Différences entre musique et sons moteur

Rappelons que la musique est une alternance de sons et de silences de durées variables, structurée avec des groupements, répétitions, et variations de plusieurs motifs rythmiques liés à des lois mathématiques, avec une structure temporelle de base constituée d'une succession de mesures comprenant chacune un même nombre de temps identiques (le plus souvent 4 temps mais rien à voir avec les moteurs) battus à une certaine cadence (tempo) en battements ou pulsations par minute, avec dans le cas de la musique occidentale, généralement :

- une suite de plusieurs notes de différentes hauteurs (suivant fréquence fondamentale) faisant partie d'un même mode musical (associé à une progression donnée des intervalles de fréquence) comportant un nombre limité de notes compatibles avec les instruments à fréquences fixes, et pouvant être jouées :

. successivement dans une mélodie avec des durées variables des notes et silences parmi celles correspondant aux subdivisions du rythme temporel de base

. simultanément en accompagnement d'une mélodie et constituant avec au moins 3 notes des accords avec plusieurs intervalles plus ou moins consonants, voir article précisant ces intervalles suivant lien ci-dessous :

https://architectures-et-sons-de-moteurs.blog4ever.com/Intervalles musicaux des sons moteurs

- différents instruments liés à une ou plusieurs composantes de la musique (structure rythmique, mélodie, ou accord) avec pour chacun un timbre spécifique (répartition et durée des harmoniques, attaque, enveloppe, etc...), les percussions au timbre inharmonique étant généralement dédiées à la structure rythmique, et les basses fréquences à l'accompagnement harmonique.

- des nuances ou variation d'intensité sonore (dynamique)

Comme la musique, les sons de moteurs produisent des motifs rythmiques, avec des harmoniques comme la plupart des instruments de musique, mais avec :

- des motifs rythmiques dominants invariables car liés au positionnement angulaire des évènements sonores dans le cycle moteur, pas directement audibles sur les moteurs modernes à régime rapide mais pouvant se manifester par une forte modulation d'amplitude au ralenti si intervalles d'allumage importants (monocylindre 4 temps, multicylindres à allumages non équidistants)

- une hauteur tonale et un tempo liés ensemble au régime moteur, avec une variation proportionnelle de la fréquence des harmoniques assimilable à un portamento en musique, ces variations étant en dents de scie lors des accélérations/décélérations avec changements de rapports de boîte de vitesses ou sur un coup de gaz à vide

- un son continu (pas de silence) avec des bruits parasites (résonances, accessoires, roulement, aérodynamique)

- des nuances (intensité sonore) avec une dynamique plus élevée en charge et à haut régime et des résonances à certains régimes pour certaines fréquences

- des intervalles de fréquence à la fois consonants (dominants sur multicylindres à intervalles d'allumage équidistants) et dissonants (dominants sur monocylindre, si intervalles d'allumage ou d'échappement non équidistants, si partiels inharmoniques de rang élevé pour les Diesel, ...)

- au final, pas de mélodie au sens musical car il y a bien des variations de hauteur tonale dans le temps mais :

. uniquement lors des changements d'allure ou de rapports de boîte (voire avec coups de gaz à vide), donc de façon aléatoire lors d'une utilisation du moteur sur route ouverte et avec des variations de régime toujours en continu sans une succession de notes distinctes de durée déterminée et donc sans les intervalles de hauteur associés à un mode ou à une gamme musicale

. avec un tempo et une intensité augmentant proportionnellement à la hauteur

On dit parfois qu'un moteur est musical voire mélodieux alors qu'il s'agit d'harmonie avec des intervalles de fréquence consonants entre harmoniques, ce qui nécessite un moteur atmosphérique à allumage commandé avec un nombre de cylindres ou régime suffisant pour être dans une plage de fréquences suffisamment élevée, des tubulures d'échappement de longueurs identiques regroupant des cylindres à intervalles d'allumage équidistants, si possible en nombre impair (3 pour consonance de quinte, 5 pour consonance de tierce majeure), avec un meilleur résultat pour 2 bancs de cylindres à allumage équidistant de l'ensemble des cylindres (ou presque sur des moteurs très "musicaux" comme un V12 Ferrari avec allumage à 55°/65°, ou un V10 Porsche Carrera GT avec allumage à 76°/68°, le dernier chiffre correspondant à l'angle du V et à l'allumage successif des 2 cylindres opposés de chaque banc dont les bielles respectives sont accouplées au même maneton de vilebrequin).

Une imitation des sons moteurs à différents régimes est possible avec un son harmonique maintenu et des variations de hauteur tonale en continu lors des changements de régime, comme par exemple avec :

- la voix humaine

- les instruments de musique à corde ou à vent et utilisable sans notes fixes comme le violon, la guitare électrique, le trombone à coulisse :

Sur un moteur au ralenti, le son est perçu comme une répétition de battements ou pulsations, avec une imitation possible à partir d'un motif rythmique joué par des instruments de musique à condition de lire l'enregistrement à un tempo qui est généralement plus rapide sur les moteurs modernes :

A l'inverse, il est possible de jouer grossièrement une mélodie avec un moteur thermique multicylindres à allumage commandé dont le régime à vide peut être ajusté de façon très rapide et précise sur une plage de fréquences au moins équivalente à celle de la mélodie :

Quelques précisions intéressantes sur les rythmes et structures des différentes musiques du monde nécessitant de se familiariser avec le vocabulaire souvent assez flou utilisé dans le solfège :

La signature rythmique est identifiée sur la partition par 2 chiffres superposés. Celui du haut désigne soit le nombre de temps (pulsations) de durée égale dans la mesure si rythme binaire avec chiffre non divisible par 3, ou le nombre de tiers de temps si rythme ternaire avec chiffre divisible par 3. Le dénominateur désigne la valeur relative de durée par rapport à une ronde qui est la note de plus grande durée. Chaque signature rythmique correspond à une alternance de temps forts et faibles (par exemple rythme binaire à 4 temps de signature 4/4 avec 4 noires et temps forts 1 et 3, rythme ternaire à 2 temps de signature 6/8 avec 2 noires pointées équivalentes à 2 groupes de 3 croches et temps forts 1 et 2) dont le schéma répétitif et la façon de compter ces temps caractérise ce que l'on appelle le mètre.

Ne pas confondre la signature rythmique qui donne un rythme isochrone structurant avec des temps forts et faibles de durées égales sur lesquels s'articulent par exemple les changements d'accords, avec le rythme ressenti qui peut accentuer certains temps avec une augmentation d'intensité, de durée, voire une différence de timbre, en formant un motif ou une figure rythmique avec une dynamique et une sensation spécfique parfois liée à la façon de jouer (groove, swing).

La polyrythmie, le plus souvent d'origine africaine, présente aussi en occident dès le moyen âge mais peu utilisée dans la musique classique, consiste à jouer de façon simultanée des rythmes différents en terme de vitesse, motif, succession d'accent, ou longueur.

Lorsqu'on superpose un rythme ternaire et un rythme binaire, on parle d'hémiole.

Les rythmes de la musique traditionnelle sont généralement de type euclidiens avec des intervalles entre battements les mieux répartis possibles sur la totalité des subdivisions de durée égale.

Une mélodie (ou plusieurs simultanément si polyphonie) est un ensemble de notes jouées successivement à des hauteurs relatives différentes parmi celles d'un même mode musical avec une échelle d'au moins 5 degrés répartis sur une octave (doublement de la fréquence) avec différents intervalles de fréquences qui donnent une couleur ou ambiance sonore différente avec une alternance de tensions et résolutions.

Une mélodie peut se jouer à des hauteurs absolues et tempos (nombre de temps ou de battements par minute) différents, ce sont les différents intervalles de fréquence entre notes et la durée respective de chaque note et silence qui permettent de la reconnaître, et non la fréquence de chaque note, celle de la note la plus basse (tonique ou degré I) caractérisant une gamme. Le positionnement et la durée des notes par rapport à la structure rythmique peut être particulier : une note jouée sur un temps faible donne un contretemps, si elle se prolonge sur le temps fort suivant, celà donne une syncope (durée de note double par rapport à celles encadrantes).

L'harmonie est un ensemble de notes de différentes hauteurs jouées simultanément en accompagnement d'une mélodie et constituant avec au moins 3 notes des accords plus ou moins consonants, dont ceux classés dans l'harmonie tonale et composés de 3, 4, ou 5 notes séparées chacune par des intervalles de tierces majeures (4 demi-tons) ou mineures (3 demi-tons), ce qui correspond par exemple à des touches blanches du clavier séparées chacune par une touche blanche intermédiaire, ou des notes superposées d'une partition séparée chacune d'un intervalle d'une ligne. Les notes d'un accord jouées successivement dans le sens de la montée ou de la descente constituent un arpège. Les accords sont joués suivant un enchaînement en lien avec la mélodie et les temps forts mais à une hauteur plus basse.

Les différentes musiques sont classées avec plusieurs niveaux de regroupements possibles, en fonction de différents critères ou caractéristiques :

- Genre (classique, traditionnel, populaire, sacré ...), catégorie, et style, suivant rattachement géographique, ethnique, historique, culturel :

. musique savante occidentale (baroque, classique, ....)

. musique afro-américaine (blues, ragtime, jazz, reggae, ...)

. rock et variétés (pop, disco, ...)

. musique électronique (house, techno, wave, ...)

- Forme musicale suivant structure de l'oeuvre et instrumentation (sonate, concerto, symphonie, fugue, rondo, chant avec alternance couplets-refrain, ...)

- Signatures rythmiques autres que 4/4 (par exemple 3/4 pour valses ou mazurka avec découpage binaire, 6/8, 9/8, 12/8 avec découpage ternaire) ou avec accentuation des temps forts 1 et 3 en musique classique, ou des temps faibles 2 et 4 (en after beat) par exemple en jazz avec les cymbales charleston (hi-hat), en rock ou disco avec la caisse claire, en plus du battement de grosse caisse sur temps 1 et 3 en rock et sur les 4 temps four on the floor en pop, funk, et disco, avec également un battement de charleston à la croche tous les temps et 1/2 temps, voire à la double croche en rock classique ou hip-hop, avec du swing créé par des croches de durée différenciée en Jazz (avec en plus une improvisation possible et le plus souvent des accords de 7eme et un mode dorien).

- Différents motifs rythmiques :

Chaque rythme euclidien est unique pour un nombre donné de battements et de subdivisions, avec son complémentaire si on inverse les battements et silences. Si le nombre de battements est supérieur à un et premier par rapport au nombre de subdivisions de durées égales, on obtient des rythmes euclidiens non périodiques et leur complémentaire, qui sont souvent d'origine africaine et très utilisés dans la musique latino-américaine, avec un nombre total de subdivisions multiple de 4, un nombre de battement impair, et une différence du nombre de subdivisions entre battements limitée à 1 :

- 332 (tresillo) et 21212 (cinquillo) en particulier à Cuba avec 3 ou 5 intervalles ou battements sur 8

- 2212221 (bembé) et 23223 (venda) en Afrique avec 7 ou 5 intervalles ou battements sur 12

- 33433 et 12121212112 pour la bossa nova avec 5 ou 11 intervalles ou battements sur 16

- 3223222 et 212221222 pour la samba avec 7 ou 9 intervalles ou battements sur 16

Les rythmes euclidiens non périodiques peuvent être superposés avec ceux périodiques (binaires ou ternaires) de la musique classique.

La clave est un rythme asymétrique d'origine africaine (les claves désignent aussi les 2 cylindres de bois formant l'instrument de percussion) avec un motif répétitif couvrant 2 mesures successives avec 3 notes (tresillo) créant une tension, suivie ou précédée de 2 notes donnant une détente, à l'origine de plusieurs musiques latino-américaines comme la salsa.

Exemple de clave 3/2 :

1 . et . 2 . et . I 3 . et . 4 . et .

X . . X . . X . I . . X . X . . .

ce qui peut être traduit par 2 motifs superposés avec une même durée totale subdivisée en 16 durées égales avec d'une part des intervalles égaux (pulsation ou battement régulier) de 4444 et d'autre part des intervalles inégaux de 33424 propre à ce rythme de clave, qui deviendrait des intervalles inégaux de 3122224 si on ne différenciait pas les 2 rythmes par la note, le timbre ou l'intensité.

- Mode, gamme, et tempérament, dont la gamme majeure occidentale correspondant aux touches blanches d'un clavier de piano ou de synthétiseur, avec une échelle à la fois heptatonique (à 7 degrés) et diatonique avec des intervalles d'un ton ou d'un demi-ton, avec plusieurs modes en fonction de la note choisie comme tonique (do, ré, mi, fa, sol, la, si), dont 2 cas ne nécessitant pas d'altération (dièse # ou bémol) dans l'armure de la partition :

. DO majeur (mode ionien), avec une succession d'intervalles de 2212221 (en demi-tons) entre les touches blanches d'un piano, cette gamme n'ayant pas été choisie par hasard.

Elle est issue de la gamme de Pythagore à partir d'une succession de quinte (rapport de fréquence de 3/2) avec notes ramenées à l'octave inférieure (fréquence /2) si la fréquence calculée dépasse la fréquence de la 1ère note x 2.

Elle permet d'avoir toujours une tierce majeure ou mineure avec 2 intervalles de note et favorise donc le placement des doigts pour les accords sur clavier et l'écriture des accords sur la partition avec une superposition des notes espacées d'un même intervalle égal à une ligne.

Elle répond à une formule mathématique donnant en fonction du nombre de notes au dessus du DO,

le nombre de 1/2 tons de 1 à 12 = partie entière de [(nombre de notes + 1) x (12/7)] - 1,

par exemple un LA est à 5 notes et à 9 demi-tons du DO car [(5 + 1) x (12/7)] - 1, soit 9,2857..

La position des notes divisé par le nombre de demi-tons depuis le DO correspond (en partant de 1) à la suite de Fibonacci (0-1-1-2-3-5-8-13-21-34...) qui est une sucession de nombres entiers correspondant à la somme des deux précédents et dont le rapport avec le précédent lorsqu'on progresse dans la suite s'approche du nombre d'or = (1 + racine de 5) / 2, soit environ 1,618 qui est une proportion très répandue dans la nature (spirale d'escargot, répartition des feuilles sur une branche, etc...) et dans les arts, qui répond également à l'équation a/b = (a+b)/a.

La succession d'intervalles de demi-tons de 2212221 correspond aux intervalles de temps du rythme africain de bembé qui est un rythme euclidien.

. LA mineur naturel (mode éolien), avec une succession d'intervalles de 2122122 (en demi-tons)

A noter que l'intervalle de tierce entre la tonique et la médiante (degré III) donne le type de mode ou de gamme (majeur avec 4 demi-tons, ou mineur avec 3 demi-tons)

Ces modes et gammes sont utilisés dans la musique dite tonale, avec des mélodies comprenant des degrés forts (I, IV, V) et faibles avec une alternance de tensions (accords dissonants) et de résolutions (accords consonants), par exemple en partant de la tonique, puis la dominante (degré V), puis la sensible (degré VII), et résolution par un retour à la tonique qui termine souvent la phrase musicale.

Le clavier complet (succession des touches blanches et noires) correspond à une gamme chromatique de 12 demi-tons (à intervalles égaux dans le cas d'un instrument accordé avec un tempérament égal).

- types d'accord suivant mode et genre musical, par exemple les accords de septième (à 4 notes) pour du Blues ou du Jazz

Pour bien comprendre l'impact très important d'un mode sur l'ambiance ou la couleur musicale, je vous suggère à partir d'un clavier (quel que soit son tempérament) de monter et descendre les gammes suivantes, ou d'improviser une mélodie suivant :

- les touches noires (espacées d'un ton ou ton et demi) en partant de Fa # comme tonique : gamme pentatonique (5 degrés) correspondant à un mode chinois avec des intervalles en demi-tons de 22323

- les touches Ré, Fa, Sol, La, Do : gamme pentatonique avec des intervalles en demi-tons de 32232 correspondant à un mode utilisé par le groupe Indochine, notamment dans la chanson "l'aventurier".

- les touches La, Do, Ré, Mi bémol, Mi, Sol : gamme pentatonique mineure de La à laquelle on ajoute un Mi bémol qui est une note "bleue" donnant une quinte diminuée (6 demi-tons) correspondant à un mode Blues avec des intervalles en demi-tons de 321132

- les touches ré, mi bémol, fa #, sol, avec des intervalles en demi-tons de 131 correspondant au jins Hijaz, fragment de musique orientale, celle-ci étant de tradition orale et jouée le plus souvent en accompagnement d'un chant, avec un rythme asymétrique très marqué en accord avec la langue arabe, une absence d'accord, et des intervalles mélodiques pouvant être de 3/4 de tons, donc incompatibles avec les claviers d'instruments occidentaux (de la même façon que la musique indienne qui peut contenir 22 intervalles par octave)

Quelques sites avec des expériences interactives, des boîtes à rythmes, et des documents sur le son et la structure de la musique :

https://phyanim.sciences.univ-nantes.fr/Ondes/son/

https://musiclab.chromeexperiments.com/Experiment

https://rhythm-circle.com/

https://codepen.io/teropa/full/zPEYbY

https://www.musicca.com/fr/boite-a-rythmes

https://www.mathemusique.fr/

https://co-creation.net/musique_et_sons/documents_musique/livre_musique.pdf

https://www.mamie-note.fr/cours/

https://cnmlab.fr/recueil/musique-et-donnees/chapitre/11/

https://www.spirit-science.fr/doc_musique/Gammes_modes.htm

https://www.jihef.fr/harmonie.html