Flûtes et température

Lorsque l’on joue sa flûte, notre souffle chaud (typiquement 35°C) rentre dans la perce et modifie les propriétés acoustiques de l’instrument.

Tout d’abord, et c’est bien connu, les notes deviennent trop hautes. Ceci est dû à l’augmentation de la vitesse du son dans l’air chaud (environ +30 cents pour +5 °C par rapport à l’air ambiant). Pour compenser cela, on ‘tire’ la coulisse, mais notons que ceci apporte une correction de hauteur variable selon les notes (le Ré baissera moins que le Si), qui reste facilement corrigible par le joueur.

Par ailleurs, l’augmentation de température dans l’instrument n’est pas homogène : si l’air situé près de l’embouchure sera à environ 32°C, sa température vers le pied sera plus proche de celle de l’air ambiant. Ce gradient de température modifie l’écart entre les modes de résonance libre de la colonne d’air.

Voici par exemple l’évolution du rapport entre les deux premiers modes mesurée sur ma flûte irlandaise (réponse pseudo-impulsionnelle par fermeture brusque d’un trou). Les mesures suivantes ont été obtenues à température ambiante 26°C (‘courbe ‘froid’), et après 10 mn de jeu où l’air dans la perce monte à 32°C (courbe ‘chaud’).

On observe une augmentation assez homogène (compte tenu de la précision de mesure) du rapport entre les fréquences des deux modes. Le deuxième mode est monté plus que le premier pour chacune des notes, alors qu’une augmentation homogène de la température aurait produit une augmentation égale de tous les modes.

Une analyse théorique et pratique de cet effet a été menée avec A. Thorette  en 2012 dans le cadre de son Master Physique ENS. Il a été montré qu’un gradient constant de température ne modifie que marginalement les modes ; de plus les variations de gradients mesurés sur différentes flûtes avec une réseau de thermistances sont très faibles. La variation de la dissipation acoustique près des parois est aussi très faible aux températures considérées, de même que l’effet de la température sur l’impédance de rayonnement des trous et du pied. Une explication possible peut venir de l’asymétrie des températures de part et d’autre du jet d’air dans l’embouchure, selon le modèle de Fletcher (1976), mais ceci reste à démontrer.

L’écartement des modes contribue à une modification du timbre de l’instrument, et peut favoriser capacité à jouer ‘fort’ en compensant la montée du premier mode sous l’effet du jet d’air rapide (voir post précédent ‘Comparaison des flûtes‘).  Plus important encore, l’instrument atteint ainsi l’état dans lequel le facteur l’a harmonisé en ajustant la perce et les évasements des trous et de l’embouchure.

Si une flûte doit ainsi être ‘chauffée’ pour jouer à son meilleur potentiel, la nature du profil de température dans la flûte est un élément important dans le son de l’instrument. Or ce profil est lié aux équilibre thermiques avec l’air ambient, et donc aux caractéristiques du matériau lui-même (inertie et conductivité thermique, coefficient d’échange thermique avec l’air interne et externe) . Ceci pourrait apporter un élément quantitatif nouveau dans la question – ô combien controversée – du rôle du matériau (type de bois, métal plastiques etc.) dans la qualité musicale des flûtes. Affaire à suivre…