L'acoustique est la science sur laquelle se base toute la musique et tout ce que nous percevons. Elle étudie les bruits, les sons d'un point de vue physique. C'est grâce à elle que l'on sait pourquoi tel son est audible, pourquoi nous entendons et de façon plus générale qu'est-ce qu'un un son ?

1. Bels et décibels
Notre oreille est sensible aux ondes: en effet ces ondes font vibrer des «cils» qui transmettent aux cerveau par la voie des nerfs des impulsions. Dans le cerveau elles sont décodées et enfin «entendues». Notre oreille n'est pas sensible de la même façon aux sons de toutes les fréquences. Nous n'entendons que les sons compris entre 20 et 20 000 Hz. En dessous de 20 Hz, on parle d' infrasons et au dessus de 20 000 Hz, d'ultrasons. La sensibilité de notre oreille est à son maximum pour les fréquences comprises entre 500 Hz et 5000 Hz. Dans cet intervalle, le seuil d'audition est approximativement égal à 10^-12 W/m². Par convention, nous nous servons de cette valeur comme valeur de référence pour mesurer le volume sonore à l'aide de l'échelle logarithmique des décibels.

L'intensité d'un son en décibel est par définition :

Petite théorie sur le logarithme décimal.
Log(x) = y si et seulement si x = 10^y. Donc le logarithme décimal n'est définis que pour x>0.
Log(10) = 1. Puisque 10 = 10¹
Log(1) = 0
Pour 0<x<1, Log(x)<0
Log(y^x) = x log(y)
Log(x) + Log(y) = Log(xy) et Log(x) - Log(y) = Log(x/y).

À partir du logarithme décimal nous pouvons examiner le diagramme de Fletcher. C'est en effectuant des expériences que Fletcher a pu démontrer que l'oreille humaine ne percevait pas de la même manière toutes les fréquences sonores. Par exemple, un son de 1 000Hz est perceptible à 0dB et encore mieux, un son d'une fréquence de 3 000Hz est perceptible dès -8dB (1.58 10^-13W/m²).
Voici comment nous obtenons cette valeur.
-8dB = 10log(I/10^-12).
Après quelques simplifications, l'équation devient -0.8 = log(I*10¹²).
Grâce aux propriétés des logarithmes nous en tirons que -0.8 = log(I) + 12.
Donc log(I) = -12.8
Et enfin I = 10^-12.8 = 1.58 10^-13

                                       Diagramme de Fletcher

 Fletcher a donc créé ce diagramme qui met en relation la fréquence et la puissance sonore. Nous constatons qu'en dessous d'une certaine puissance variable en fonction de la fréquence, il nous est impossible d'entendre les sons, c'est ce qu'on appelle le seuil d'audition.. Nous remarquons aussi qu'au-delà d'une certaine puissance, les sons deviennent insupportables, c'est donc le seuil de douleur. Il apparaît aussi que c'est pour les fréquences situées entre 500 et 5000 Hz que notre oreille est le plus sensible. Les lignes comprises entre ces deux seuils correspondent aux points du diagramme pour lesquels la sensation de volume est égale.

Il faut se souvenir que ces valeurs dépendent de l'individu, de son âge, de son sexe, de son état de santé et de beaucoup d'autres facteurs. Ce schéma est fait à base de statistiques et est donc celui d'une oreille moyenne.

 Le diagramme de Wegel et les limites du champs auditif humain

 2. La hauteur et le timbre
L'oreille perçoit de façon très subjective les intervalles sonores : certains évoquent le calme et la beauté, d'autres agacent l'ouïe et font grincer des dents ! Les intervalles consonants (sons dont l'union est agréable à entendre) sont ceux dont les rapports de fréquences se rapprochent d'une fraction simple, car alors les harmoniques se superposent fréquemment. L'octave, d'un rapport de 2, est le parfait exemple de l'harmonie. En effet deux notes qui ont un rapport de 2, prenons par exemple 220 et 440 Hz auront un rapport parfait qu’on qualifiera d’octave. Les sinusoïdes se superposeront à 220 Hz. Pour un rapport de 3/2, prenons 220 et 330, leurs sinusoïdes se superposeront tout les 440 Hz. Une note ou un accord n’est jamais faux, il est plus ou moins juste. Un son sera très juste, si les harmoniques se superposent souvent, dans les cas précédents les harmoniques se superposaient respectivement 220 fois et 440 fois par seconde. À l'inverse, les intervalles de fréquence d'un rapport de 10 /9 ou de 15 /8 sont particulièrement dissonants (rencontre peu agréable de sons) et désagréables à entendre.

La Hauteur, ou plus exactement les rapport de hauteur sont donc les principales caractéristiques du son musical qui lui permettent d’être agréable. Un son juste est plus agréable à l’oreille mais une autre notion est importante : le timbre. En effet un son pur (dépourvu de timbre) est une sinusoïde parfaite, et pourtant il n’est pas très agréable à l’oreille. Par contre, si ce son n’est pas pur, il sera beaucoup plus « riche » et finalement bien plus agréable.

Les tests effectués sur un panel montre qu'un son pur (dépourvu de timbre) n'est pas apprécié. Le timbre à donc une importance non négligeable dans l’appréciation du son.

=> La psychoacoustique prend le relais de l’acoustique au moment de la transformation qui s'opère au niveau du tympan : elle étudie comment les ondes sonores sont captées par le système auditif et la manière dont elles sont interprétées par le cerveau, des signaux les plus simples aux plus complexes (langage, écoute musicale). Les expériences menées en psycho-acoustique ont permis de déterminer les capacités et les limites, les forces et les faiblesses de l’audition humaine en fonction de la nature des signaux auxquels elle est confrontée. Elle a permis de mesurer l’acuité de notre système auditif concernant la perception :
•des hauteurs
•des rythmes
•des durées
•des timbres
•de la localisation d’une source dans l’espace

Pour entendre un son, reconnaître sa source, l'évaluer en fonction de son contexte, voire l'apprécier, les vibrations acoustiques qui parviennent à nos oreilles doivent être converties en activité cérébrale. La transformations des vibrations acoustiques en activité dans le nerf auditif est réalisée dans la cochlée. De là, les impulsions sont envoyés au cerveau qui les traite. Lors de l'analyse, la hauteur, l'intensité, le timbre joue un rôle très importants dans la perception. Ainsi si un de ces critères est modifié, notre cerveau percevra la note différemment.

On peut ajouter que le sexe, l'âge, l'état de santé, la fatigue joue également un rôle complémentaire dans la perception des sons.

Les notes produites par le piano font donc un long trajet dans nos oreilles puis dans nos cerveaux sous formes d'impulsions nerveuses. Les notes arrivées au cerveau sont décodées, analysées et traitées. Nos cerveaux examine ainsi la hauteur, le timbre , l'intensité, la successivité des notes et déterminent si les notes et la mélodie jouées sont agréables et nous plaisent!