PARTIE OBSERVER CH3 ONDES SONORES ONDES ACOUSTIQUES ACQUISITION DE SON
Compétences et connaissances exigibles : Analyse spectrale, Hauteur et timbre
I / SON PUR ET SONCOMPLEXE Document 2
Enregistrement sur des durées équivalentes d’un même son émis par un diapason et par une flute
1°) A partir des documents 1 et 2, définir un son pur et un son complexe et attribuer à chaque instrument en justifiant l’enregistrement qui convient.
Un son pur est représenté par une seule sinusoïde. Son spectre en fréquence présente un seul pic (appelé fréquence fondamentale). Il s’agit e l’oscillogramme de gauche émis par le diapason
Un son complexe est une combinaison de plusieurs sinusoïdes, son spectre en fréquence présente plusieurs pics, (un pic correspondant à la fréquence fondamentale et les autres pics appelé harmoniques). Il s’agit de
l’oscillogramme de droite émis par la flûte
On se propose d’utiliser le logiciel Acquisonic, pour étudier et différencier ces deux sons.
2°) Etude d’un son pur
a) Fichier la3 Allure du signal.
b) Période de ce signal t1-t2 = 2,27 ms
c) Fréquence de ce signal. f = 1/T = 1 / (t1-t2) = 440 Hz La fréquence correspond au nom donné au La3, le la 440 d) Spectre en fréquences de ce son.
.
On obtient un pic, au niveau de la fréquence 440 Hz
e) Le pic correspond à la fréquence fondamentale 440 Hz. Les informations sont cohérentes.
3°) Note inconnue
Ouvrir le fichier note présent dans le même dossier.
On visualise un son pur, de fréquence fondamentale 330 Hz (on regarde le spectre en fréquence ou on la calcule à partir de la période). Il s’agit du mi4
4°) Etude d’un son complexe a). Ouvrir le fichier son1.
b) Visualiser et commenter la forme du signal.
Le signal est un son complexe, combinaison de plusieurs sinusoïdes
c) Période et la fréquence de ce son. Comparer à la fréquence du La3.
IL s’agit du la3
d) Visualiser le spectre en fréquences, commenter son allure et déterminer les fréquences le constituant.
On observe deux pics, l’un à 440 Hz la fondamentale L’autre à 880 Hz, l’harmonique
e) Quel rapport y a-t-il entre les différentes fréquences relevées ? f2 = 2xf1 Les fréquences sont proportionnelles
II / TIMBRE
Lorsque deux instruments jouent la même note, ils ne sont pas perçus de la même manière par l’oreille. Comment les différencier ?
Document 5
On reproduit ici deux oscillogrammes
1°) Déterminer la période et la fréquence de la note émise par ces instruments. On appelle cette fréquence, la fréquence fondamentale.
4T = 6,1 ms T = 1,525 ms f = 656 Hz Même fréquence pour les deux instruments.
Sur le spectre en fréquence la fréquence fondamentale est de 659 Hz au lieu de 656 Hz
2°) Différence de timbre
a) L’observation d’un oscillogramme simple ne nous permet pas de distinguer ce qui différencie ces deux instruments
b) Nous devons nous baser sur le spectre en fréquence
c) On observe un nombre de pics liées aux harmoniques différents.
d) On retrouve la fréquence fondamentale sur les spectres : 659 Hz
Les harmoniques sont pour la guitare 1,32 kHz (2xf), 1,98 kHz (3xf) 2,64 kHz (4xf) pour la flûte 659 Hz, 1,32 kHz, 1,98 kHz
e) Quel instrument est le plus riche en « harmoniques » ? La guitare est l’instrument le plus riche en harmoniques Ces deux instruments se distinguent par leur timbre différent.
III / HAUTEUR
1°) En analysant les documents 4 et 6 et en écoutant les sons la2, la3, la4, e la hauteur de son. est liée à la vlauer de la fréquence. Plus un son est « grave » plus la fréquence est basse, et plus un son est « aigu » plus la fréquence est élevée.
*
Oscillogramme d’un mi4 émis par une guitare et le spectre en fréquence associé (transformée de Fourrier)
Oscillogramme d’un mi4 émis par une flûte et le spectre en fréquence associé
(transformée de Fourrier)
IV / ENREGISTREMENT ET ANALYSE SPECTRALE D'UN SON
On se propose d’enregistrer le son d’un la produit successivement par :
un diapason ;
On retrouve un son pur, une sinusoïde, avec un spectre avec une seule fréquence 440 Hz
une flûte on joue un la et on obtient une fondamentale à 880 Hz (la4) et des harmoniques.
une voix. Si on chante une note juste (la) on arrive à avoir un fondamentale à 440 Hz est des harmoniques
V / CONCLUSION
1. Comment peut-on définir un son pur ?
Un son pur est représenté par une seule sinusoïde. Son spectre en fréquence présente un seul pic appelé fréquence fondamentale.
2. Comment peut-on définir un son complexe ?
Un son complexe est une combinaison de plusieurs sinusoïdes, son spectre en fréquence présente plusieurs pics, (un pic correspondant à la fréquence fondamentale et les autres pics appelé harmoniques).
3. La hauteur d'un son correspond à la fréquence de ce son (appelée fréquence fondamentale).
Pour un même octave les fréquence varient ainsi Do < ré < mi < fa < sol < la < si
4 Le timbre d'un son est lié au nombre et à l'importance relative des harmoniques (fréquences multiples de la fréquence fondamentale).
Comparer le timbre des sons la3, son1 et son2.
La3 est un son pur
Son1 et son2 sont des sons complexes, ce sont des la3 joués par des instruments de timbre différents.
