La Physique et le violon, notions élémentaires

La physique et le violon semblent pour tout artiste deux mondes bien à part et la notion scientifique peut rebuter l’artiste. Cependant, il est important de comprendre les principes de bases que voici.

La sonorité particulière d’un violon est le résultat des interactions entre ses nombreuses parties. L’action de l’archet sur les cordes fait vibrer ces dernières. Cette vibration est transmise à travers le chevalet puis vers la caisse de résonance du violon, ce qui permet une diffusion efficace du son dans tout l’instrument puis dans l’air. La tension et le type de cordes, l’archet et la fabrication de la caisse de résonance, matières premières, taille, assemblage et vernis, contribuent à l’intensité et à la qualité du son.

La physique et le violon, cordes

Les cordes d’un violon sont tendues sur le chevalet et le sillet haut du violon de sorte que les extrémités sont fixes, permettant la création d’ondes stationnaires. La fréquence fondamentale et harmoniques du son qui en résultent sont fonction des propriétés du matériau de fabrication des cordes, de leur tension, longueur, masse, élasticité et du facteur d’amortissement.

La tension des cordes

La tension des cordes affecte de toute évidence la sonorité produite par le violon. L’augmentation de la tension d’une corde aboutit à une note de fréquence plus élevée. Les cordes d’un violon sont enroulées autour de chevilles réglables. En tournant la cheville associée, chaque corde peut être desserrée ou resserrée jusqu’à ce qu’elle produise la hauteur de note désirée, qui peut être décrite en termes de fréquence.

La longueur des cordes

La longueur de la corde a également une influence sur la hauteur de la note jouée, et sert de base. Les violonistes «limitent» la corde avec un doigt de la main gauche, en raccourcissant la longueur de la corde vibrante. Le plus souvent, la corde est arrêtée contre la touche du violon, mais dans certains cas, seul le contact du doigt suffit pour limiter la longueur de la corde vibrante, comme dans le cas des harmoniques. La réduction de la longueur de corde vibrante ainsi obtenue a pour effet d’augmenter sa hauteur.

Les matériaux des cordes

Les matériaux employés à la fabrication des cordes affectent la qualité du son. Une corde vibrante ne produit pas une fréquence unique. En effet, la sonorité doit plutôt être décrite comme un ensemble de fréquences et harmoniques fondamentales, qui forment le timbre du violon. Le matériau de la corde a une influence sur cet ensemble harmonique. La réponse et la facilité d’articulation sont également affectées par le choix des matériaux d’une corde.

Les cordes de violon étaient à l’origine fabriquées à partir de boyau, et même si ces dernières existent toujours et sont très prisées pour leur sonorité chaleureuse et riche, elles sont employées dans une proportion limitée, en raison de leur coût, de leur sensibilité à l’humidité et à la température. Les cordes modernes sont la plupart du temps faites d’acier, d’alliages, ou de matériaux synthétiques. Les cordes de violon, à l’exception de la plupart des cordes de Mi et de quelques cordes de boyau pour puristes sont filetées avec du métal, pour maintenir une épaisseur dans des limites confortables, et contrôler leurs propriétés de frottement de surface. Certaines cordes en acier ont un filetage sous la surface visible.

La physique et le violon, chevalet

Le chevalet supporte l’une des extrémités de chacune des quatre cordes. Il supporte une force combinée d’environ 20 lbf (89 N). Une force est exercée vers le bas sur la table du violon, affectant la sonorité des instruments. L’angle de rupture de la corde sur le chevalet affecte la force exercée vers le bas, elle est généralement de 158°.

Plus important encore, le chevalet transfère les vibrations des cordes vers le haut du violon. Le plus important des mouvements du chevalet est à bascule, d’un côté à un autre du chevalet et provient de la composante transversale de la vibration des cordes. Le chevalet peut être considéré comme un filtre mécanique, ou un arrangeur des masses et «ressorts» qui filtre et façonne le timbre du violon.

La physique et le violon, archet

L’excitation de la corde est presque toujours provoquée par un archet composé d’un ensemble de crins de cheval disposés à plat et en parallèle et tendu par les extrémités sur une baguette, pouvant être faite de bois ou de matière synthétique telle que la fibre de verre ou un matériau composite en fibre de carbone. La longueur, le poids, et le point d’équilibre de l’archet moderne sont normalisés. Les violonistes peuvent constater des variations de sonorité selon s’ils jouent d’un extrême à l’autre, en fonction de ces paramètres, de la rigidité et du moment d’inertie.

Le crin est recouvert de colophane pour provoquer un glissement avec une adhérence contrôlée lorsqu’il se déplace perpendiculairement à la corde. Différents types de colophane sont disponibles, fournissant des adhérences ou frictions variables.

Avec les mouvements d’archet, les trois facteurs les plus importants sous le contrôle immédiat du violoniste sont la vitesse de l’archet, la force exercée vers le bas, et l’emplacement du point de sonorité où les crins traversent la corde. Le musicien peut également faire varier le nombre de crins en contact avec la corde en inclinant l’archet. Les violonistes sont formés pour maintenir l’archet perpendiculaire à la corde dans la plupart des cas, étant donné que d’autres angles peuvent affecter le son.

La physique et le violon, caisse de résonance

La caisse de résonance du violon doit être assez solide pour supporter la tension des cordes, tout en étant suffisamment légère et fine pour vibrer de manière adéquate. La caisse de résonance du violon est constituée de deux plaques de bois voûtées, la table et le fond et les côtés ou éclisses sont formés par de minces lamelles de bois incurvées. Les éclisses sont renforcées en interne par de petites bandes qui procurent une surface de collage supplémentaire sur lesquelles les plaques sont fixées. L’ensemble et encore renforcé par les tasseaux qui sont des blocs de bois, au nombre de six. La colle employée est en principe d’origine organique et grâce à ses propriétés, ne va pas à l’encontre des propriétés acoustiques de l’instrument.

A l’intérieur du violon est placée l’âme qui joue un rôle de pilier structurel et de transmetteur. En effet, cette dernière transmet les vibrations de la table vers le fond. D’où l’importance de son réglage minutieux.

On trouve enfin un autre élément qui favorise la transmission des vibrations en interne, la barre d’harmonie. Cette dernière est une pièce de bois longitudinale qui est fixée sur la table, de l’autre côté du chevalet et qui permet une bonne répartition des vibrations sur cette dernière.

Une fois les vibrations réparties, le son est amplifié dans la caisse de résonance et la musique commence.