Analyse spectrale

Thème 1 : ondes et matière

Activité : l’analyse spectrale

Rappels et compléments à propos du son

1. Le son peut-il se propager dans le vide ?
2. Quelle est la célérité du son dans l’air ?
3. La célérité dépend-elle de l’intensité du son ?

La figure ci-dessous montre l’état de l’air au voisinage d’un haut-parleur :

[pic 1]

1. une onde sonore dans l’air  est-elle longitudinale ou transversale ?

L’énergie  de l’onde sonore en Joule reçue par un récepteur (tympan, micro…) de surface S pendant une seconde correspond à l’intensité sonore I en W/m2

La sensation auditive ne varie pas dans les mêmes proportions que l’intensité sonore.

On a donc définit le niveau d’intensité sonore L (level) ou niveau sonore, lié à I par la relation :

L = 10xlog(I/I0) et s’exprime en dB (décibel). I0 correspond à la plus petite intensité sonore perceptible par l’oreille humaine (10-12 W/m2)

1. Calculer l’intensité sonore d’un son de 60 dB.
2. Calculer le niveau sonore d’un son de 10-8 W/m2

Il se trouve que l’oreille humaine est capable de percevoir une variation de 1dB : voir doc.12 p.58

Les choses se compliquent encore un peu quand on sait que L dépend la fréquence : un son de 1kHz de 10 dB sera perçu comme ayant le même niveau qu’un son de 50Hz de 60 dB (voir doc.13 p.58)

Le diapason

On enregistre à l’aide d’un micro le son émis par un diapason. Le signal électrique est transmis à un logiciel via une carte d’acquisition. La tension électrique obtenue est représentée ci-dessous :

[pic 2]

1. Comment qualifier un tel signal ?
2. Mesurer sa période temporelle T.
3. En déduire sa fréquence f.
4. Cette fréquence est-elle audible ? (voir p.57)
5. Observer le spectre de ce signal sur le document a p.59 : ce son est dit pur. Pourquoi ?

Le son d’une flûte

[pic 3]

1. Ce signal est-il périodique ?
2. Ce signal est-il sinusoïdale ?
3. Mesurer la fréquence f de ce signal.
4. Ce sont est-il perçu plus grave ou plus aigu que celui émis par le diapason ?

Un son périodique de fréquence f dite fondamentale peut-être décomposé par une somme de sons purs, appelés harmoniques, de fréquences fn (fréquence de l’harmonique de rang n) : fn = nxf (n entier non nul).

1. A partir du spectre du son émis par la flûte, retrouver la valeur de f et vérifier que f2 = 2xf et f3 = 3xf

[pic 4]

1. Ce son est dit complexe, pourquoi ?

Le timbre d’un son

Lorsqu’une personne connue nous parle au téléphone, nous sommes capables de reconnaître sa voie. Lorsque deux instruments jouent la même note, nous ne l’entendons pas de la même façon. C’est le timbre du son.

Vous rechercherez dans votre livre ou sur internet de quoi dépend le timbre d’un son.

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