ACOUSTIQUE MUSICALE ET PHYSIQUE DES SONS

ACOUSTIQUE MUSICALE ET PHYSIQUE DES SONS
I – Audition et fréquences sonores :
1. Sensation auditive liée à la fréquence sonore :
La hauteur d’un son dépend de la fréquence de la vibration sonore. Plus la fréquence est élevée, plus le son
est aigu.
2. Fréquences et sensibilité de l’oreille :
L’oreille humaine ne perçoit une sensation auditive que pour
des vibrations de fréquences comprises entre 20 et 20000 Hz environ.
Les vibrations de fréquences inférieures à 20 Hz sont des infrasons.
Les vibrations de fréquences supérieures à 20 000 Hz sont des ultrasons.
3. Mesure de la hauteur d’un son :
La hauteur d’un son est mesurée par la fréquence du fondamental.
T=
Rque : lorsque des instruments jouent des notes de même hauteur, on dit qu’ils sont à l’unisson.
II – Le timbre d’un son :
1. Des sons différents pour une même note :
La même note jouée par 2 instruments différents procure 2 sensations sonores différentes.
Le timbre est la qualité du son qui permet de distinguer 2 notes de même hauteur jouée par 2 instruments
différents.
Le timbre d’un son dépend de sa composition en harmoniques :
- la note émise par un diapason est une vibration sinusoïdale de fréquence 440 Hz ; c’est un son pur.
- la note émise par un instrument de musique est une vibration périodique mais non sinusoïdale : elle dépend
de la présence plus ou moins importante d’harmoniques ; c’est un son complexe.
Un son musical périodique de fréquence f1 (fréquence fondamentale) est la superposition du fondamental et
d’harmoniques de fréquences 2 f1,3 f1, …., kf1 (k Є N*).
2. Enveloppe d’un son :
Une vibration sonore associée à une note émise par un instrument ne conserve pas la même amplitude
pendant toute la durée de l’émission.
La courbe joignant les maxima (et les minima) entre eux est l’enveloppe : elle traduit l’évolution de
l’amplitude.
On peut distinguer 3 phases :
- l’attaque est la montée en amplitude de la vibration sonore au début de
l’émission ;
- le corps est la phase pendant laquelle l’amplitude ne varie presque pas ;
- l’extinction est la phase pendant laquelle l’amplitude de la vibration
diminue rapidement avant de s’annuler à la fin de l’émission.
L’attaque et l’extinction constituent des phases transitoires.
Les transitoires (attaque et extinction) jouent un rôle important dans le timbre
d’un instrument.
III – L’intensité d’un son :
1. Pourquoi un son est-il plus ou moins fort ?
L’intensité d’un son est la qualité qui donne la sensation qu’un son est plus ou moins fort.
L’intensité d’un son est liée à l’amplitude de la vibration sonore perçue.
2. Mesure de l’intensité sonore :
L’intensité sonore (ou intensité acoustique) est la puissance de la vibration sonore reçue par unité de
P
surface au niveau du récepteur :
I
S
Rque : la surface S est perpendiculaire à la direction de propagation
de l’onde et l’intensité sonore est uniforme sur toute la surface S.
3. Niveau sonore et décibel acoustique :
La réponse de l’oreille n’est pas une fonction linéaire de l’intensité
sonore I.
Le niveau sonore L (level), exprimé en décibel acoustique (dBA), est défini par la relation suivante :
L  10. log
I où I est l’intensité sonore de la vibration acoustique et I est une intensité de référence.
0
I0
I0 = 10 – 12 W.m-2 correspond au seuil d’audibilité de l’oreille humaine pour un son de fréquence 1000 Hz.
La mesure des niveaux sonores s’effectue avec un sonomètre.
Rques :
 S’il existe un seuil en dessous duquel l’oreille n’est pas capable de percevoir un son, à
l’inverse, dès que le niveau sonore augmente, la sensation devient vite gênante puis fatigante, voire
dangereuse.
A ce niveau, la durée d’exposition joue un rôle sur les effets du bruit supporté: une exposition trop longue à
des sons de niveau sonore trop élevé peut entraîner des lésions plus ou moins graves, voire irréversibles au
niveau du système auditif.
 le seuil de douleur est I = 1 W.m-2 .
a) Calculer le niveau sonore pour une intensité acoustique I égale à I0
b) Même question pour une intensité acoustique égale au seuil de douleur.
c) Montrer que si I2 = 2 I1 alors L2  3 + L1
IV – Les gammes :
1. L’octave :
Le rapport entre les fréquences de 2 notes s’appelle un intervalle musical.
Lorsque 2 notes ont des fréquences dont l’une est le double de l’autre, on dit qu’elles sont séparées d’in
intervalle d’une octave. Elles portent alors le même nom.
Ex : la3
440 Hz
la4
880 Hz
2. La gamme tempérée :
L'écriture musicale habituelle utilise une suite de notes, rangées par fréquence croissante, dans l'intervalle
d'une octave.
La gamme la plus utilisée est la gamme tempérée qui a été imposée à l'usage par J.S. Bach au XVIIIème
siècle.
La gamme tempérée est divisée en douze intervalles égaux appelés demi-tons :
Le rapport des fréquences est le même entre deux notes successives, sur toute l'étendue de la gamme, il est
de
1
12
261,6
293,7
329,6
2
ou
349,2
212
392,0
440,0
493,9
523,3
Fréquences en Hz
La gamme tempérée basée sur les intervalles nécessite une fréquence de référence. Par convention, il s'agit
de la fréquence du la3 égale à 440 Hz.