Automne
1998

Sommaire
des projets


ARDOUIN Yann - OLIVIER Valérie - THUILLIER Elise


INTRODUCTION

I. JUSTIFICATION DU SYSTÈME
       1. Les représentations graphiques existantes
       2. Les objectifs

II. CARACTÉRISATIONS DES SONS ET DE LA MUSIQUE
       1. Un son
       2. Des notes

III. CHOIX D'UN MODE DE REPRÉSENTATION
       1. Principe de représentation
       2. Schéma

IV. DESCRIPTION TECHNIQUE DU DISPOSITIF
       1. Schéma du système
       2. Fonctionnement

V. LIMITES ET AMÉLIORATIONS

VI. ANTICIPATION SUR LES TRANSFORMATIONS COGNITIVES
       1. Jouer sur la complémentarité des deux sens
       2. Apport lexical
       3. Appréhension globale des phrases musicales
       4. Mémorisation
       5. Extensions

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE
INTRODUCTION

Dans un premier temps, nous envisagions d'étudier un dispositif permettant la visualisation de tout type de sons (bruits, musiques, paroles...). Cependant, un tel dispositif, de réalisation technique assez complexe, offrait un champ d'applications très large : aide aux malentendants dans la vie courante, apprentissage des langues, etc...Nous avons donc préféré cibler plus nos objectifs en nous limitant à la visualisation des sons musicaux.

I. POSITIONNEMENT DU PROBLÈME


1. Les représentations graphiques existantes

a. La représentation graphique utilisée par les musiciens : la partition

b. La représentation physique du son : la représentation sonographique

Depuis quelques temps, des problèmes sont apparus. En effet, les partitions traditionnelles ne permettent pas de représenter facilement les sons inhabituels, même tirés d'instruments classiques, utilisés par les musiques dites expérimentales. Chaque compositeur utilise alors son code personnel, ce qui rend très compliqué l'exécution de l'œuvre. Ceci a conduit les chercheurs à se tourner de plus en plus vers une description physique des sons, que les méthodes d'analyse acoustiques permettent d'obtenir.

2. Les objectifs

Le dispositif doit permettre de visualiser d'une manière claire, et si possible agréable, les sons musicaux ; le but étant de faire le lien avec ce qu'on entend et de comprendre comment est constitué un son. Il doit permettre de comprendre ce qui rend mélodieux un morceau, quelles sont les erreurs réalisées lors de l'exécution (rythme trop lent,...). Le dispositif a donc un but éducatif. Il n'est pas destiné à être utilisé seul, mais avec l'appui d'une partition classique. Il doit permettre la comparaison entre différentes exécutions.

On peut ajouter qu'il peut aussi avoir une fonction ludique : par exemple, composer selon des règles d'assemblages visuelles et non sonores, puis écouter.

Pour finir, il est évident que ce dispositif nécessitera un apprentissage. Cependant ce dernier devra être relativement simple.

Ce dispositif s'adresserait à des enfants ou adultes apprenant la musique, ceux-ci ayant

déjà des notions musicales. Le dispositif pourrait les aider à comprendre leurs erreurs. Il pourrait également faciliter l'approche de la musique grâce à son côté plus attractif que le solfège. Lors d'une séance d'utilisation, le professeur pourra enregistrer l'exécution de l'élève puis la sienne. Ensuite, l'élève et le professeur compareront ensemble les deux résultats obtenus. Cette étude permettra à l'élève de voir ses erreurs (rythme trop lent, note trop appuyée...) et de les comprendre.

Ce dispositif s'adresserait aussi à des musiciens accomplis afin de leur permettre d'avoir une vue d'ensemble d'un morceau ou afin de les aider à la composition. Il pourra aussi les aider à comprendre de manière approfondie ce qu'est un son.
II. CARACTÉRISATION DES SONS ET DE LA MUSIQUE

Afin de définir un principe de représentation qui nous permette d'atteindre nos objectifs, nous devons d'abord analyser les signaux sonores et dégager leurs principales caractéristiques. Nous serons ensuite en mesure de choisir parmi ces caractéristiques celles que nous voulons mettre en évidence.

1. Un son

Un son est un phénomène physique de variation de pression de l'air. Cette variation fait vibrer les capteurs que nous utilisons (oreille, microphone,...) qui transforment cette vibration en signal compréhensible pour notre cerveau ou par un appareil approprié.

Les sons qui nous entourent sont en général complexes, formés de superpositions de sons simples (ou purs). Le modèle de description des sons simples peut cependant généralement être utilisé pour fournir une description approchée d'un signal sonore.

Ce modèle est illustré par le schéma suivant :



Les grandeurs caractéristiques que nous retiendrons de ce signal sinusoïdal (périodique) sont :

Une autre caractéristique est importante dans le domaine musical : le timbre (pour un instrument, c'est ce qui constitue sa sonorité). En fait, un signal sinusoïdal peut être mathématiquement décomposés en plusieurs signaux de fréquences différentes : les harmoniques. La prédominance de certaines harmoniques par rapport à d'autres détermine le timbre du signal.

2. Des notes

Nous nous plaçons dans le domaine particulier de la musique. Les notes constituent en quelque sorte l'unité de son de la musique. Nous allons étudier les relations entre ces notes et les paramètres physiques décrits dans le paragraphe précédent.

Ce qui caractérise une note est sa fréquence, pas son timbre : deux notes différentes jouées par le même instrument ont des fréquences différentes (et un même timbre) leur fréquence. Deux notes semblables jouées par deux instruments différents auront la même fréquence, mais des timbres différents.

Les notes sont réparties en octave. Physiquement, monter d'une octave correspond à multiplier la fréquence du signal par deux. Par exemple, la fréquence 440 Hz correspond à un la ; la fréquence 220 Hz correspond donc aussi à un la, plus bas d'une octave.

A l'intérieur de chaque octave, il existe 12 degrés ou notes, séparés par un " demi-ton ". Certains instruments ne peuvent jouer que des fréquences correspondant à ces notes (saxophone, flûte...) ; il s'agit d'une répartition discrète des notes émises. D'autres peuvent jouer n'importe quel fréquence (violon, contrebasse...).

Dans une phrase musicale, les notes peuvent être détachées les unes des autres (émission discrète des sons), liées (émission continue ) ou superposées (accord).

Nous nous efforcerons de considérer ces différentes possibilités lors du choix d'un principe de représentation.
III. CHOIX D'UN MODE DE REPRÉSENTATION


Notre représentation doit permettre de visualiser rapidement et clairement les caractéristiques d'un morceau de musique. Nous souhaitons mettre en évidence des paramètres qui permettront par exemple, dans un contexte éducatif, de comparer deux exécutions d'un morceau en détachant chacune des caractéristiques retenues.

1. Principe de représentation

Nous considérons qu'un morceau est composé de notes. Nous voulons représenter chacune de ces notes, en relation avec les autres. Nous décidons donc de représenter en priorité la durée d'une note, sa hauteur et son amplitude. La notion de timbre apparaîtra aussi dans notre représentation, mais de manière plus discrète.

Nous souhaitons visualiser les morceaux de musique sur un écran d'ordinateur. Nous proposons d'associer des volumes de couleur aux notes jouées. Dans un premier temps, nous considérons que ces volumes seront des parallélépipèdes.

Pour représenter la hauteur de la note (données par sa fréquence), nous décomposons l'information contenue dans la fréquence en deux parties : la place de la note dans une octave, et la place de l'octave dans l'échelle des fréquences que peut parcourir l'instrument. Moyennant un étalonnage pour chaque type d'instrument, nous pouvons alors représenter l'octave dans laquelle se situe la note par des étages de volume : 1 pour la plus grave, deux pour celle au-dessus.... Nous choisissons d'associer la couleur à la place de la note dans l'octave.

Par exemple, si un la 220 Hz est représenté par un " étage " de parallélépipède vert, un la 440 Hz sera représenté par deux " étages " de parallélépipède de même couleur.

Le tableau suivant associe les paramètres de notre représentation aux caractéristiques physiques et musicales des notes :

Caractéristique physique Caractéristique musicale Caractéristique visuelle
fréquence nom de la note, dans une octave  couleur
fréquence position de l'octave "étage" du parallélépipède (hauteur)
durée durée de la note largeur du parallélépipède
amplitude intensité ou force de la note longueur du parallélépipède
harmoniques (série Fourier) timbre (instrument) couleur sur le dessus (sur la longueur)


2. Schéma

Concrètement, les volumes représentant ma musique auront l'allure suivante :



L'axe des temps est l'axe horizontal ; la hauteur de la note est représentée verticalement. La courbe de l'intensité du signal (amplitude) en fonction du temps est tracée dans un plan horizontal. Les volumes représentés ne sont donc pas exactement des parallélépipèdes. Sur le schéma ci-dessus, l'émission sonore est continu, donc la variation d'amplitude aussi, mais la représentation de discontinuités est possible.

Ce graphique défile lors de la lecture de l'enregistrement, accompagné par l'enregistrement. Un index permet de repérer l'instant du morceau auquel on se trouve. Il est possible d'arrêter le défilement, de sauter des passages,...Il doit également être possible de montrer plusieurs graphes sur un même écran, une fois que ceci sont enregistrés.

Il est possible d'afficher plusieurs graphiques sur l'écran, les uns en dessous des autres de manière à représenter un enregistrement de plusieurs instruments ou celui d'un instrument analysé puis séparé en deux parties (par exemple, une partie grave et une aiguë pour un piano).
IV. DESCRIPTION TECHNIQUE DU DISPOSITIF


1. Schéma du système

Les différents composants du système sont présentés sur la figure ci-dessous :

Le système est composés d'éléments simples et standards, exception faite de la carte d'acquisition qui doit permettre un enregistrement de bonne qualité et un traitement rapide des données. Cependant, il s'agit de matériel déjà existant.

2. Fonctionnement

L'analyse du signal sonore par ce dispositif nécessite un étalonnage, comme beaucoup d'appareils de mesure. Il faut réaliser un étalonnage pour chaque type d'instrument enregistré. Cet étalonnage permet de définir la plage de fréquence à utiliser, en repérant la note la plus basse et la note la plus haute jouées par l'instrument. Une fois cette plage définie, le système la décompose en octaves. La gamme de fréquence à utiliser peut alors être représentée de la manière suivante :


Ce découpage permettra, à partir d'une fréquence enregistrées, de situer l'octave dans laquelle elle est située, par rapport à la tessiture de l'instrument considéré.

Pour chacune des octaves, le système associe la longueur d'onde la plus basse du spectre visible à la fréquence la plus basse et la longueur d'onde la plus élevée à la fréquence la plus haute. Toute fréquence enregistrée pourra être située par le système dans une octave, et pourra donc être associée à une couleur du spectre visible.

Cette analyse en deux parties des fréquences permet d'associer toujours la même couleur pour une même note, quelle que soit l'octave dans laquelle elle est située (par exemple un la 220 Hz et un la 440 Hz ).

La mesure de l'amplitude du signal ne pose pas de problème avec les matériels existants actuellement ; son traitement non plus.

Le calcul des fréquences harmoniques à partir d'un signal périodique ne semble également pas poser de problème avec un ordinateur actuel. Le système fera coïncider chacune des harmoniques calculées avec une longueur d'onde du spectre lumineux visible. Le timbre du signal est caractérisé par la superposition de ces harmoniques ; sa couleur caractéristique sera donc obtenue en superposant les différentes longueurs d'ondes définies précédemment. Le résultat sera une seule couleur.

De même qu'avec un instrument, le timbre pourra varier d'une exécution à une autre du morceau. Cependant, si deux timbres sont proches lorsqu'on les entend, leurs couleurs représentées seront également proches.. De manière générale, des caractéristiques sonores proches auront des représentations proches, sans quoi aucune apprentissage (donc aucune utilisation) du système ne serait possible.
V. LIMITES ET AMÉLIORATIONS


Pour l'instant, nous n'avons défini le procédé qui permettrait d'afficher des notes superposées de manière lisible. Il existe actuellement des moyens d'analyse du son qui rendent possible la détection de plusieurs fréquences dans un signal sonore (découpage pas à pas de la plage de fréquence et analyse des sons purs qui composent le signal). On peut donc représenter les différentes notes jouées sur des graphiques séparés affichés en même temps (les uns au dessus des autres), mais une solution plus satisfaisante peut être trouvée.

Une des principales limites de ce système est que l'analyse en temps réel par l'utilisateur du signal enregistré est impossible. En effet, le signal qui défile sur l'écran affiche les paramètres du signal sonore séparés ; faire la synthèse de ces différents paramètres demande au cerveau un certain temps. Cette limite n'est cependant pas gênante vis à vis de nos objectifs pour l'utilisation du système. Nous l'avons en effet imaginé surtout pour une utilisation a posteriori, comme outil d'analyse des enregistrements effectués.
VI. ANTICIPATION SUR LES TRANSFORMATIONS COGNITIVES


La vue est le sens qui est naturellement, sans exercices ou entraînement particulier, le plus utilisé et le plus pointu des sens humains. Associer les deux sens pour l'analyse de la musique n'est pas anodin, cela peut entraîner de nombreux changements cognitifs.

En effet le support de présentation n'est pas neutre par rapport à la compréhension et à la lecture de l'oeuvre. Le nouveau support engendré par le dispositif induit deux différences majeures : la codification et la séparation visuelle de différents éléments de la musique, et la représentation d'une plage de temps complète.

1. Jouer sur la complémentarité des deux sens

Le but du dispositif n'est pas de remplacer l'écoute de la musique par la vue du schéma mais d'éduquer l'ouïe par rapport et à l'aide de la vue.

Il faut faire attention à ne pas augmenter le déséquilibre qui existe naturellement entre l'utilisation des deux sens. Ce risque doit pouvoir être évité par un usage approprié et contrôle. Le dispositif nécessite donc de la part du professeur un apprentissage pour s'assurer que l'élève utilise judicieusement le système.

Le dispositif établi permet d'identifier les éléments composant la musique un à un, grâce à la codification décrite. La séparation et la reconnaissance des différentes caractéristiques est ainsi facilitée. Par exemple un professeur pourra jouer des notes en changeant certaines caractéristiques. On dit souvent que les gens on besoin de " voir pour le croire ", ici la perception de la caractéristique qui a changée est immédiate, l'élève peut ensuite faire le lien avec la perception auditive. Il peut associer une sensation différente créée par un changement du son à la variation d'une ou plusieurs caractéristiques précises.

Cela devrait aider à améliorer sa compréhension des éléments composant la musique.

Il peut aussi voir comment les caractéristiques sont liées, comment elles influent l'une sur l'autres et s'accordent, il peut détecter et comprendre les incompatibilités, comprendre ce que signifie jouer faux, ...

2. Apport lexical

L'intervention de la vue dans la perception et la compréhension de la musique entraîne l'intégration de nouveaux champs lexicaux associés à la vision.

Cela permet d'abord de faciliter le dialogue entre l'élève et le professeur.

Il est toujours difficile de savoir ce qu'il se passe dans la tête d'un enfant et de trouver les mots pour lui parler de certaines notions. Il existe évidemment un vocabulaire musical précis utilisé par les professionnel mais il n'est pas intégré par un musicien débutant et ne lui semble pas intuitif. L'expression est ici facilité car on apprend très jeune à décrire visuellement et le vocabulaire que chaque élève a à sa disposition est plus étendu.

Le professeur peut lui aussi pointer des choses qui semblent précises à l'élève plutôt que des notions abstraites musicales.

De plus le langage est primordial dans le processus même de la pensée.

Pour beaucoup de chercheurs, la formulation est préalable ou simultanée avec la naissance même de la pensée. Il semblerait que l'on n'ait jamais conscience de penser sans passer par des mots et une formulation interne ou externe.

Chaque mot est associé à différentes notions ou connotations. En utilisant de nouveaux mots pour décrire la musique, on va associer une partie (au moins) de ces notions et connotations à la musique, de façon plus ou moins inconsciente. On peut ainsi trouver qu'une musique est plutôt " verte ", si la couleur de la majorité des notes oscille entre le jaune et le bleu, malgré des éventuels changements d'octaves. Toute la symbolique inconsciente entourant la couleur verte peut ainsi venir entourer à son tour le morceau de musique concerné.

Ainsi l'irruption d'un nouveau vocabulaire change par elle même notre pensée de la musique, intimement et inconsciemment liée à la médiatisation de nos idées par le langage.

3. Appréhension globale des phrases musicales

La musique est fugitive, à chaque instant on n'entend une seule note à la fois, tout comme à chaque instant on ne voit qu'une image, cependant ici chaque image peut représenter toute une plage temporelle musicale.

Malgré cet aspect fugitif, il est évident que nous avons toujours une conscience de l'ensemble du morceau. On opère un étalement du présent : on entend une note à la fois et pourtant on a conscience d'entendre l'ensemble d'un morceau, il y a un processus de rétention et de protention, qui unifie la suite de vécus. Il est cependant difficile de connaître le processus qui entre en jeu dans cette appréhension globale.

En revanche, il est facile de deviner que le changement introduit par la représentation simultanée et durable d'une plage musicale va avoir une grande influence sur la perception et l'appréhension du morceau. A chaque instant, on situe visuellement (pour une grande part inconsciemment) le son dans l'ensemble de la phrase musicale et on a une perception de la structure générale. Cet apport peut être comparé au changement d'approche introduit par sa lecture d'un poème, par rapport à son audition sans support visuel.

La compréhension et les sensations ressenties sont différentes, mais le changement induit ne peut pas être décrit, car il dépend à la fois du type de musique, du système de représentation, et aussi de l'individu lui-même.

4. Mémorisation

La base même de la mémorisation est toujours une sélection des informations, consciente ou inconsciente. Il n'y a jamais de mémoire totale.

Le dispositif étudié change la base même de la perception des données. Avec lui, on peut voir de façon constante la phrase et des éléments particulier sont séparés et symbolisés.

La mémorisation du morceau tiendra donc forcément compte de ces éléments qui auront mis en valeur par le dispositif et des nouvelles sensations visuelles créées, et plus seulement des impressions, des émotions, ou des éléments auditifs repérés.

Il y aura donc une modification importante du processus de mémorisation des phrases musicales.

5. Extensions


CONCLUSION

Le dispositif évoqué dans cette étude doit permettre dans un premier temps une perception très analytique de la musique, grâce à la décomposition claire des différentes caractéristiques. Moyennant un apprentissage, cette décomposition pourra être utilisée par un professeur pour expliquer et montrer à son élève comment est joué un morceau et comment repérer des " erreurs " ou anomalies. Bien sûr le dispositif peut aussi être utilisé comme outil d'auto-évaluation. Ce sont les principales fonctions que nous souhaitions au départ lui attribuer.

Par la suite, on peut imaginer que des musiciens trouveront d'autres utilisations, ludiques ou artistiques, en utilisant des réglages particuliers de couleurs et de disposition des volumes pour des raisons esthétiques. Nous n'avons traité aucune de ces possibilités, les laissant à l'entière appréciation des musiciens. Il ne faut en effet pas perdre de vue qu'au delà de l'aspect scientifique sous lequel nous avons décrit un signal sonore, la musique est un art où il rentre une grande part d'interprétation personnelle.
BIBLIOGRAPHIE