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La modélisation du son

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(1)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

La modélisation du son

Frédéric Racine

Université d'Orléans

20 juin 2013

(2)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Un son

Dénition

Un son correspond à une onde produite par la vibration

mécanique d'un support qui se propage dans un milieu

(le plus souvent l'air).

(3)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Un son

Dénition

Un son correspond à une onde produite par la vibration

mécanique d'un support qui se propage dans un milieu

(le plus souvent l'air).

(4)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une onde

Dénition

Une onde consiste en le déplacement d'une déformation

locale du milieu physique sans déplacement global de la

matière.

(5)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Une onde

Dénition

Une onde consiste en le déplacement d'une déformation

locale du milieu physique sans déplacement global de la

matière.

(6)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une onde

Dénition

Une onde consiste en le déplacement d'une déformation

locale du milieu physique sans déplacement global de la

matière.

(7)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Onde longitudinale et Onde transversale

(8)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Onde longitudinale et Onde transversale

(9)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

La vibration

Dénition

Une vibration est un mouvement d'oscillation autour

d'une position d'équilibre.

(10)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

La vibration

Dénition

Une vibration est un mouvement d'oscillation autour

d'une position d'équilibre.

(11)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Fonctionnement d'un tambour

(12)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Fonctionnement d'un tambour

(13)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Fonctionnement d'un piano

(14)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Fonctionnement d'un piano

(15)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les caractéristiques du son

la durée

l'intensité

la hauteur

le timbre

(16)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Les caractéristiques du son

la durée

l'intensité

la hauteur

le timbre

(17)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les caractéristiques du son

la durée l'intensité

la hauteur

le timbre

(18)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Les caractéristiques du son

la durée l'intensité la hauteur

le timbre

(19)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les caractéristiques du son

la durée

l'intensité

la hauteur

le timbre

(20)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Exemple de partition

(21)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Exemple de partition

(22)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Un son musical

Dénition

On appelle son musical tout son auquel on peut

associer une hauteur.

(23)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Un son musical

Dénition

On appelle son musical tout son auquel on peut

associer une hauteur.

(24)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

Nous avons vu ce que sont : un son

une onde une vibration

les caractéristiques du son

un son musical

(25)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

Nous avons vu ce que sont : un son

une onde une vibration

les caractéristiques du son

un son musical

(26)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(27)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(28)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

point de vue musical

son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(29)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

point de vue musical son, son musical

point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(30)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques

vibration et onde

point de vue mathématique ?

(31)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(32)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique

?

(33)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(34)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

point de vue musical son, son musical point de vue des sciences physiques vibration et onde

point de vue mathématique ?

(35)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Remarque

On remarque que l'onde associé à un son musical est

périodique.

(36)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f . Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(37)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f . Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(38)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f . Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(39)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f . Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(40)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f .

Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(41)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Une fonction périodique

Dénition

Soit f une fonction de R dans R .

On dit que f est périodique si il existe T > 0 tel que pour tout x ∈ R , f ( x + T ) = f ( x )

Dénition

T est appelée une période de f . Notation

Si T est une période de f , on dit que f est T -périodique.

(42)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Exemple d'une courbe de fonction

périodique correspondant à un son

(43)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Exemple d'une courbe de fonction

périodique correspondant à un son

(44)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

LA période

Remarque

Pour une fonction périodique f correspondant à un son

musical, on peut montrer qu'il existe une plus petite

période. On appelle celle-ci LA période de f .

(45)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

LA période

Remarque

Pour une fonction périodique f correspondant à un son

musical, on peut montrer qu'il existe une plus petite

période. On appelle celle-ci LA période de f .

(46)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

LA période

Remarque

Pour une fonction périodique f correspondant à un son

musical, on peut montrer qu'il existe une plus petite

période. On appelle celle-ci LA période de f .

(47)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Proposition

1 Si f et g sont deux fonctions T -périodique alors f + g est T -périodique.

2 Si f est T -périodique, alors pour tout A ∈ R et

B ∈ R , Af + B est T -périodique.

(48)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Proposition

1 Si f et g sont deux fonctions T -périodique alors f + g est T -périodique.

2 Si f est T -périodique, alors pour tout A ∈ R et

B ∈ R , Af + B est T -périodique.

(49)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Proposition

1 Si f et g sont deux fonctions T -périodique alors f + g est T -périodique.

2 Si f est T -périodique, alors pour tout A ∈ R et

B ∈ R , Af + B est T -périodique.

(50)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le cercle trigonométrique

phénomène périodique naturel

(51)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le cercle trigonométrique

phénomène périodique naturel

(52)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le radian

Dénition

Soit M un point du cercle trigonométrique.

La mesure en radian de l'angle orienté ( i ; −−→ OM ) est

notée θ et est égale à la longueur de l'arc de cercle IM si •

l'angle est direct et à l'opposé de cette longueur si

l'angle est indirect.

(53)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le radian

Dénition

Soit M un point du cercle trigonométrique.

La mesure en radian de l'angle orienté ( i ; −−→ OM ) est

notée θ et est égale à la longueur de l'arc de cercle IM si •

l'angle est direct et à l'opposé de cette longueur si

l'angle est indirect.

(54)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le radian

Dénition

Soit M un point du cercle trigonométrique.

La mesure en radian de l'angle orienté ( i ; −−→ OM ) est

notée θ et est égale à la longueur de l'arc de cercle IM si •

l'angle est direct et à l'opposé de cette longueur si

l'angle est indirect.

(55)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le radian

Dénition

Soit M un point du cercle trigonométrique.

La mesure en radian de l'angle orienté ( i ; −−→ OM ) est

notée θ et est égale à la longueur de l'arc de cercle IM si •

l'angle est direct et à l'opposé de cette longueur si

l'angle est indirect.

(56)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le radian

(57)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le radian

(58)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

(59)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

(60)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

(61)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

(62)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

(63)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

(64)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Quelques mesures

(65)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Quelques mesures

(66)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Quelques mesures

(67)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

Nous avons vu ce qu'est : une fonction périodique

un phénomène périodique naturel

le radian

(68)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

Nous avons vu ce qu'est : une fonction périodique

un phénomène périodique naturel

le radian

(69)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

Repérer un point sur un cercle

Dénition

La fonction cosinus notée cos est la fonction qui à

tout angle θ exprimé en radian associe l'abscisse du

point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

La fonction sinus notée sin est la fonction qui à tout

angle θ exprimé en radian associe l'ordonnée du

point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

(70)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Sinus et Cosinus d'un angle

Repérer un point sur un cercle

Dénition

La fonction cosinus notée cos est la fonction qui à

tout angle θ exprimé en radian associe l'abscisse du

point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

La fonction sinus notée sin est la fonction qui à tout

angle θ exprimé en radian associe l'ordonnée du

point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

(71)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

Repérer un point sur un cercle

Dénition

La fonction cosinus notée cos est la fonction qui à tout angle θ exprimé en radian associe l'abscisse du point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

La fonction sinus notée sin est la fonction qui à tout

angle θ exprimé en radian associe l'ordonnée du

point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

(72)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Sinus et Cosinus d'un angle

Repérer un point sur un cercle

Dénition

La fonction cosinus notée cos est la fonction qui à tout angle θ exprimé en radian associe l'abscisse du point M correspondant sur le cercle trigonométrique.

La fonction sinus notée sin est la fonction qui à tout

angle θ exprimé en radian associe l'ordonnée du

(73)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

(74)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Sinus et Cosinus d'un angle

(75)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

Proposition

1 − 1 ≤ cos ( θ ) 1 et − 1 ≤ sin ( θ ) 1

2 cos 2 ( θ ) + sin 2 ( θ ) = 1

(76)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Sinus et Cosinus d'un angle

Proposition

1 − 1 ≤ cos ( θ ) 1 et − 1 ≤ sin ( θ ) 1

2 cos 2 ( θ ) + sin 2 ( θ ) = 1

(77)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

Proposition

1 − 1 ≤ cos ( θ ) 1 et − 1 ≤ sin ( θ ) 1

2 cos 2 ( θ ) + sin 2 ( θ ) = 1

(78)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

(79)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

(80)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Sinus et Cosinus d'un angle

Proposition

Les fonction cos et sin sont 2 π -périodiques.

(81)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Sinus et Cosinus d'un angle

Proposition

Les fonction cos et sin sont 2 π -périodiques.

(82)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Courbes des fonctions Sinus et Cosinus

(83)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Courbes des fonctions Sinus et Cosinus

(84)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Courbes des fonctions Sinus et Cosinus

(85)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Construction de fonctions T -périodique

Proposition

A l'aide d'une fonction cos ou sin, on peut construire une fonction périodique de n'importe quelle période.

On pose par exemple :

f ( x ) = sin µ 2 π

T x

(86)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Construction de fonctions T -périodique

Proposition

A l'aide d'une fonction cos ou sin, on peut construire une fonction périodique de n'importe quelle période.

On pose par exemple :

f ( x ) = sin µ 2 π

T x

(87)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Construction de fonctions T -périodique

Proposition

A l'aide d'une fonction cos ou sin, on peut construire une fonction périodique de n'importe quelle période.

On pose par exemple :

f ( x ) = sin µ 2 π

T x

(88)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Construction de fonctions T -périodique

Proposition

A l'aide d'une fonction cos ou sin, on peut construire une fonction périodique de n'importe quelle période.

On pose par exemple :

f ( x ) = sin µ 2 π

T x

(89)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π T x

= f ( x )

(90)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π T x

= f ( x )

(91)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π T x

= f ( x )

(92)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π T x

= f ( x )

(93)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π T x

= f ( x )

(94)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Démonstration

On a :

f ( x + T ) = sin µ 2 π

T ( x + T )

= sin µ 2 π

T x + 2 π

= sin µ 2 π

T x

(95)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

ϕ est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

T est appelé la période de f .

(96)

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Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

ϕ est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

T est appelé la période de f .

(97)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

ϕ est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

T est appelé la période de f .

(98)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

ϕ est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

T est appelé la période de f .

(99)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

ϕ est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

T est appelé la période de f .

(100)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Les fonctions sinusoïdales

Dénition

On appelle toute fonction f s'écrivant de la forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x + ϕ ¢

, une fonction sinusoïdale et la courbe associée à f une sinusoïde.

Vocabulaire

A est appelé l'amplitude de f .

est appelé phase initiale ou phase à l'origine de f .

(101)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Interprétation graphique

L'amplitude

(102)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Interprétation graphique

L'amplitude

(103)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Interprétation graphique

Le déphasage

(104)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Interprétation graphique

Le déphasage

(105)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Interprétation graphique

La période

(106)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Interprétation graphique

La période

(107)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Une sinusoïde quelconque

(108)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Une sinusoïde quelconque

(109)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Résumé

Nous avons vu ce que sont : les fonctions cos et sin les fonctions sinusoïdales

les caractéristiques de ces fonctions

(110)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Résumé

Nous avons vu ce que sont : les fonctions cos et sin les fonctions sinusoïdales

les caractéristiques de ces fonctions

(111)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Proposition

Pour tout A , B ∈ R non tous nuls, les fonctions de la

forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x ¢ + B cos ¡ 2 T π x ¢ sont des fonctions

sinusoïdales et l'amplitude de f est p A 2 + B 2 .

(112)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Proposition

Pour tout A , B ∈ R non tous nuls, les fonctions de la

forme f ( x ) = Asin ¡ 2 T π x ¢ + B cos ¡ 2 T π x ¢ sont des fonctions

sinusoïdales et l'amplitude de f est p A 2 + B 2 .

(113)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

La fréquence

Dénition

La fréquence f d'une fonction périodique se dénit comme l'inverse de la période T .

f = 1 T Elle est exprimée en Hertz, noté Hz. Remarque

La fréquence d'un son correspond à la hauteur de celui-ci

(114)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

La fréquence

Dénition

La fréquence f d'une fonction périodique se dénit comme l'inverse de la période T .

f = 1 T Elle est exprimée en Hertz, noté Hz. Remarque

La fréquence d'un son correspond à la hauteur de celui-ci

(115)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

La fréquence

Dénition

La fréquence f d'une fonction périodique se dénit comme l'inverse de la période T .

f = 1 T

Elle est exprimée en Hertz, noté Hz. Remarque

La fréquence d'un son correspond à la hauteur de celui-ci

(116)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

La fréquence

Dénition

La fréquence f d'une fonction périodique se dénit comme l'inverse de la période T .

f = 1 T Elle est exprimée en Hertz, noté Hz.

Remarque

La fréquence d'un son correspond à la hauteur de celui-ci

(117)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

La fréquence

Dénition

La fréquence f d'une fonction périodique se dénit comme l'inverse de la période T .

f = 1 T Elle est exprimée en Hertz, noté Hz.

Remarque

La fréquence d'un son correspond à la hauteur de celui-ci

(118)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

L'expérience de Sauveur

(119)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

L'expérience de Sauveur

(120)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Joseph Fourier (1768-1830)

(121)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Joseph Fourier (1768-1830)

(122)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Décomposition de Fourier

(123)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Décomposition de Fourier

(124)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Décomposition de Fourier

(125)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Décomposition de Fourier

(126)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶ +

µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶ + ...

+ µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π

T x ¶¶

+ ...

(127)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶

+ µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶ + ...

+ µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π

T x ¶¶

+ ...

(128)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶

+ µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶

+ ... +

µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π

T x ¶¶

+ ...

(129)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶

+ µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶

+ ...

+ µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π

T x ¶¶

+ ...

(130)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶

+ µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶

+ ...

+ µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π T x ¶¶

+ ...

(131)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Écriture mathématique

µ

a 1 cos µ 2 π

T x + b 1 sin µ 2 π T x ¶¶

+ µ

a 2 cos µ 4 π

T x + b 2 sin µ 4 π T x ¶¶

+ ...

+ µ

a n cos µ 2n π

T x + b n sin µ 2n π T x ¶¶

+ ...

(132)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Interrogation d'Helmholtz

"Ce mode de décomposition des formes vibratoires, tel

que le décrit et le rend possible le théorème de Fourier,

ne serait-ce qu'une ction mathématique, admissible

pour la facilité du calcul, mais ne correspondant pas

nécessairement à quelque chose dans la réalité ? [...]

La possibilité mathématique, établie par Fourier, de

décomposer en vibrations simples tout mouvement

sonore, ne peut nous autoriser à conclure que ce soit là le

seul mode admissible de décomposition, si nous ne

pouvons prouver qu'il a un sens réel."

(133)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Interrogation d'Helmholtz

"Ce mode de décomposition des formes vibratoires, tel que le décrit et le rend possible le théorème de Fourier, ne serait-ce qu'une ction mathématique, admissible pour la facilité du calcul, mais ne correspondant pas nécessairement à quelque chose dans la réalité ? [...]

La possibilité mathématique, établie par Fourier, de

décomposer en vibrations simples tout mouvement

sonore, ne peut nous autoriser à conclure que ce soit là le

seul mode admissible de décomposition, si nous ne

pouvons prouver qu'il a un sens réel."

(134)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Interrogation d'Helmholtz

"Ce mode de décomposition des formes vibratoires, tel que le décrit et le rend possible le théorème de Fourier, ne serait-ce qu'une ction mathématique, admissible pour la facilité du calcul, mais ne correspondant pas nécessairement à quelque chose dans la réalité ? [...]

La possibilité mathématique, établie par Fourier, de

décomposer en vibrations simples tout mouvement

sonore, ne peut nous autoriser à conclure que ce soit là le

(135)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Helmholtz (1821-1894)

(136)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Helmholtz (1821-1894)

(137)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le ressort

(138)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le ressort

(139)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Le diapason

(140)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Le diapason

(141)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(142)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son

intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(143)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction

hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(144)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son

fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(145)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction

intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(146)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son

amplitude de la fonction

timbre ?

(147)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales Fourier Helmholtz

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre ?

(148)

La modélisation du son Frédéric Racine

Son et onde Modélisation mathématique Phénomène périodique naturel Les fonctions périodiques de bases Les fonctions sinusoïdales

Correspondance entre son et fonction périodique

durée du son intervalle de dénition de la fonction hauteur du son fréquence de la fonction intensité du son amplitude de la fonction

timbre

?

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