Quelles sont les propriétés du son ? Comment peut-on distinguer les sons émis par deux instruments de musique différents, jouant la même note ?
Commentaire de texte : Quelles sont les propriétés du son ? Comment peut-on distinguer les sons émis par deux instruments de musique différents, jouant la même note ?. Recherche parmi 300 000+ dissertationsPar nomentsoaandria • 13 Juillet 2020 • Commentaire de texte • 1 283 Mots (6 Pages) • 638 Vues
L'être humain perçoit des sons de différentes natures, notamment des sons musicaux.
Quelles sont les propriétés du son ? Comment peut-on distinguer les sons émis par deux instruments de musique différents, jouant la même note ?
I
Les propriétés d'un son
A
Émission et propagation d'un son
Un son est émis à partir d'une source, puis il se propage dans l'espace.
Un son est émis lorsqu'un objet est le siège de vibrations.
Lorsqu'on martèle un diapason, celui-ci émet un son car ses lames entrent en vibration :
[pic 1]
Pour qu'un son soit émis convenablement, il est nécessaire que la vibration de la source soit transmise à une caisse de résonance.
Lorsqu'on martèle un diapason :
- S'il n'est pas posé sur sa caisse de résonance, le son émis est très peu intense et quasiment inaudible.
- S'il est posé sur sa caisse de résonance, le son est beaucoup plus intense et se propage plus efficacement dans l'air.
[pic 2]
Dans le milieu matériel dans lequel le son se propage, la vibration est transmise de proche en proche, sans déplacement de matière mais avec un transport d'énergie (on parle d'onde progressive).
Lorsqu'un haut-parleur émet un son, la vibration de la membrane est transmise aux couches d'air et se transmet de proche en proche.
[pic 3]
Émission d'un son par un haut-parleur
B
Période et fréquence d'un son
Un son étant un phénomène périodique, le signal associé que l'on peut obtenir à l'aide d'un système d'acquisition est composé d'un motif élémentaire qui se répète.
[pic 4]
Motif élémentaire d'un signal sonore
Comme tous les phénomènes périodiques, un son est caractérisé par sa période et sa fréquence.
Période T
La période T est la plus petite durée au bout de laquelle un point du milieu de propagation se retrouve dans le même état vibratoire. C'est donc la durée d'un motif élémentaire. Son unité est la seconde (s).
Pour déterminer la période T par lecture graphique, on procède de la façon suivante :
La période T d'un signal associé à un son peut être déterminée à partir de sa représentation temporelle.
[pic 5]
La période de ce son est :
T = 5 -1
T = 4 \text{ s}
Fréquence F
La fréquence F est le nombre de répétitions du motif élémentaire par seconde. Son unité est le hertz (Hz).
Pour déterminer la fréquence F à partir de la période T, on utilise la formule suivante :
F_{\text{(Hz)}}=\dfrac{1}{T_{\text{(s)}}}
Pour déterminer plus précisément la période d'un signal sur un graphique, il vaut mieux mesurer une durée plus importante, qui correspond à plusieurs périodes, et ensuite diviser par le nombre de périodes correspondant.
[pic 6]
Ici, on mesure la durée qui correspond à 3 périodes :
3 T = 0{,}50 – 0{,}10 = 0{,}40\text{ ms}
La période de ce son est donc :
T = \dfrac{0{,}40}{3}
T = 0{,}13\text{ ms}
Sa fréquence est donc :
F = \dfrac{1}{T}
F = \dfrac{1}{0{,}13 \times 10^{−3}}
F = 7{,}7 \times 10^3 \text{ Hz}
C
Son pur et son composé
Le son émis par un diapason est un son pur mais la plupart des instruments de musique émettent des sons composés (ou complexes).
La forme (ou représentation temporelle) ou le spectre en fréquence d'un son permettent de distinguer les sons purs des sons composés.
[pic 7]
Fréquence des harmoniques
Les fréquences des harmoniques (Fn) sont multiples de celle de la fondamentale (F1). Ainsi, pour une harmonique de rang n :
F_n = n \times F_1
Si la fréquence fondamentale d'un son est 220 Hz, ses premières harmoniques sont :
Rang n de l'harmonique | Fréquence Fn de l'harmonique F_n = n \times F_1 |
2 | F_2 = 2 \times 220 = 440\text{ Hz} |
3 | F_3 = 3 \times 220 = 660\text{ Hz} |
4 | F_4 = 4 \times 220 = 880\text{ Hz} |
A priori, les amplitudes de la fondamentale et des harmoniques ne suivent aucune règle.
Dans le spectre en fréquence d'un son, certaines harmoniques peuvent être absentes car leur amplitude est nulle.
D
Niveau d'intensité sonore
La grandeur liée au volume d'un son est le niveau d'intensité sonore.
Niveau d'intensité sonore
Le niveau d'intensité sonore est défini par la relation suivante :
L = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right)
Avec :
- L le niveau d'intensité sonore (en dB)
- I l'intensité sonore (en W.m−2) ;
- I_0 le seuil d'audibilité fixé à 10^{-12}\text{ W.m}^{−2}.
Le niveau d'intensité sonore d'un son d'intensité sonore 10−7 W \cdot m−2 est :
L = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right)
L = 10 \times \log\left(\dfrac{10^{-7}}{10^{−12}}\right)
...