dessus d’un micro magnétique, et le rôle que joue le reste de l’instrument dans cette vibration. La conclusion découle de la description.

La guitare électrique est un instrument acoustique.

Les guitares électriques n’existent donc pas.

Une précision avant d’attaquer la physique. Le mécanisme décrit ici dit ce que fait un instrument, pas ce qu’il faut aimer. Un instrument très amorti a sa place là où un instrument à long sustain n’en a pas, et un instrument très résonant peut être de trop dans un mix chargé. La même physique qui fait d’une guitare un outil de précision fait d’une autre une massue, et certains disques avaient justement besoin de la massue. On décrit un mécanisme, on ne classe pas des goûts.

À la fin, la physique se heurtera aux oreilles de chaque lecteur, et ce sont les oreilles qui auront le dernier mot. C’est très bien ainsi.

Un micro, rien de plus

Commençons par l’organe qui fait la conversion. Un micro magnétique est un transducteur : il transforme une forme d’énergie en une autre, en l’occurrence un mouvement mécanique en tension électrique, par induction électromagnétique.

L’aimant permanent du micro aimante la corde. Quand celle-ci se déplace dans le champ, le flux qui traverse la bobine varie, et ce flux variable induit une tension à ses bornes. On obtient un signal continu, variable dans le temps, dont la forme dépend directement du mouvement de la corde.

Rien de polémique là-dedans. C’est dans les manuels de physique, dans les dépôts de brevets, et jusque sur les pages pédagogiques du département de physique de Penn State, qui présente le micro comme un transducteur mesurant la vitesse de la corde selon la loi de Faraday.

Le micro ne fabrique donc pas le son : il rapporte un mouvement. Tout ce que fait la corde, il l’entend ; ce qu’elle ne fait pas, il ne peut pas l’inventer.

La conséquence est simple. Le signal qui sort du jack est, dans les limites de la bande passante et de l’impédance du micro, une courbe du mouvement de la corde dans le temps. Une corde qui vibre avec une fondamentale forte et des harmoniques faibles donne un signal à fondamentale forte et harmoniques faibles. Une corde qui perd vite son troisième harmonique et lentement son cinquième donne un signal qui porte exactement cette enveloppe de décroissance.

Le micro applique bien son propre filtre (une atténuation des aigus qui dépend de l’inductance et de la capacité de la bobine, un niveau de sortie qui dépend de l’aimant et du nombre de spires), mais ce qu’il filtre est entièrement déterminé par le mouvement de la corde.

Se demander comment sonne une guitare électrique revient donc, ou presque, à se demander comment bouge sa corde. C’est tout le sujet de ce qui suit.

On ne vibre jamais seul

Un chercheur du MIT présente un graphique. En abscisse : à quel point j’ai raison. En ordonnée : à quel point j’ai raison, mais à la verticale.

Une corde tendue entre deux points vibre. Dans le modèle le plus simple, celui d’une corde idéale fixée sur des appuis parfaitement rigides, elle vibre à une fréquence fondamentale fixée par sa longueur, sa tension et sa masse linéique, et aux multiples entiers de cette fréquence, les harmoniques.

Chacun de ces harmoniques décroît à son propre rythme. Dans ce cas idéal, les appuis sont infiniment rigides : ils ne bougent pas, n’absorbent rien, et la corde vibre indéfiniment.

Aucune corde réelle n’est dans ce cas.

Ses appuis, le sillet ou la frette d’un côté, le pontet de l’autre, appartiennent à un système mécanique plus vaste. Le manche fléchit, le corps fléchit, les fixations du chevalet bougent. Chaque appui a une impédance mécanique, autrement dit il faut une certaine force pour le faire bouger à une fréquence donnée.

Quand la corde tire sur le chevalet, celui-ci bouge un peu, et ce mouvement prélève de l’énergie à la corde. Cette énergie passe dans le corps, qui se met à vibrer à ses propres fréquences, et une partie revient vers la corde, en phase ou non, vite ou lentement, selon ce que fait le corps aux fréquences que produit la corde.

C’est ce qu’on appelle le couplage. La corde et le corps ne forment pas deux systèmes séparés, mais un seul, qui échange de l’énergie. À chaque instant, le mouvement de la corde résulte de sa propre physique et des réponses du corps, du manche et des appuis, et l’enveloppe de décroissance de chaque harmonique dépend de l’énergie qu’il perd dans le reste de l’instrument.

L’étude parue en 2021 dans la revue Materials l’a mesuré directement, sur deux corps de guitare électrique identiques, l’un en frêne, l’autre en noyer. Les fréquences modales de l’instrument assemblé différaient de plusieurs dizaines de hertz d’un bois à l’autre, les coefficients d’amortissement aussi, et les taux de décroissance des harmoniques sur les cordes à vide, mesurés au micro, présentaient des écarts mesurables. Mêmes cordes, mêmes micros, même accastillage, même musicien : seul le bois du corps changeait, et le signal en sortie avec lui.

Le micro, lui, n’avait pas changé. C’est la corde qui avait changé, parce que le système auquel elle était couplée n’était plus le même.

Dès les années 1980, Gough avait établi la relation analytique entre les résonances de la structure et celles de la corde dans un système couplé. Le résultat est général : là où un mode de la structure coïncide avec un mode de la corde, la corde perd son énergie en priorité à cette fréquence ; là où ils sont éloignés, le couplage est faible et la note tient. La structure modale de l’instrument n’a rien de décoratif. C’est un filtre appliqué à la corde avant même que le micro ne la capte.

Le corps a ses raisons

Le corps est le plus gros élément mécanique couplé à la corde, et celui que l’industrie fait passer pour inerte depuis le plus longtemps. Il ne l’est pas. C’est un bloc de bois qui a une masse, une rigidité, un amortissement interne et une géométrie, donc toute une population de modes de résonance, en général entre 80 Hz et 600 Hz sur une solid body, les plus graves fournissant l’essentiel du couplage audible.

Quatre de ses propriétés comptent.

La densité, d’abord. À tout le reste égal, un corps plus lourd bouge moins sous la même force exercée par la corde : son impédance au chevalet est plus élevée, il prélève moins d’énergie à chaque cycle, et la corde tient plus longtemps.

La rigidité, ensuite. Un corps plus rigide bouge moins dans le domaine élastique, restitue l’énergie plus vite et a des fréquences modales plus hautes.

L’amortissement interne, troisièmement, c’est-à-dire la part d’énergie vibratoire que le bois transforme lui-même en chaleur à chaque cycle. Fortement amorti, le bois garde l’énergie qui y entre ; faiblement amorti, il la fait résonner longtemps, et peut la renvoyer vers la corde.

La géométrie, enfin : où se trouve le bois, quelle forme il a, où le chevalet est ancré par rapport aux lignes nodales du corps. C’est elle qui décide quels modes sont excités, et avec quelle force.

Les trois premières, densité, rigidité et amortissement, sont exactement celles que mesurent les méthodes de caractérisation vibratoire des bois de lutherie. Ces méthodes de contrôle non destructif n’ont rien de nouveau et n’appartiennent à aucune institution en particulier ; en France, le CIRAD n’est qu’un des organismes de recherche qui les ont développées. L’important n’est pas qui, mais le fait qu’elles existent depuis des décennies, et que les luthiers qui les appliquent aux corps de solid body font exactement le travail des luthiers acoustiques sur leurs tables : ils caractérisent le matériau avant de le couper, parce que ses propriétés mécaniques déterminent ce dont l’instrument fini sera capable.

Or l’écart d’une planche à l’autre, dans une même essence, est énorme. Deux morceaux de swamp ash tirés de deux arbres, ou de deux endroits du même arbre, peuvent différer de vingt pour cent en densité, et davantage encore en amortissement. Trier à l’œil ou au nom de l’essence, c’est obtenir des corps aux propriétés acoustiques à peu près aléatoires, dans de larges limites. Trier à la mesure, c’est savoir avant l’assemblage, à peu de chose près, ce que le corps apportera.

Voilà pourquoi la question de l’importance du bois dans une solid body ne se tranche jamais sur les forums.

Les deux camps ont raison, mais pas sur les mêmes instruments.

Sur un corps taillé dans une planche prise au hasard, monté dans un logement trop large et noyé sous un vernis épais, l’apport du bois est faible au regard du bruit de fond du reste de la construction. Sur un corps taillé dans une planche mesurée, ajusté avec précision et verni finement, le choix du bois devient un paramètre mesurable, et audible.

Le désaccord ne porte pas sur la physique, mais sur les instruments que chacun a eus entre les mains.

Demi-vie

L’autre grand élément résonant, c’est le manche, et sur une solid body c’est souvent lui qui domine. Là où le corps est grand et rigide, le manche est long, fin, et en porte-à-faux. Ses fréquences modales sont donc plus basses : son premier mode de flexion se situe en général entre 100 Hz et 250 Hz, selon sa longueur, sa masse, sa rigidité et la géométrie de la tête. On est en plein dans la zone où les notes graves de la guitare produisent une forte énergie harmonique, et le couplage est inévitable.

Le point mort en est la démonstration la plus nette. On appelle ainsi une note sur laquelle la corde et le manche résonnent à la même fréquence, ou presque. Le couplage devient alors fort : le manche bouge nettement sous l’effet de la corde, l’énergie de la corde s’y vide en un rien de temps, et le sustain de la note s’effondre. Le micro, fidèle, envoie une note courte à l’ampli.

Ce n’est pas un problème de réglage, mais de structure, et la littérature acoustique l’a décrit en détail, notamment Paté, Le Carrou et Fabre. Leur conclusion : les points morts apparaissent là où un mode structurel du système manche-corps coïncide avec un mode de la corde frettée, et le couplage à cette fréquence raccourcit assez la décroissance pour qu’on perçoive une perte de sustain.

L’emplacement de ces résonances obéit à une mécanique élémentaire. La fréquence de résonance varie comme la racine carrée du rapport entre la rigidité et la masse : un manche plus rigide résonne plus haut, une tête plus lourde fait résonner plus bas. La tension du truss rod modifie la rigidité effective, la géométrie de la jonction aussi : un vissé bien ajusté, en contact sur toute sa surface, ne se comporte pas comme un vissé bâclé plein de jours, et un manche collé pose encore d’autres conditions.

Rien de mystérieux : c’est la mécanique de base d’une poutre en porte-à-faux couplée, appliquée à un objet qui se trouve être un instrument de musique.

La masse de la tête change donc le son, elle aussi. Fixer une pince lourde sur la tête, le fameux Fat Finger, ajoute de la masse à l’extrémité la plus mobile du mode de flexion et abaisse les fréquences de résonance du manche. Le remède déplace parfois un point mort loin d’une note utile, pour une raison toute simple : la résonance a bougé parce que la masse au ventre de vibration a changé. Des mécaniques autobloquantes plus ou moins lourdes font la même chose, en plus discret. Inutile d’y croire : ça se vérifie en un après-midi.

La touche, qui fait partie du manche, contribue elle aussi à sa rigidité et à son amortissement. Ébène, palissandre, érable et les divers substituts denses ne sont pas interchangeables : ils n’ont ni la même densité, ni la même rigidité, ni le même amortissement aux fréquences qu’occupent les modes du manche. Les frettes elles-mêmes ajoutent de la masse, et des frettes plus larges ou dans un alliage plus dur modifient de façon mesurable le comportement modal du manche. Aucun de ces changements n’est important pris isolément, mais ils s’additionnent : le manche est la somme de tout ce qui le compose.

Une histoire de Q

Deux notions sont utiles ici. Le Q, ou facteur de qualité, mesure l’acuité d’une résonance : une résonance à Q élevé est étroite en fréquence et sonne longtemps après l’excitation, une résonance à Q faible est large et s’éteint vite. L’amortissement décrit la même chose de l’autre côté, par l’énergie perdue à chaque cycle : amortissement élevé, Q faible, et inversement.

Chaque élément résonant de l’instrument a ses modes, et chaque mode son Q : le corps, le manche, et les cordes, dont le Q est normalement très élevé, parce qu’une corde d’acier tendue ne dissipe presque rien par elle-même. C’est dans ses appuis qu’elle perd son énergie.

Et au micro, qu’est-ce que ça donne ?

Un instrument à Q élevé (corps et manche rigides et peu amortis, assemblages bien ajustés, vernis fin) donne un long sustain, un contenu harmonique riche qui tient dans le temps, et une impression de clarté, parce que chaque fréquence est bien séparée des autres. Mais il est aussi plus sujet aux points morts : quand une résonance forte et étroite tombe sur une fréquence de la corde, le couplage est violent.

Un instrument à Q faible (bois très amorti, vernis plus épais, assemblages plus lâches) donne un sustain plus court, des harmoniques aiguës qui s’éteignent plus vite et une énergie répartie plus uniformément sur le spectre. Il est en revanche moins sujet aux points morts, parce qu’aucune résonance n’est assez pointue pour vider une corde d’un coup. Aucun des deux n’a raison : ce sont deux points différents d’un même espace de conception.

La densité modale compte aussi. Des modes nombreux et rapprochés donnent une réponse plus régulière, des modes rares et espacés des pics et des creux. La géométrie du corps, le choix des bois et les choix d’assemblage déplacent tout cela, et le luthier qui sait ce qu’il fait sait aussi où il veut tomber.

Aucune de ces propriétés n’échappe au micro. Toutes se retrouvent dans le signal à la sortie du jack, parce que toutes changent la façon dont la corde bouge, et le micro, en transducteur fidèle, envoie le tout dans le câble.

Une guitare en kit

Si tant de gens n’entendent rien de tout ça, c’est que sur la plupart des guitares électriques, il n’y a pas grand-chose à entendre. Le corps y est construit de telle façon que son apport se noie dans le bruit de fond de sa propre fabrication. Les planches sont choisies pour le rendement et la couleur, pas pour leurs propriétés vibratoires, et les logements sont défoncés larges pour faciliter l’assemblage.

Les manches sont montés avec des jours que le vernis ou des cales viennent combler. Le vernis lui-même est assez épais pour faire office de couche amortissante sur toutes les surfaces. Et l’accastillage est vissé à travers de fines plaques de tôle, qui transmettent l’énergie d’une façon que personne n’a jamais spécifiée, puisque personne ne s’en est jamais soucié.

Ce n’est pas un procès d’intention, c’est l’économie de la production. Dès l’origine, on a présenté la guitare électrique comme un instrument dont le corps ne comptait pas, et les méthodes de fabrication qui ont suivi ont fini par rendre cette idée vraie.

Les faits ont ensuite confirmé la théorie qui les avait produits. C’est circulaire, et c’est très stable : une usine qui fabrique le même modèle depuis quarante ans n’a aucune raison de remettre en cause l’idée que son bois de corps est interchangeable, puisque ses instruments sont, par construction, des instruments où il l’est en grande partie.

L’hypothèse est juste, localement.

L’erreur consiste à en tirer une règle sur ce dont une guitare électrique est capable quand on la construit autrement. Ces instruments d’usine relèvent d’une philosophie de conception parmi d’autres.

Les ateliers indépendants, peu nombreux et dispersés dans le monde, en suivent une autre, où toutes les variables décrites ici sont des paramètres à maîtriser. Leurs instruments ne sont ni meilleurs ni moins bons dans l’absolu, ils sont différents : ils se comportent acoustiquement comme les instruments d’usine ne le font pas, parce qu’ils ont été construits pour ça.

Les électriques creuses et demi-caisses rendent la chose évidente. Personne ne conteste que le corps d’une 335 ou d’une archtop électrique contribue au son, puisqu’on l’entend même débranchée. La solid body est le cas difficile, parce qu’elle rayonne peu. Mais son corps fait exactement le même travail : couplage, amortissement, mise en forme des enveloppes de décroissance, structure modale.

Simplement, l’énergie part dans le mouvement de la corde plutôt que dans l’air. Le micro, lui, entend le résultat dans les deux cas.

Comparaison n’est pas raison

Quand on fait le procès de l’électrique en tant qu’instrument acoustique, on sort presque toujours les deux mêmes pièces à conviction. D’un côté, une acoustique de concert haut de gamme, harmonisée à la main, aux bois sélectionnés, avec un soin digne d’un conservatoire porté à chaque assemblage ; de l’autre, une solid body d’usine, construite de façon générique du début à la fin.

On présente la comparaison comme si elle réglait la question. Elle ne règle rien : elle compare deux philosophies de fabrication, pas deux catégories d’instruments.

Inversons-la. Mettons la meilleure solid body construite aujourd’hui (la barre est haute, mais certains la franchissent) face à la guitare acoustique moyenne vendue cette année. Pas l’instrument de concert : la moyenne.

Une acoustique d’usine aux barrages taillés à la machine, au vernis posé par un robot, aux tables séchées à la hâte et triées au rendement, avec des choix de structure dictés par la fiabilité d’assemblage plutôt que par l’acoustique. Quel que soit le critère d’attention acoustique retenu, choix du bois sur ses propriétés vibratoires, ajustage des pièces, harmonisation de la structure, maîtrise de l’amortissement, l’électrique d’atelier aura reçu plus de soin acoustique que l’acoustique d’usine. C’est un constat sur le travail, pas sur la catégorie.

Ce n’est pas pour autant un plaidoyer pour dire que l’électrique sonne mieux.

Les deux instruments ne se ressemblent en rien, puisque ce sont deux instruments différents. Ce que je dis, c’est que les étiquettes « acoustique » et « électrique » désignent des catégories de construction, pas des degrés d’intention acoustique, et qu’à l’intérieur de chaque catégorie, l’écart entre deux exemplaires est bien plus grand que l’écart entre les catégories elles-mêmes. Certaines acoustiques sont construites avec moins d’attention acoustique que certaines électriques.

L’étiquette ne protège pas un instrument de la négligence. Elle ne l’y condamne pas non plus.

L’oreille a le dernier mot

Tout ce qui précède relève du mécanisme. Cela décrit ce que fait l’instrument en termes physiques mesurables, pas ce que quelqu’un va aimer, ni ce que quiconque devrait fabriquer.

C’est ici que la physique rencontre la psychoacoustique, et que la psychoacoustique gagne. On n’entend pas des fréquences modales, des coefficients d’amortissement ou des enveloppes de décroissance en tant que tels. On entend des notes qui ont un caractère : rapides ou lentes, boisées ou vitreuses, vivantes ou sèches, proches ou lointaines. Le lien entre les propriétés physiques de l’instrument et ces catégories perceptives n’a rien d’univoque, il change d’un musicien à l’autre, et il dépend énormément du contexte.

Un instrument à Q élevé peut devenir épuisant dans un mix rock chargé et faire merveille dans un arrangement dépouillé. Un instrument très amorti peut être le bon outil pour un disque et le mauvais pour le suivant. Et une guitare qui a un point mort sur une note que son propriétaire ne joue jamais est, pour lui, une guitare sans point mort. Aucune version de cet essai ne débouche sur un classement : il n’y a qu’une description du mécanisme, et les oreilles du musicien.

Ce que cette description établit, c’est que le mécanisme existe, et qu’on peut le maîtriser ou l’ignorer. Le luthier qui le maîtrise n’ajoute pas de mystère : il règle des paramètres.

Celui qui l’ignore ne fait pas un instrument modeste : il accepte ce que les paramètres veulent bien donner. Les deux choix sont légitimes, et les deux produisent des instruments que des gens jouent. Mais un seul des deux peut dire honnêtement qu’il a conçu le résultat.

La guitare électrique est un instrument acoustique. La corde vibre dans l’air, le corps et le manche répondent, et chaque paramètre de la structure sur laquelle elle est tendue façonne son mouvement. Le micro convertit ce mouvement en tension avec la fidélité d’un transducteur régi par la loi de Faraday, c’est-à-dire fidèlement.

À aucun moment le comportement acoustique de l’instrument ne cesse de compter.

On peut l’ignorer. On ne peut pas y échapper.

Le seul choix du luthier est de le concevoir ou de le subir. Tout ce qui en découle, le son de la guitare, ce pour quoi elle est faite, ce que quelqu’un va aimer, relève d’une autre conversation, sur laquelle cet essai ne prend pas parti.

Mais cette conversation ne peut pas partir du principe que le corps ne compte pas. Ce principe n’a rien de modeste : il est faux, et il l’est depuis la première solid body. L’instrument dit la vérité depuis le début, et n’importe qui peut le vérifier en une dizaine de secondes, en en écoutant une débranchée, dans une pièce calme, avant de se faire une opinion.

La corde bouge, le bois bouge avec elle, et la note a une forme qui ne doit rien à l’ampli. Cette forme, c’est l’instrument. Le reste, c’est du fil de cuivre.

Et puis la science, la physique, au fond, peu importe. L’essentiel, c’est que j’ai raison et que vous avez tort.

Rendez-vous au prochain volume.

Le reste de la série, et d’autres certitudes à passer au crible, c’est par ici.