Spectre harmonique
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Tous les sons musicaux possèdent une décomposition spectrale harmonique, où chaque fréquence harmonique est un multiple entier de la fréquence fondamentale.

La découverte de cette décomposition spectrale, due à Hermann von Helmholtz, remonte au XIXe siècle, et son étude s'est beaucoup améliorée. Les expériences d'Helmhlotz utilisèrent l’importance du phénomène de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci...) dans les vibrations sonores : la résonance est la réponse d’un corps à la vibration émise par un autre corps. Certaines structures physiques répondent distinctement à une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...) sinusoïdale de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence...) particulière, appelée fréquence propre du résonateur. Les structures d’Helmholtz étaient des sphères de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de...) évidées, munies de deux cols courts diamétralement opposés. En dirigeant ces résonateurs vers une source sonore, une harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique ou vibratoire (par exemple en électricité : les « courants harmoniques », qui sont...) de fréquence égale à la fréquence propre du résonateur était amplifiée et ainsi mise en évidence. La trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des images haute résolution...) de cette harmonique était même conservée prisonnière un court instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être...) après l’arrêt de l’émission de la source sonore. En utilisant une succession de tels résonateurs, Helmholtz mit en évidence l’importance de l’intensité des harmoniques d’un son instrumental, découverte qui modifiera la notion de timbre. Le traité que Helmholtz tirera de ses expériences fut longtemps la référence en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) de timbre musical.

Les instruments d'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des...) utilisés en acoustique musicale (L'acoustique musicale est la branche de l'acoustique consacrée à la place et à l'utilisation du son dans l'élaboration et la perception de la musique. Née du souci...) ont évolué grâce à l'amélioration des techniques de visualisation du spectre sonore (Tous les sons peuvent se décomposer en une série d'harmoniques, dans un rapport rationnel ou irrationnel avec la fréquence fondamentale. L'ensemble de ces fréquences harmoniques ou inharmoniques...) qui ont toutes permis de comprendre l'importance de cette évolution des intensités respectives des harmoniques dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) pour la caractérisation du timbre musical.

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