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1.0 Introduction
Ce document présente une étude du son émis par différents modèles de guitares
acoustiques. Trois modèles ont été étudiés pour les guitares archtop et flat top, pour un
total de six guitares :
-
Modèles traditionnels de guitares flat top et archtop :
Archtop 17 pouces
-
Flat top format OM
Modèle moderne inspiré des travaux du Dr Kasha avec une ouverture sur la table
d’harmonie et une ouverture sur l’éclisse des basses :
Kasha Archtop
Kasha Flat top
-
Modèle moderne inspiré des travaux du Dr Kasha sans ouverture sur la table et
avec deux ouvertures sur l’éclisse des basses (design No Front Hole : NFH) :
NFH Archtop
NFH Flat top
Cette étude est basée sur l’utilisation d’un nouvel instrument de mesure acoustique qui
permet de créer des images acoustiques, le I-Track de la compagnie Soft dB inc.
La première phase de l’étude a permis de faire les observations suivantes :
-
-
Les basses fréquences sont essentiellement émises par les ouvertures et non par la
table d’harmonie.
Lorsque la fréquence augmente, le son est progressivement émis par la table
d’harmonie et, à hautes fréquences, les ouvertures ne contribuent pratiquement
plus à la propagation du son. Pendant la transition, un creux est observé sur le
spectre de puissance sonore de l’instrument.
La présence d’ouvertures sur la table d’harmonie limite la surface de vibration et,
du coup, la puissance sonore, et ce, à partir des fréquences intermédiaires.
À basses fréquences, la guitare se comporte comme une source
omnidirectionnelle et la position des ouvertures ne semble pas avoir une influence
sur la projection de l’instrument.
Les prochaines sections présentent en détails la technique de mesure ainsi que les
résultats obtenus.
2.0 Technique de mesure
La mesure du son émis est basée sur l’utilisation d’une sonde d’intensité acoustique
couplée a un système de positionnement 3D et à une caméra. Pendant la mesure, un
actionneur vibratoire est fixé au pont de la guitare, ce qui permet de générer un son de
manière contrôlée :
Guitare archtop avec un actionneur vibratoire
Le dispositif, qui est en fait un actionneur inertiel, ressemble à un haut-parleur sans cône.
Ce système est excité par un générateur de bruit blanc et un simple amplificateur audio.
Une fois la guitare en vibration, la sonde d’intensité est utilisée pour balayer la surface de
la table d’harmonie. Lors du balayage, l’instrument de mesure enregistre l’intensité
sonore ainsi que la position pour chaque point de mesure. La sonde est à environ 7.5 cm
au-dessus de la table d’harmonie. Seul le champ sonore proche est donc mesuré.
Ce type de mesure permet d’obtenir de l’information sur le son propagé par l’instrument.
Cependant, l’interprétation des images nécessite un certain sens critique. L’image
suivante présente un schéma de la caméra de même que les points de mesures au-dessus
de la table d’harmonie :
Après la mesure, un logiciel d’analyse construit une image acoustique à partir des
données enregistrées pendant le balayage. Puisqu’un bruit blanc est utilisé pour exciter la
guitare, une analyse spectrale peut être réalisée pour isoler une fréquence spécifique ou
un groupe de fréquences. Par exemple, la prochaine figure illustre une image pour la
bande de 1/3 d’octave à 125 Hz (note Si grave sur la corde de Mi) pour une guitare
archtop de conception traditionnelle :
3.0 Résultats
3.1 Images pour les guitares archtop
Les mesures ont été réalisées dans une chambre semi-anéchoïque, la guitare suspendue à 10 cm du sol. Pour les guitares ayant une
ouvertures sur le côté, de la laine de verre de 5 cm d’épaisseur a été ajoutée sous la guitare afin de simuler la présence du joueur. Pour
chaque image, l’échelle des couleurs est ajustée pour couvrir une plage de 10 décibels (dB) de la valeur maximale de l’image en
dB(A). Donc, la comparaison absolue de la puissance acoustique n’est pas possible en se basant seulement sur les images. Par contre,
le spectre de puissance pour chaque type de guitare sera présenté à la section 3.2 pour des fins de comparaison.
Les prochaines figures présentent les images à chaque bande de 1/3 d’octave de 125 Hz (Si grave) à 630 Hz (Mib aigu sur la petite
corde de Mi) pour les trois guitares suivantes :
Guitare de gauche :
Archtop traditionnelle de Benoît Lavoie 17 pouces, dos en érable ondé, table en sitka et barres parallèles.
Guitare du milieu :
Archtop type Kasha de Benoît Lavoie 17 pouces, dos en bubinga, table en épinette d’adirondack, une ouverture sur la table, une
ouverture sur l’éclisse des basses et barres parallèles.
Guitare de droite:
Archtop sans ouverture frontale (NFH) de Benoît Lavoie 16 pouces, dos en érable ondé, table en sitka, deux trous sur l’éclisse des
basses et barrage hybride X/parallèle.
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 160Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 200Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 250Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 315Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 400Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 500Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 630Hz
De l’observation des dernières images, on peut conclure que le son provient essentiellement des ouvertures à basses fréquences.
Lorsque la fréquence augmente, le son est progressivement généré par la table d’harmonie. À hautes fréquences, les ouvertures ne
contribuent plus au son émis. La transition semble survenir à plus basse fréquence sur les modèles modernes (Kasha et NFH).
Entre 315 Hz et 500 Hz, on note que les ouvertures en F sur l’archtop traditionnelle réduisent la surface de vibration de la table
d’harmonie et qu’il n’y a pratiquement plus de son généré entre les ouvertures en F et les côtés. Sur les modèles modernes, les
vibrations et le son couvrent une plus grande surface de la table d’harmonie. Les spectres de puissance présentés à la section 3.2
indiquent que les deux guitares modernes ont une meilleure réponse pour les fréquences médianes, ce qui permet d’obtenir une
réponse fréquentielle plus plate.
Pour le modèle NFH. le barrage hybride X/parallèle semble avoir un impact sur le patron sonore à 630 Hz. En fait, la petite barre
oblique sur le côté des aigus est visible sur l’image. En comparaison avec l’archtop traditionnelle et le modèle Kasha, ce type de
barrage change l’orientation du dipôle. Aussi, la puissance sonore à cette fréquence est plus faible pour la guitare NFH (voir la section
3.2).
À basses fréquences (125 Hz et 160 Hz), les images présentent des zones gris pâle. Ces zones représentent l’intensité sonore négative.
L’intensité positive est le son qui voyage de la guitare vers l’auditeur alors que l’intensité négative est le son qui voyage vers la
guitare. La présence d’intensité sonore négative indique que le son qui sort des ouvertures à basses fréquences est assimilable à une
source de bruit omnidirectionnelle. Donc, la position des ouvertures sur la guitare n’est pas très critique. Aux fréquences moyennes et
hautes, le son est rayonné par la table d’harmonie et il est plus directif puisque qu’aucune intensité négative n’est observée sur les
images. Les prochaines figures présentent les images d’intensité positive et négative pour les trois types de guitares à 125 Hz :
Intensité sonore positive à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
Intensité sonore négative à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
3.2 Puissance sonore des guitares archtop
La prochaine figure présente une comparaison de la puissance sonore pour les trois guitares archtop. La légende du graphique indique
la puissance globale en dB(A) pour chaque guitare. Les trois guitares possèdent une puissance globale similaire, cependant l’archtop
traditionnelle est un peu plus puissante, principalement à cause des hautes fréquences. Les mesures sur la guitare traditionnelle ont été
réalisées sans l’ajout d’absorbant sous la guitare. Ce fait peut expliquer en partie les différences à hautes fréquences. Aussi, le spectre
de puissance de l’archtop traditionnelle montre un creux entre les fréquences 275 Hz et 375 Hz alors que les deux guitares modernes
ont une réponse plus plate dans ces fréquences moyennes. À 200 Hz, le modèle NFH montre une réduction notable qui peut être
expliquée par une transition rapide entre l’émission par les ouvertures et l’émission par la table d’harmonie (voir les images à 200 Hz
et 250 Hz pour cette guitare à la section 3.1). Ce phénomène est très évident sur l’archtop NFH mais est aussi observable sur toutes les
autres guitares (flat top ou archtop) : lorsque la localisation de la source du son se déplace des ouvertures vers la table d’harmonie, on
observe un creux sur le spectre de puissance.
Comparaison du spectre de puissance des archtops
80
75
70
Puissance sonore dB(A)
65
60
55
50
45
40
35
30
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Frequence (Hz)
T rad.: 76.6 db(A)
Kasha: 75.0 dB(A)
NFH: 74.3 dB(A)
550
600
650
3.3 Images pour les guitares flat top
La même configuration a été utilisée pour les mesures sur les guitares archtop et flat top. Les prochaines figures présentent le résultat
pour chaque bande de 1/3 d’octave de 125 Hz (B grave) à 630 Hz (Mib sur la petite corde de Mi) pour les guitares suivantes :
Guitare de gauche :
Flat top 15 pouces type 000 avec le dos en palissandre du Brésil, la table en sitka et un barrage en X.
Guitare du milieu :
Guitare flat top de Benoît Lavoie type Kasha 16 pouces, dos en gonçalo alves, table en sitka, une ouverture sur l’éclisse des basses
et une ouverture sur la table et un barrage inspiré des travaux du Dr. Kasha.
Guitare de droite :
Guitare flat top de Benoît Lavoie sans ouverture sur la table (NFH) 17 pouces, dos en bubinga, table en adirondack, deux
ouvertures sur l’éclisse des basses et un barrage inspiré des travaux du Dr. Kasha.
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 160Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 200Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 250Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 315Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 400Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 500Hz
Image acoustique à la bande de 1/3 d’octave de 630Hz
Comme pour les guitares archtop, on peut conclure que le son provient des ouvertures à basses fréquences pour les flat top. Lorsque la
fréquence augmente, le son est progressivement émis par la table d’harmonie. À hautes fréquences, la contribution des ouvertures sur
le son émis est pratiquement nulle. La transition survient à plus basse fréquence pour les guitares de conception moderne.
En général, les guitares modernes utilisent une plus grande surface de la table d’harmonie pour émettre le son. Ceci s’explique par
l’absence d’ouverture ou un meilleur placement de l’ouverture sur la table d’harmonie. Le barrage de la table selon le modèle NFH est
plus solide près du joint du manche; ceci semble réduire les vibrations et le son émis dans cette région (voir les images à 315, 400 et
500 Hz). Aussi, pour les deux guitares modernes, on note qu’à 500 Hz le patron du son émis change et ressemble plus à un dipôle,
alors que la flat top traditionnelle ne présente pas ce changement. À 630 Hz, les guitares modernes présentent un patron en forme de
dipôle mais dans la direction longitudinale alors que le modèle traditionnel continue à présenter le même type de patron sonore. Ceci
peut s’expliquer par le fait que les guitares modernes possèdent un barrage inspiré des travaux du Dr. Kasha alors que la flat top
traditionnelle possède un barrage en X standard. Par contre, la puissance sonore des guitares modernes ne semble pas affectée (voir la
section 3.4).
Comme pour les guitares archtop, les ouvertures se comportent comme des sources omnidirectionnelles à basses fréquences. Les
prochaines figures montrent les images pour l’intensité positive et négative à 125 Hz :
Intensité sonore positive à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
Intensité sonore négative à la bande de 1/3 d’octave de 125Hz
3.4 Puissance sonore des guitares flat top
La prochaine figure présente une comparaison du spectre de la puissance sonore pour les trois guitares flat top. La légende indique la
puissance globale en dB(A) pour chaque guitare. Les deux guitares modernes sont plus puissantes que la flat top traditionnelle. Toutes
les guitares présentent un creux dans les fréquences moyennes mais, pour les guitares modernes, ce phénomène apparaît à plus basses
fréquences. Ceci peut s’expliquer par le fait que la transition de l’émission du son des ouvertures vers la table d’harmonie survient à
plus basses fréquences pour les guitares modernes (à 250 Hz pour le modèle Kasha et à 200 Hz pour le modèle NFH) que pour la
guitare traditionnelle (à 315 Hz).
Comparaison du spectre de puissance des flat top
75
70
Puissance sonore dB(A)
65
60
55
50
45
40
35
30
100
150
200
250
300
350
400
450
Frequence (Hz)
000: 71.4 dB(A)
Kasha: 73.3
NFH: 75.7
500
550
600
650
4.0 Conclusion
Le but initial de cette étude était d’évaluer objectivement les nouveaux modèles de
guitares développés par le luthier Benoît Lavoie. Il est toujours possible d’évaluer un
nouveau modèle de guitare par un simple test à l’écoute, mais de cette façon il est
difficile d’établir un diagnostique précis. De plus, un simple test à l’écoute ne fournit pas
une mesure objective de la puissance de l’instrument et de sa réponse en fréquence.
Le système I-Track permet une représentation très visuelle de l’impact de la structure et
de la géométrie d’une guitare sur le son produit. Cet outil de mesure est plus qu’un
simple moyen de validation, car il peut fournir au luthier des informations utiles pour
améliorer un modèle de guitare.