Que Représente les Hertz (Hz) dans la Musique ?

Si vous aimez faire de la musique ou l’écouter au casque, vous avez probablement déjà entendu parler d’une chose du nom de « hertz » (abrégé en Hz) dans le monde de la musique et de l’électronique.

Le hertz est tout simplement l’unité de mesure de la fréquence. Toute chose a une fréquence de répétition, le hertz étant utilisé pour mesurer ce qui se répète plus d’une fois.

Quels rôles joue exactement cette unité de mesure dans le monde de la musique et de l’électronique ? Peut-on mesurer autre chose en hertz ? Lisez la suite pour connaître la réponse !

Hertz (Hz) : comprendre les bases

Le hertz (Hz) est la plus petite unité de mesure de la fréquence. Pour parler de milliers de hertz, on utilise les kilohertz ou kHz ; pour parler de millions de hertz, on utilise les mégahertz ou MHz ; pour parler de milliards de hertz, on utilise les gigahertz, ou GHz. Les GHz sont généralement plutôt utilisés dans le monde de l’électronique, par exemple pour parler de la vitesse du processeur de l’ordinateur (thème que nous aborderons plus loin), et pas vraiment dans le monde de la musique, où les hertz sont surtout utilisés pour évoquer la fréquence du son.

Le hertz (du nom du physicien allemand Heinrich Hertz en raison de ses travaux sur les ondes radio) est une mesure de la répétition d’un cycle d’onde entier par seconde. Ce qui est le plus souvent mesuré, ce sont les oscillations ou les changements de polarité. La musique est composée de formes d’onde qui oscillent (c’est-à-dire qui se déplacent à un rythme constant) à différentes fréquences. Par exemple, si une onde sonore exécute un cycle complet en une seconde, sa fréquence sera de 1 Hz ; si une onde sonore exécute dix cycles en une seconde, sa fréquence sera de 10 Hz.

La fréquence n’a pas d’effet sur le volume de la musique : ce qui affecte le volume d’un son est l’amplitude de l’onde, c’est-à-dire l’écart entre les valeurs extrêmes de cette dernière. La fréquence est quant à elle plutôt une question de vitesse et de temps. Plus une onde oscille rapidement, plus sa hauteur est élevée. Cela signifie que différentes fréquences correspondent à la hauteur de différentes notes de musique. Par exemple, le la du diapason a une fréquence de 440 Hz.

Comprendre les hertz dans la musique

Dans les années 1880, la Commission musicale du gouvernement italien décida que tous les instruments de musique seraient accordés selon un diapason vibrant à 440 Hz. L’objectif était que, partout dans le monde, une pièce puisse être interprétée facilement par un ensemble et sonne de la même manière que si elle était interprétée ailleurs. Avant cela, les diapasons vibraient à des fréquences de 435 Hz et 432 Hz.

Dans les années 1900, la Fédération américaine des musiciens indiqua qu’elle était d’accord avec la déclaration de la Commission musicale italienne et, plus tard, fit également pression pour établir une fréquence de référence à 440 Hz. En 1953, il fut convenu dans le monde entier que la fréquence du premier la qui venait après le do médian du piano serait toujours de 440 Hz : le la 440 devint la norme pour accorder les instruments.

Un être humain avec une audition normale peut entendre des sons situés entre 50 Hz et 20 kHz, quelqu’un avec une très bonne audition étant capable d’entendre des sons descendant jusqu’à 20 Hz. 20 Hz à 20 kHz est également la plage moyenne de fréquence que la plupart des casques de qualité décente peuvent reproduire.

La majorité des voix humaines se situent entre des fréquences allant de 100 ou 200 Hz à 8 kHz, donc même si votre ouïe perd une grande partie de sa capacité à entendre les hautes fréquences, vous devriez toujours être capable de bien comprendre la parole humaine, même sans utiliser d’appareil auditif.

Dans le chant, les différentes tessitures vocales se situent également dans les limites des fréquences audibles. Par exemple, un chanteur à voix de basse, laquelle est chargée de basses fréquences, aura en termes de fréquence une tessiture moyenne se situant entre 82 et 330 Hz. La tessiture moyenne d’une voix de soprano va environ de 260 à 1 050 Hz.

Les voix et les instruments étant beaucoup plus complexes que, par exemple, une onde sinusoïdale simple générée par ordinateur, ils ne produisent pas qu’une unique fréquence de base, mais aussi des multiples de celle-ci. Ces multiples sont appelés des harmoniques.

Les harmoniques étant des multiples entiers de la fréquence fondamentale, cela signifie que ceux-ci se situent à des hauteurs multipliant par deux, trois, quatre et plus la hauteur fondamentale. Si une note est jouée à 440 Hz, les harmoniques qui la composent se situeront à 880 Hz, 1 320 Hz, 1 760 Hz, etc.

Parlons maintenant un peu des hertz et de la fréquence dans le cadre d’un sujet plus spécifique : les haut-parleurs, les casques et les micros.

Bande passante ou réponse en fréquence

Les micros, les casques et les haut-parleurs possèdent tous ce qu’on appelle une réponse en fréquence, ou bande passante. La réponse en fréquence est l’étendue des fréquences qu’un équipement audio tel qu’un micro, une paire d’écouteurs ou un haut-parleur, peut reproduire. Ceux-ci peuvent en effet facilement capter ou reproduire les ondes sonores, y compris celles dont les fréquences dépassent l’étendue de l’audition humaine moyenne.

Par exemple, un microphone à condensateur Neumann U 87 a une réponse en fréquence allant de 20 Hz à 20 kHz. Cela signifie qu’il peut capter des ondes sonores allant de 20 à 20 000 cycles d’onde par seconde. Voici un tableau de la réponse en fréquence en directivité cardioïde du Neumann U 87 :

Comme vous pouvez le voir, une première ligne part de 20 Hz pour s’arrêter à 20 kHz, tandis qu’une seconde ligne commence à environ 50 Hz puis rejoint un peu plus loin la première ligne. La ligne qui s’étend de 20 Hz à 20 kHz indique la bande passante (ou réponse en fréquence) du U 87. Lorsque le filtre passe-haut du U 87 est activé, les basses fréquences sont davantage atténuées, et c’est pourquoi la seconde ligne ne commence qu’à partir de 50 Hz.

Les haut-parleurs et les casques disposent également d’une bande passante et, là encore, il s’agit simplement de la plage de fréquences graves, moyennes et aiguës qui peuvent être reproduites par l’équipement audio. Le casque fermé Audio-Technica ATH-M50x a par exemple une réponse en fréquence allant de 15 Hz à 28 kHz.

La fréquence d’échantillonnage

Autre sujet important, à la croisée des mondes de la musique et de l’électronique : la fréquence d’échantillonnage.

Lorsque vous créez de la musique dans une DAW (station audionumérique), une fois que vous en avez terminé avec votre chanson et que vous souhaitez l’enregistrer sur votre ordinateur en tant que fichier audio, vous exportez la chanson et c’est là, lors du processus d’exportation, que l’on vous demande de choisir la fréquence d’échantillonnage.

Pour comprendre ce qu’est une fréquence d’échantillonnage, il faut d’abord comprendre comment un ordinateur traite les ondes sonores analogiques et les transforme en audio numérique. Au cours du processus d’exportation, votre ordinateur prend des sortes d’instantanés des ondes sonores, par exemple de leur amplitude. Ces instantanés sont appelés des échantillons.

Votre ordinateur prend ces instantanés à certains points du fichier audio, puis convertit ces informations en informations binaires qui sont ensuite stockées ailleurs sur l’ordinateur en tant que fichier audio. Pour une chanson, plusieurs milliers d’échantillons sont prélevés par seconde, ce qui permet ensuite une reproduction audio de bonne qualité. La fréquence d’échantillonnage est la vitesse à laquelle votre ordinateur prend ces instantanés des ondes sonores de votre chanson. La fréquence d’échantillonnage est mesurée en kilohertz (kHz).

Cette fréquence détermine la plage des fréquences capturées dans l’audio. Dans votre DAW, cela se règle dans les paramètres. Vous pouvez choisir parmi différentes fréquences d’échantillonnage, lesquelles peuvent à première vue sembler aléatoires, bien qu’en réalité elles ne le soient pas.

La fréquence d’échantillonnage la plus courante est de 44 100 échantillons par seconde, soit 44,1 kHz. Afin de capturer le cycle d’onde complet des ondes sonores d’une chanson au cours du processus d’exportation, la fréquence d’échantillonnage doit être au moins le double de la plage des fréquences audibles par l’homme (de 20 Hz à 20 kHz).

Techniquement, 40 kHz pourrait être une bonne fréquence d’échantillonnage, mais pour des raisons historiques et techniques, les premiers enregistrements audio numériques utilisaient des bandes vidéos, contraignant la fréquence d’échantillonnage à s’adapter aux fréquences d’image standardisées de la télévision (NTSC et PAL). En 1979, Sony commença à utiliser une fréquence d’échantillonnage de 44,1 kHz, laquelle devint la fréquence standardisée sur CD.

La fréquence d’échantillonnage à 48 kHz est également commune, laquelle implique qu’il y a 48 000 échantillons par une seconde, résultant en une exportation encore plus précise et un son de qualité encore supérieure.

Comprendre les hertz dans le domaine de l’électronique

Les hertz dans le domaine de l’électronique ont la même utilité qu’en musique : il permettent de mesurer la fréquence. Dans ce domaine cependant, le hertz peut être utilisé pour indiquer la puissance du processeur de l’ordinateur ou la fréquence de rafraîchissement de l’écran d’un appareil.

La fréquence de rafraîchissement, ou fréquence d’image, est la vitesse à laquelle l’affichage d’un écran est renouvelé chaque seconde, laquelle est également mesurée en hertz. Chaque fois que l’affichage est renouvelé et redessiné, il est mis à jour avec de nouvelles informations ou images. Par exemple, un moniteur avec une fréquence de rafraîchissement de 60 Hz rafraîchira l’image 60 fois par seconde.

Il est important de vous assurer que la fréquence de rafraîchissement de votre moniteur est réglée sur une valeur qui convient à l’utilisation que vous en faites. Si votre fréquence de rafraîchissement est trop faible, cela peut finir par fatiguer vos yeux après de longues périodes de visionnage ; si le taux est trop élevé, la puissance de calcul peut en pâtir.

On parle de FPS (Frames per second) ou d’IPS (images par seconde) pour mesurer la vitesse à laquelle les données sont transmises sous forme d’images consécutives qu’un ordinateur ou un téléviseur peut afficher. Un hertz équivaut à une image par seconde.

Généralement, avec des consoles de jeux ou ordinateurs connectés à une télé, une fréquence de rafraîchissement élevée permet d’obtenir plus de fluidité à l’écran grâce à l’affichage d’un plus grand nombre d’images par seconde.

Cependant, ce n’est pas toujours le cas dans le domaine du gaming. Si votre jeu nécessite une fréquence de rafraîchissement supérieure à ce que votre moniteur peut faire, vous aurez probablement un certain lag ou flou lorsque vous jouerez à des jeux avec beaucoup d’action. Le lag dépend également d’autres éléments, tels que la carte graphique, la mémoire ou la puissance du processeur de votre ordinateur.

Le hertz est aussi utilisé comme unité de mesure pour évoquer la fréquence de rafraîchissement des écrans de smartphones. Le smartphone moyen aura une fréquence de rafraîchissement de 60 Hz, bien que certains téléphones spécialement conçus pour les jeux, comme le Razer Phone, aient une fréquence de rafraîchissement supérieure.

On se sert aussi des hertz pour mesurer la vitesse du processeur d’un ordinateur. Le gigahertz, ou GHz, est l’unité de mesure de la fréquence (ou vitesse) d’horloge. La fréquence d’horloge d’un processeur est une mesure du nombre de cycles du signal d’horloge qu’un processeur peut générer en une seconde. Un oscillateur électronique envoie de l’électricité à un cristal. Lorsque l’électricité frappe ce dernier, le cristal oscille à une fréquence stable. Si un processeur d’ordinateur a une vitesse de 1,8 GHz, cela signifie donc que le cristal du processeur principal oscille 1,8 milliard de fois par seconde.

Plus la fréquence d’horloge du processeur est élevée, plus le processeur peut traiter les données rapidement et les transformer en code binaire pour stocker, modifier ou accéder aux fichiers et effectuer certaines tâches. Cela se traduit par des performances globales plus rapides lorsque vous exécutez plusieurs programmes en même temps, enregistrez de l’audio ou de la vidéo, exportez des fichiers ou jouez.

Conclusion

Il n’est pas si difficile de comprendre ce que sont les hertz, et même si cela pouvait initialement vous sembler intimidant, ce n’est finalement et probablement pas aussi déroutant que vous le pensiez.

Maintenant que les hertz n’ont plus de secrets pour vous, vous pouvez en toute tranquillité modifier les paramètres de votre ordinateur ou de votre DAW afin d’obtenir de meilleures performances, un son ou des graphismes de meilleure qualité, et bien d’autres choses encore.

Si vous cherchez à acheter des haut-parleurs ou un casque pour la production ou simplement pour écouter de la musique, vous aurez maintenant beaucoup plus de facilités à choisir quelque chose ayant une bonne bande passante qui vous permettra d’entendre toute la plage de fréquences de votre musique.

Lorsque vous cherchez à acheter un nouvel ordinateur, rappelez-vous que les hertz doivent également peser dans la balance. Vous pourrez désormais faire des choix plus éclairés et mettre la main sur ce dont vous avez exactement besoin.