IRYW : Les guitares électriques sont des instruments acoustiques

Il y a une phrase que l'on entend dans les conservatoires, dans les magazines de musique et lors des dîners de famille. Elle est prononcée avec un petit sourire entendu. La guitare électrique n'est pas un véritable instrument. C'est moins un instrument que les autres. Certains de ces commentaires portent un jugement de cours social, et c'est le sujet d'un autre volume. La plupart d'entre eux proviennent d'une simple inculture scientifique.

Nous vivons dans un monde où tout objet solide a un comportement acoustique. Les ponts l'ont. Les bâtiments l'ont. Les verres à vin l'ont suffisamment pour se briser sur la bonne note.

L'instrument à cordes le plus produit et joué de l'histoire est censé être l'exception?

C'est faux, et c'est faux d'une manière spécifique, mesurable et démontrable. Ce volume va le démontrer, une fois pour toutes. Le but est de décrire, aussi simplement que possible, ce qui se passe lorsqu'une corde vibre au-dessus d'un micro magnétique, et quel rôle le reste de l'instrument joue dans la formation de cette vibration. La conclusion découle de la description.

La guitare électrique est un instrument acoustique.

Par conséquent, les guitares électriques n'existent pas.

Une note avant que la physique ne commence. Le mécanisme décrit ci-après nous dit ce qu'un instrument fait. Il ne dit à personne ce qu'il faut aimer. Les instruments à fort amortissement ont leur place dans la musique là où les instruments à fort sustain n'en ont pas. Les instruments résonants sont parfois trop présents dans un mix dense. La même physique qui fait d'une guitare un outil de précision fait d'une autre guitare un instrument grossier, et il y a des enregistrements qui nécessitaient le grossier. Nous décrivons un mécanisme, nous ne classons pas les goûts.

À la fin de cet essai, la physique se heurtera au mur des oreilles de chaque lecteur, et les oreilles auront le dernier mot. 

C'est comme il se doit.

Juste un microphone

Commençons par le dispositif qui effectue la conversion. Un micro magnétique est un transducteur. Il convertit une forme d'énergie en une autre — le mouvement mécanique en tension électrique — par induction électromagnétique.

La corde est magnétisée par l'aimant permanent du micro. Lorsque la corde se déplace à travers le champ magnétique, le flux à travers la bobine change. Un flux changeant induit une tension aux bornes de la bobine. La tension est un signal continu, variant dans le temps, dont la forme est une fonction directe de la manière dont la corde se déplace.

Ce n'est pas une description controversée. Elle se trouve dans les manuels de physique. Elle se trouve dans les dépôts de brevets. Elle se trouve sur les pages éducatives du département de physique de Penn State, où le micro est décrit comme un transducteur qui mesure la vitesse de la corde selon la loi de Faraday.

Le micro ne génère pas de son. Le micro rapporte le mouvement. Tout ce que la corde fait, le micro l'entend. Tout ce que la corde ne fait pas, le micro ne peut pas l'inventer.

La conséquence est simple. Le signal à la sortie Jack est, dans les limites de la bande passante et des caractéristiques d'impédance du micro lui-même, un graphique du mouvement de la corde au fil du temps. Si la corde se déplace avec une fondamentale forte et des harmoniques faibles, le signal porte une fondamentale forte et des harmoniques faibles. Si la corde s'amortit rapidement sur la troisième harmonique et lentement sur la cinquième, le signal porte cette enveloppe d'amortissement exacte.

Le micro impose son propre filtre — une atténuation des hautes fréquences déterminée par l'inductance et la capacitance de la bobine, un niveau de sortie déterminé par la force de l'aimant et le nombre de spires de la bobine — mais le signal sous-jacent qu'il filtre est entièrement déterminé par le mouvement de la corde.

Ainsi, la question de savoir à quoi ressemble le son d'une guitare électrique devient, presque entièrement, la question de la manière dont sa corde se déplace. Ce qui est la question sur laquelle porte tout le reste de cet essai.

Rien ne vibre seul

Un chercheur du MIT présentant un graphique. En X : Comment j'ai raison - en Y, Comment j'ai raison, mais verticalement

Une corde sous tension, ancrée en deux points, vibre. Dans le modèle physique le plus simple — une corde idéale fixée à des supports parfaitement rigides — elle vibre à une fréquence fondamentale déterminée par sa longueur, sa tension et sa masse linéique, ainsi qu'à des multiples entiers de cette fréquence sous forme d'harmoniques.

Chaque harmonique décroît à son propre rythme. Dans cette idéalisation, les supports sont infiniment rigides. Ils ne bougent pas. Ils n'absorbent pas d'énergie. La corde vibre indéfiniment.

Aucune corde réelle ne se trouve dans cette situation.

Les supports — le sillet ou la frette à une extrémité, le pontet à l'autre — font partie d'un système mécanique plus vaste. Le manche fléchit. Le corps fléchit. Les fixations du chevalet bougent. Chaque support possède une impédance mécanique : une mesure de la force nécessaire pour le faire bouger à une fréquence donnée.

Lorsque la corde tire sur le chevalet, celui-ci bouge légèrement. Ce mouvement draine l'énergie de la corde. L'énergie est transmise au corps, qui vibre alors à ses propres fréquences, et une partie de cette énergie retourne à la corde, en phase ou hors phase, rapidement ou lentement, selon la manière dont le corps réagit aux fréquences produites par la corde.

C'est ce que signifie le couplage. La corde et le corps ne sont pas des systèmes distincts. Ils forment un seul système, échangeant de l'énergie. Le mouvement de la corde à tout moment est le résultat de sa propre physique, de la réponse du corps, de la réponse du manche et de la réponse des supports. L'enveloppe de décroissance de chaque harmonique est façonnée par la quantité d'énergie que chacun perd dans le reste de l'instrument.

L'étude publiée dans la revue Materials en 2021 — portant sur deux corps de guitare électrique identiques, l'un en frêne, l'autre en noyer — a mesuré cela directement. Les fréquences modales de l'instrument assemblé différaient de dizaines de Hertz entre les deux bois. Les coefficients d'amortissement différaient. Les taux de décroissance harmonique des cordes à vide, mesurés au micro, différaient de manière mesurable. Mêmes cordes, mêmes micros, même accastillage, même musicien. Bois de corps différent. Signal de sortie différent.

Le micro n'a pas changé. La corde, elle, a changé, car le système auquel elle était couplée a changé.

Des travaux antérieurs de Gough, remontant aux années 1980, ont établi la relation analytique entre les résonances structurelles et les résonances des cordes sur des systèmes couplés. Le résultat est général : là où un mode structurel s'aligne avec un mode de corde, la corde perd préférentiellement de l'énergie à cette fréquence. Là où les modes sont éloignés, le couplage est faible et la corde résonne longuement. La structure modale de l'instrument n'est pas décorative. C'est un filtre appliqué à la corde avant même que le micro ne la capte.

Faites vibrer votre corps

Le corps est le plus grand élément mécanique couplé à la corde, et celui que l'industrie a le plus longtemps prétendu inerte. Il n'est pas inerte. C'est un bloc de bois doté d'une masse, d'une rigidité, d'un amortissement interne et d'une géométrie qui lui confère une population de modes de résonance — typiquement dans la gamme de 80 Hz à 600 Hz pour les corps pleins, les modes les plus bas contribuant le plus à l'effet de couplage audible.

Quatre propriétés du corps sont importantes.

Premièrement, la densité. Les corps plus lourds, toutes choses égales par ailleurs, bougent moins pour une force donnée de la corde. Ils ont une impédance plus élevée au chevalet. Ils drainent moins d'énergie par cycle. Les cordes ont un sustain plus long.

Deuxièmement, la rigidité. Un corps plus rigide bouge moins dans le régime élastique, restitue l'énergie plus rapidement et présente des fréquences modales plus élevées. 

Troisièmement, l'amortissement interne. C'est la mesure de la quantité d'énergie vibratoire que le bois lui-même convertit en chaleur par cycle. Un amortissement élevé signifie que l'énergie qui pénètre dans le corps ne revient pas. Un faible amortissement signifie que l'énergie qui pénètre dans le corps résonne longtemps, pouvant potentiellement retourner à la corde.

Quatrièmement, la géométrie. L'emplacement du bois, sa forme, l'endroit où le chevalet est ancré par rapport aux lignes nodales du corps, tout cela détermine quels modes sont excités et avec quelle intensité.

Les trois premières propriétés — densité, rigidité, amortissement — sont précisément celles que mesurent les méthodes de caractérisation vibratoire des bois de lutherie.

Les essais non destructifs du bois destiné à la fabrication d'instruments ne sont pas nouveaux et ne sont pas propres à une seule institution; le CIRAD en France est un exemple parmi plusieurs organismes de recherche qui ont développé ces méthodes. L'important n'est pas l'institution. L'important est que ces méthodes existent et ce, depuis des décennies, et que les fabricants qui les utilisent sur des corps pleins effectuent le même travail que les fabricants d'instruments acoustiques sur les tables.

Ils caractérisent le matériau avant de le couper, car les propriétés mécaniques du matériau déterminent les capacités de l'instrument fini.

La variance entre les planches individuelles de la même essence est énorme. Deux pièces de frêne des marais provenant d'arbres différents, ou de différentes parties du même arbre, peuvent différer de vingt pour cent en densité et de plus encore en amortissement.

Le classement par inspection visuelle ou par le seul nom de l'essence produit une population de corps dont les propriétés acoustiques sont essentiellement aléatoires dans de larges limites. Le classement par mesure produit une population dans laquelle le fabricant sait, avant l'assemblage, ce que le corps apportera approximativement.

C'est pourquoi les débats sur l'importance du bois de lutherie dans les corps pleins ont tendance à être insolubles dans les forums publics où ils se déroulent.

Les deux parties ont raison concernant différentes populations d'instruments.

Sur un corps taillé dans une planche classée aléatoirement, installé dans un logement imprécis, avec une finition épaisse, la contribution de la sélection des bois est minime par rapport au bruit de fond du reste de la construction. Sur un corps taillé dans une planche mesurée, ajusté précisément, avec une finition fine, la sélection des bois est un paramètre mesurable et audible.

Le désaccord ne porte pas sur la physique, mais sur les instruments que les parties en désaccord ont joués.

Demi-vie

Le manche est l'autre élément résonant majeur, et sur les guitares électriques à corps plein, il est souvent le dominant. Le corps est grand et rigide. Le manche est long, fin et en porte-à-faux. Il présente des fréquences modales plus basses que le corps pour cette raison — typiquement avec son mode de flexion le plus bas quelque part entre 100 Hz et 250 Hz, selon la longueur, la masse, la rigidité et la géométrie de la tête. Ces modes bas se situent fermement dans la plage où les notes graves de la guitare produisent une forte énergie harmonique. Le couplage est inévitable.

La démonstration la plus claire de cela est le point mort.

Un point mort est une note pour laquelle la corde et le manche ont une résonance à la même fréquence, ou très proche. Lorsque cela se produit, le couplage devient fort. Le manche se déplace de manière significative en réponse à la corde. L'énergie se dissipe rapidement de la corde vers le manche. Le sustain de la note s'effondre.

Le micro, rapportant fidèlement, envoie une note courte à l'amplificateur. Ce n'est pas un problème de réglage. C'est un problème structurel, et il a été caractérisé dans la littérature acoustique par Paté, Le Carrou et Fabre, entre autres. Leur conclusion est que les points morts se produisent lorsqu'un mode structurel du système manche-corps coïncide avec un mode de corde frettée, et que le couplage à cette fréquence réduit suffisamment le temps de décroissance pour être perçu comme une perte de sustain.

L'emplacement de ces résonances est régi par la mécanique élémentaire. La fréquence de résonance est proportionnelle à la racine carrée de la rigidité divisée par la masse. Un manche plus rigide a des fréquences de résonance plus élevées. Une tête plus lourde a des fréquences de résonance plus basses. La tension de la tige de réglage affecte la rigidité effective. La géométrie du raccord manche-corps affecte également la rigidité effective — un manche vissé bien ajusté avec un contact complet se comporte différemment d'un manche vissé mal ajusté avec des jeux, et un raccord de manche collé ajoute encore une autre condition.

Rien de tout cela n'est un mystère. Il s'agit de la mécanique élémentaire d'une poutre en porte-à-faux couplée, appliquée à un objet qui se trouve être un instrument de musique.

C'est aussi pourquoi la masse de la tête modifie la sonorité. L'ajout d'une pince lourde à la tête — le soi-disant Fat Finger — abaisse les fréquences de résonance du manche en ajoutant de la masse à l'extrémité la plus active du mode de flexion. Cette solution déplace parfois un point mort loin d'une note utile. Le mécanisme est simple: la résonance s'est déplacée parce que la masse à l'antinœud a changé. Les mécaniques à blocage de masses différentes font la même chose, dans une moindre mesure. Rien de tout cela ne requiert de croyance. C'est vérifiable en un après-midi.

La touche fait partie du manche et contribue à sa rigidité et à son amortissement. L'ébène, le palissandre, l'érable et les divers substituts denses ne sont pas interchangeables. Ils diffèrent par leur densité, leur rigidité et leur amortissement aux fréquences occupées par les modes du manche. Les frettes elles-mêmes contribuent à la masse.

Des frettes avec une section transversale plus grande, ou faites d'un alliage plus dur, modifient de manière mesurable le comportement modal du manche. Aucune de ces modifications n'est importante isolément. Elles sont cumulatives. Le manche est le résultat intégré de chacun de ses composants.

Q pour Silence

Deux termes sont utiles ici et méritent d'être définis clairement. Le facteur Q, ou facteur de qualité, est une mesure sans dimension de la netteté d'une résonance. Une résonance à Q élevé est étroite en fréquence et résonne longtemps après l'excitation. Une résonance à Q faible est large en fréquence et s'éteint rapidement. L'amortissement est la propriété connexe qui décrit la quantité d'énergie perdue par cycle de vibration. Un amortissement élevé signifie un Q faible. Un amortissement faible signifie un Q élevé. Ce sont deux façons de dire la même chose.

Ces termes s'appliquent à chaque élément résonant de l'instrument. Le corps a des modes, chacun avec un Q. Le manche a des modes, chacun avec un Q. Les cordes ont des modes, chacun avec un Q qui est normalement très élevé car les cordes en acier sous tension dissipent très peu d'énergie en elles-mêmes. Les cordes perdent principalement de l'énergie dans les supports.

Quel est le rendu sonore de cela, au niveau du micro?

Un instrument à Q élevé — corps et manche rigides et à faible amortissement, raccords bien ajustés, finition fine — produit un long sustain, un contenu harmonique riche qui persiste dans le temps, et une sensation de clarté car les fréquences individuelles sont bien séparées. Le même instrument est également plus sujet aux points morts, car lorsqu'une résonance forte et étroite coïncide avec une fréquence de corde, le couplage est sévère. 

Un instrument à Q faible — fort amortissement dans le bois, une finition plus épaisse, des raccords moins ajustés — produit un sustain plus court, une décroissance plus rapide des harmoniques supérieures et une distribution plus douce de l'énergie sur la plage de fréquences. Le même instrument est moins sujet aux points morts, car aucune résonance n'est suffisamment nette pour drainer une corde de manière catastrophique. Aucune de ces propriétés n'est intrinsèquement correcte. Elles représentent des points différents dans un espace de conception.

La densité modale compte également. Un instrument avec de nombreux modes rapprochés a une réponse plus uniforme sur la plage de fréquences. Un instrument avec peu de modes espacés présente des pics et des creux. La géométrie du corps, la sélection des bois et les choix d'assemblage influencent tous ces paramètres. Le luthier qui sait ce qu'il fait a des opinions sur l'endroit où il souhaite que cela se situe.

Aucune de ces propriétés n'est invisible pour le micro. Chacune d'elles apparaît dans le signal au Jack de sortie, car chacune d'elles modifie la façon dont la corde se déplace. Le micro, étant un transducteur fidèle, transmet tout cela par le câble.

Construit comme un meuble

Parce que, sur la plupart des guitares électriques, la majeure partie de cela ne se produit pas. Le corps a été construit de telle sorte que sa contribution est masquée par le bruit de fond de sa propre construction. Les planches sont sélectionnées en fonction du rendement et de la couleur plutôt que de leurs propriétés vibratoires. Les logements sont fraisés larges pour la tolérance d'assemblage.

Les manches sont ajustés avec des jeux qui sont comblés par la finition ou par des cales. La finition elle-même est appliquée suffisamment épaisse pour fonctionner comme une couche d'amortissement sur chaque surface externe. L'accastillage est boulonné au corps à travers de fines plaques de tôle, transférant l'énergie d'une manière que le concepteur n'a pas spécifiée parce que personne n'a rien spécifié à ce sujet.

Ce n'est pas une accusation de mauvaise foi. C'est une description de l'économie de la fabrication. La guitare électrique a été conçue à son origine comme un instrument dont le corps n'avait pas d'importance, et les pratiques de construction qui en ont découlé ont rendu cette conception vraie.

Les preuves ont ensuite confirmé la théorie qui l'avait produite. C'est circulaire, et c'est aussi stable. Une usine qui a construit le même modèle pendant quarante ans n'a pas besoin de remettre en question l'hypothèse selon laquelle le bois de son corps est interchangeable. Les instruments sont, de par leur construction, des instruments sur lesquels le bois du corps est largement interchangeable.

L'hypothèse est localement correcte.

Généraliser à partir de cette population pour déterminer les capacités d'une guitare électrique, lorsqu'elle est construite différemment, est l'erreur. Les instruments produits par ces usines relèvent d'une philosophie de conception unique.

Il en existe d'autres. Les ateliers boutique, peu nombreux et dispersés internationalement, opèrent selon une philosophie de conception différente où toutes les variables décrites dans cet essai sont traitées comme des paramètres à contrôler. Les instruments produits par ces ateliers ne sont ni meilleurs ni moins bons, dans un sens universel. Ils sont différents.

Ils se comportent acoustiquement d'une manière que les instruments d'usine ne font pas, car ils ont été construits dans ce but.

Les guitares électriques creuses et semi-creuses rendent le point plus facile à saisir. Personne ne conteste qu'une 335 ou une guitare électrique archtop possède un corps qui contribue au son, car le corps rayonne un son audible même débranché.

Le corps plein est le cas le plus difficile car la sortie rayonnée est faible. Mais le corps effectue le même travail — couplage, amortissement, façonnage des enveloppes de décroissance, définition de la structure modale.

L'énergie est transmise au mouvement de la corde plutôt qu'à l'air. Le micro capte le résultat dans les deux cas.

Des pommes et d'autres pommes

L'argument contre la guitare électrique en tant qu'instrument acoustique est presque toujours étayé par deux exemples spécifiques.

Une acoustique de concert haut de gamme, réglée à la main, avec une sélection des bois et une attention de niveau conservatoire à chaque joint. Et une guitare électrique à corps plein d'usine, avec une construction générique.

La comparaison est présentée comme si elle réglait la question. Ce n'est pas le cas. Elle compare deux philosophies de construction, et non deux catégories d'instruments.

Faisons la comparaison dans l'autre sens. Prenez la meilleure guitare électrique à corps plein construite aujourd'hui — et la barre est haute, mais les fabricants existent — et comparez-la à la guitare acoustique moyenne vendue cette année. Pas l'instrument de concert. La moyenne.

Une acoustique d'usine avec un barrage découpé à la machine, une finition appliquée robotiquement, des tables séchées rapidement au four et classées par rendement, des décisions structurelles prises pour la fiabilité de l'assemblage plutôt que pour l'optimisation acoustique. Selon toute mesure d'attention acoustique — sélection des bois selon leurs propriétés vibratoires, ajustement des composants pour le transfert d'énergie, réglage de la structure, contrôle de l'amortissement — la guitare électrique boutique aura bénéficié de plus de soin acoustique que l'acoustique d'usine. C'est un fait concernant le travail, pas la catégorie.

Ce n'est pas un argument selon lequel l'électrique sonne mieux.

Les deux instruments ne sonnent pas du tout de la même manière, car ce sont des instruments différents. C'est un argument selon lequel les étiquettes acoustique et électrique décrivent des catégories de construction plutôt que des niveaux d'intention acoustique, et qu'au sein de chaque catégorie, la variance entre les exemples est bien plus grande que la variance entre les catégories elles-mêmes. Certaines acoustiques sont construites avec moins d'attention acoustique que certaines électriques.

L'étiquette ne protège pas l'instrument de l'inattention, et l'étiquette ne le condamne pas à celle-ci.

Oreilles sans valeur

Tout dans cet essai est mécanisme. Il décrit ce que fait l'instrument, en termes physiques mesurables. Il ne décrit pas ce que quiconque va aimer, et il ne décrit pas ce que quiconque devrait fabriquer.

C'est le moment où la physique rencontre la psychoacoustique, et la psychoacoustique l'emporte. Les auditeurs n'entendent pas les fréquences modales, les coefficients d'amortissement et les enveloppes de décroissance en tant que tels. Ils entendent des notes qui ont une sensation — rapide, lente, boisée, cristalline, vivante, sèche, immédiate, lointaine. La correspondance entre les propriétés physiques de l'instrument et ces catégories perceptuelles n'est pas biunivoque, n'est pas la même pour tous les musiciens, et est fortement médiatisée par le contexte.

Un instrument à Q élevé dans un mix rock dense peut sembler épuisant. Le même instrument dans un arrangement épuré peut sonner de manière révélatrice. Un instrument à fort amortissement peut être le bon outil pour un enregistrement spécifique et le mauvais pour le suivant. Une guitare avec un point mort sur une note que le musicien n'utilise jamais est, pour ce musicien, une guitare sans point mort. Il n'existe aucune version de cet essai qui produise un classement. Il n'y a qu'une description du mécanisme, plus les oreilles du musicien.

Ce que fait la description, c'est établir que le mécanisme existe, et qu'il peut être contrôlé ou ignoré. Le luthier qui le contrôle n'ajoute pas de mystique. Il ajuste des paramètres.

Le luthier qui l'ignore ne fabrique pas un instrument humble. Il accepte ce que les paramètres produisent. Les deux sont des choix légitimes. Les deux produisent des instruments que les gens jouent. Mais un seul peut honnêtement se décrire comme ayant conçu le résultat.

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

À aucun moment le comportement acoustique de l'instrument ne devient sans importance.

On peut l'ignorer. On ne peut pas le contourner. 

Le choix du luthier est de le concevoir ou de l'accepter. Tout ce qui découle de ce choix — le son de la guitare, son utilité, ce qui plaira à quelqu'un — est une autre discussion, sur laquelle cet essai ne prend pas position.

Mais la conversation ne peut pas commencer par l'hypothèse que le corps plein n'a pas d'importance. Cette hypothèse n'est pas de la modestie. Elle est fausse. Elle l'est depuis la construction du premier corps plein. L'instrument a toujours dit la vérité, et quiconque est prêt à en écouter un débranché, dans une pièce calme, avant de se forger une opinion, peut le vérifier par lui-même en une dizaine de secondes.

La corde bouge. Le bois bouge avec elle. La note a une forme qui ne vient pas d'un amplificateur. Cette forme est l'instrument. Le reste n'est que du fil.

Et rappelez-vous, peu importe la science, la physique, il s'agit juste que j'aie raison et que vous ayez tort.

À la prochaine

Note : Tous nos articles sont écrits en français puis traduits. La traduction est une traduction active qui ne se contente pas de traduire mot à mot, mais s'adapte si nécessaire pour mieux convenir à la langue cible. Cela peut créer un décalage de ton ou de contenu que nous acceptons et avec lequel nous sommes d'accord.