Chapitre 4: c) Les sons musicaux


 

Programme officiel
Savoir que la hauteur d'un son est mesurée par la fréquence de son fondamental.
Savoir que le timbre d'un son émis par un instrument dépend de l'instrument (harmoniques, transitoires d'attaque et extinction).
Savoir que le niveau sonore s'exprime en dBA (décibel acoustique).
L'expression du niveau sonore étant donnée, savoir l'exploiter.
Savoir lire et exploiter un spectre de fréquences.

 

I) réception des ondes sonores

1) l’intensité sonore 'I'

Un son audible par l'oreille humaine est compris entre 20Hz et 20000Hz. Au-delà il s'agit des ultrasons (audible pour certains animaux). En deçà il s'agit des infrasons. Plus l'amplitude de la vibration mécanique est grande, plus l'intensité sonore est importante.

La source de l'onde sonore se propage dans les 3 dimensions. L'oreille ne perçoit qu'une partie de l'énergie mécanique correspondant. De plus l'onde mécanique est en partie absorbée par le milieu.

Animation sur les sons

 

L'intensité sonore est égale à la puissance acoustique par unité de surface (W.m-2).

I = P/S

P: puissance acoustique(W)

S: surface (m2)

L'intensité la plus faible détectable par l'oreille humaine est Io = 10-12W.m-2

L'intensité à partir de laquelle la sensation auditive devient douloureuse est : I = 25W.m-2.

 

2) niveau sonore L

Vidéo

Le niveau sonore L d'un son d'intensité sonore I est donné par la formule :

L = 10.log (I/Io)

Avec Io=10-12W.m-2

Unité: le décibel (dB)

 

Exemple :

Le seuil d'audibilité correspond à I = Io le niveau sonore correspondant est :


Le seuil de douleur correspond à une intensité sonore I = 25 W.m-2

Le niveau sonore correspondant est :


Le niveau sonore est mesuré par un sonomètre.

 

II) les sons musicaux

1) caractéristiques d'un son musical

Vidéo

Un son musical est caractérisé par :

*Son intensité sonore I qui augmente avec l'amplitude de vibration des couches d'air.

*sa hauteur, c'est à dire sa fréquence.

*son timbre : un son musical correspond à une vibration de fréquence f déterminée.

Cependant la forme de cette vibration n'est pas sinusoïdale, elle est la somme de plusieurs vibration sinusoïdale de fréquence et d'amplitude : A1,f1 (harmonique de rang 1)

 A2, f2 = 2f1 (harmonique de rang 2)

, A3 f3 = 3f1 (harmonique de rang 3)

Le timbre provient de la somme des harmoniques qui composent le son.

Exemple : voir figure à gauche

Remarque: En musique deux notes La3 et La4 sont séparée par une octave. La hauteur du La4 est alors le double de la hauteur du La3.

 

2) un son pur

On appelle son pur, un son de hauteur f, ne possédant pas d'harmonique.

Exemple: le 'La3' émis par un diapason est composé uniquement d'une vibration sinusoïdale de fréquence(ou hauteur) f = 440Hz.

 

3) analyse d'un son

Animation Flash spectre de fréquence Académie Caen

Un son musical de fréquence f1 est composé d'une somme de vibration sinusoïdale de fréquence f1 2f1 3f1 etc ayant chacun une amplitude déterminée A1 A2 A3 etc. La décomposition d'un son musical en ces différentes harmoniques est appelée sa décomposition de Fourier.

Joseph Fourier a montré que toute fonction périodique de période T est décomposable en une somme de fonctions sinusoïdales.

Ce sont les harmoniques qui font que 2 sons de même hauteur n'ont pas le même timbre.

Pour voir des exemples de sommes d’harmoniques clique ici.

 

Un bruit ne possède pas de périodicité, c'est ce qui le différencie d'un son musical (c'est pourquoi il est si pénible à l'oreille surtout quand il est émis au fond de la classe !)

 

4) les différentes gammes de note

Pour passer d'une note à l'autre on peut employer 3 types de gamme. Entre chaque ton il existe un coefficient multiplicateur précis.

 

Exemple : pour la gamme de Pythagore le   coefficient entre 2 tons 9/8.

 

Nombre de ton

 

1

1

1/2

1

1

1/2

1

Notes

do

Mi

Fa 

Sol

La

Si

Do

fréquence

f

 

 

On utilise également la gamme tempérée et diatonique.