ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE THEME 4 SON MUSIQUE, PORTEURS D’INFORMATION A1 LES SON UN PHENOMENE VIBRATOIRE
Document 1 : Qu’est-ce qu’un son ?
Un son est une onde mécanique* progressive* périodique* tridimensionnelle*.
*Une onde mécanique (et non pas électromagnétique comme la lumière) a besoin d’un milieu matériel pour se propager.
*progressive : signifie que l’onde se déplace ou se propage dans l’espace.
*périodique : un motif identique à lui-même se répète dans le temps
*tridimensionnelle : dans les 3 directions de l’espace
Voir animation ostralo: http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf
Document 2 Représentation
Pour représenter une onde les scientifiques utilisent les fonctions sinusoïdales
Au début du XIXe siècle, un mathématicien et physicien français Joseph Fourier (1768-1830) élabore une méthode qui ouvrira des perspectives considérables aux scientifiques. Il affirme que toute fonction périodique de fréquence f, peut s’écrire comme une somme de fonctions sinusoïdales de fréquence multiple de f. Sa méthode appelée Transformée de Fourier, donne naissance a une nouvelle branche de la physique : l’analyse spectrale. Ses applications sont incontournables dans de nombreux domaines ; les télécommunications, les courants électriques, le traitement d’image, l’analyse des sons.
Document 3 Son pur son complexe
Un son pur est représenté par une sinusoïde simple ll est caractérisé par sa fréquence en Hertz (Hz) f =1/T
T étant la période (durée d’un motif)exprimée en seconde (s) La fréquence est associée à la hauteur d’un son
Plus le son est aigu, plus la fréquence est élevée Plus un son est grave, plus sa fréquence est basse
Un son complexe est une superposition de sinusoides simples
Document 4 : Lorsque deux instruments jouent la même note, ils ne sont pas perçus de la même manière par l’oreille. Ce qui les distingue est appelé « timbre ».
Spectre d’un son
Les fréquences des harmoniques sont des multiples de la fréquence fondamentale fn = n × f1.
Exploitation
On a reproduit ci-dessous l’enregistrement des sons et le spectre de Fourier de 3 instruments différents ; un diapason (petit instrument permettant de donner la note « la » à l’orchestre), un violon, une trompette.
1°) Quel son peut-on qualifier de pur ? Justifier.
2°) Quels instruments émettent un son complexe ? Justifier
3°) A partir des courbes sinusoïdales, déterminer quelle est la période et la fréquence de la note jouée par chacun des instruments ? (Pour plus de précision on compte la durée de quelques périodes). Justifier qu’ils jouent bien la même note.
4°) On reproduit ici deux oscillogrammes
a) A partir des courbes sinusoïdales, déterminer la période et la fréquence de la note émise par ces instruments.
Vérifier que l’on retrouve bien la fréquence fondamentale indiquée sur le spectre.
b) Citer les différentes « harmoniques » de chaque instrument. La relation proposée dans le document 3 est-elle vérifiée ?
c) Les instruments jouent la même note mais ne sont pas perçue pareil par l’oreille. Qu’est ce qui les distingue ? Par quoi cela se concrétise sur le spectre ? Quel instrument est le plus riche en harmoniques ?
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)
