Mais qu’est-ce que ce timbre précisément, et comment diffère-t-il d’une source à l’autre ?

Le signal périodique (l’onde acoustique donc) émis par la source est caractérisé par son spectre, qu’on visualise sur un spectrogramme en opérant une décomposition de l’onde acoustique complexe en une somme d’ondes élémentaires, ayant chacune une certaine fréquence et une quantité d’énergie propre (on visualise ainsi les composantes spectrales du son). ça a l'air compliqué comme ça mais on respire et on pense à la décomposition de la lumière blanche en une somme de rayons chromatiques de longueurs d’ondes différentes (de couleur différente)... qui fait apparaître le fameux arc-en-ciel. C’est à peu près analogue en audio. Un son tel qu’on l’entend est donc en réalité la somme de plein de composantes, pesant plus ou moins dans le son résultant en fonction de leur niveau énergétique propre. C’est la variabilité de ces composantes qui fait qu’une même note jouée au violon ou au piano n'aura pas le même timbre. Ce sont donc ces composantes, leur répartition, leur niveau énergétique, qui sont responsables de la personnalité de la source, un peu comme chacun d’entre nous possède des caractéristiques psychologiques qui lui façonnent une personnalité propre.

Passons aux filtres. En acoustique, un filtre, c’est d’abord un tamis (l’image parle d’elle-même) qui laisse passer certaines fréquences (celles qui sont dans sa bande passante) et retient les autres. Mais c’est une passoire qui possède une faculté bien particulière : celle de la résonance. La résonance, c’est le seul phénomène physique qui permet d’accroître la quantité d’énergie véhiculée par une onde de façon passive, c’est-à-dire sans rien apporter du tout en plus de l’onde initiale. C’est une amplification qui se fait toute seule en somme : ça ne consomme rien, ne demande rien. C’est un peu comme si le pendule qu’on tenait au-dessus d’un guéridon se mettait à tournoyer tout seul, sans impulsion du bras qui le suspend. C’est suffisamment magique pour être remarqué.

Pour en revenir à l’acoustique, on a donc une onde qui possède une certaine fréquence fondamentale, et si cette fréquence entre dans la bande-passante d’un filtre, ou mieux, si elle correspond à la fréquence de résonance du filtre (celle du pic énergétique), il va se produire une amplification magique de l’énergie de l’onde grâce au filtre (enfin juste des composantes de l’onde qui sont à la fréquence de résonance du filtre en fait). (Pour les curieux encore, amusez vous à trouver la fréquence de résonance de votre salle de bains ou de votre cabine de douche : chantez (à volume suffisant) en montant une ou plusieurs gammes et vous trouverez certainement LA note pour laquelle le volume sonore va soudainement exploser, celle qui va se démarquer (voire faire entendre d’autres notes superposées si vous êtes attentifs), celle qui résonne de façon optimale. Ça sera parce que vous avez ainsi mis en résonance le volume d’air contenu dans votre salle de bains : vous avez ainsi amplifié les composantes de la source (votre chant en l’occurence) qui sont à la fréquence de résonance de votre salle de bains).