2ème THEME : LE SON CHAPITRE EMETTEURS ET RECEPTEURS SONORES TP VOIX ET ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE NOTIONS ABORDEES : Acoustique physiologique Niveau sonore Audiogramme I. LA VOIX ET L’OREILLE HUMAINE 1. Documents La voix est considérée comme le plus ancien des instruments de musique, l’oreille comme le plus ancien récepteur sonore. Comment la voix est-elle créée ? Comment l’oreille capte-t-elle les sons ? Document 1 : Comment naît la voix ? « La formation de la voix est déterminée par le jeu de plusieurs structures (systèmes). L’appareil respiratoire producteur de souffle : Le souffle sera maîtrisé différemment pour l’émission de la voix (fig.1) Le vibreur laryngé producteur du son de la voix : L’indispensable passage du souffle entre deux cordes vocales, rapprochées de façon adéquate, les fait vibrer. C’est l’origine du son de la voix Les deux cordes (plis vocaux) sont placées horizontalement dans le larynx (à hauteur de la pomme d’Adam) (fig.2) Les espaces d’amplification et de résonance : Ces espaces, ou cavités (gorge, nez, bouche) changent de volume et de forme grâce au jeu des muscles du voile du palis, de la langue, des lèvres… Ainsi, peuvent se modifier les qualités de la voix. » Extrait de la recommandation 27 BIAP Bureau International d’Audio-Phonologie, www.biap.org Document 2 : Description de la voix La voix peut être caractérisée par quatre paramètres principaux : La hauteur est la sensation auditive liée à la fréquence des vibrations des cordes vocales (son grave, son aigu). L’unité de mesure est le hertz L’intensité est la sensation auditive liée à l’amplitude des vibrations des cordes vocales (son fort, son faible). L’unité de mesure est le décibel. Le timbre est la sensation auditive liée aux harmoniques présents (son sombre, son clair) La tenue est la sensation auditive liée à la durée des vibrations des cordes vocales (son long, son court) Document 3 : les registres de la voix On peut changer la fréquence de vibration des cordes vocales en modifiant leur tension, et surtout leur épaisseur. Cela a pour effet de faire varier la hauteur des sons émis par la voix. Ces modifications sont le fruit d’actions neurocérébrales. Le registre d’une voix est l’étendue de son échelle vocale, de la note la plus grave à la plus aiguë. Pour la voix chantée, l’échelle des sons pouvant être émis de façon homogène est appelée tessiture, c’est une partie du registre d’un interprète Document 4 : Acoustique physiologique L'oreille comprend trois parties principales : L'oreille externe agit comme un capteur. C'est la seule partie, en communication directe avec l'extérieur. Elle est composée d'un pavillon et d'un conduit auditif. C'est une simple structure de transmission des sons vers le tympan. L'oreille moyenne agit comme un micro. Elle tient le rôle de protection et de transmission mécanique. Les vibrations du tympan, qui agit comme un micro, sont transmises au marteau, à l'enclume et à l'étrier. L'oreille interne qui agit comme un Ampli-Tuner. Cette partie est la plus fragile de l'oreille. Elle est constituée de quelques milliers de cellules ciliées : c'est « notre capital auditif ». Lorsque l'oreille est exposée à un volume sonore excessif, un bruit brutal, des sons aigus, une durée d'écoute prolongée, ces cellules peuvent être abîmées, voire détruites. Elles ne sont pas réparables, leur destruction est donc définitive. 2. Questions 1) Quelles sont les trois parties du corps qui interviennent dans la voix ? 2) Schématiser, sous la forme d’une chaîne, les principales étapes de la production d’un son par la voix, puis de la perception d’un son par l’oreille 3) Comment peut-on expliquer la différence de tessiture entre un baryton et une soprano ? II. LES TIMBRES DE LA VOIX 1. Expérience Relier le microphone à l’interface d’acquisition Enregistrer les signaux sonores des voyelles : a, e, i, o, u, chantées à la même hauteur, par les deux personnes du binome Pour chaque son enregistré, visualiser le signal temporel, puis le spectre de chaque son 1) 2) 3) 4) 5) 2. Exploitation Noter les fréquences des premiers pics de chaque spectre Comparer les signaux temporels et les spectres, et indiquer les différences et les similitudes entre les sons chantés La fréquence de vibration des cordes vocales change-t-elle en fonction de la voyelle ? Quelles parties de l’appareil phonatoire sont responsables des différences entre les voyelles ? Quelles différences apparaissent lorsque le même son est chanté à la même hauteur par une fille et un garçon, et par deux personnes du même sexe ? III. L’AUDITION 1. Niveau sonore a. Expérience 1 : influence de l’intensité I du son émis sur le niveau sonore L Le niveau sonore L est mesuré en décibel (dB) à l’aide d’un sonomètre. Pour le confort de l’expérience, nous placerons le dispositif dans une mallette isolée phoniquement Placer le petit Haut-parleur dans la mallette, et passer les fils par l’ouverture Relier le petit haut-parleur au GBF, réglé à une fréquence de 1000 Hz Placer le sonomètre dans l’autre ouverture Augmenter l’amplitude du signal délivré et compléter le tableau Amplitude 2 4 6 Vcc (V) Niveau sonore (dB) Tracer la courbe L= f(Vcc) sur Latis-pro 8 10 12 14 16 18 b. Expérience 2 : influence de la distance d sur le niveau sonore L Placer le buzzer, relié à la tige graduée dans la mallette, dans la position pour lequel il est le plus enfoncé Positionner le sonomètre dans l’autre ouverture Déplacer le buzzer et relever le niveau sonore. Compléter le tableau : Distance d 0 2 4 8 10 15 (cm) Niveau sonore L (dB) Tracer la courbe L = f(d), puis la modéliser 1) 2) 3) 4) 5) 20 20 c. Exploitation Le niveau sonore L et l’amplitude Vcc (ou l’intensité sonore I) sont-ils proportionnels ? De combien de décibel augmente le niveau sonore lorsqu’on double la tension d’alimentation du haut-parleur ? L’expression du niveau sonore est L = 20 log(Vcc). Vérifier les résultats précédents à l’aide de la formule Le niveau sonore est-il proportionnel à la distance entre l’émetteur et le récepteur ? De combien varie le niveau sonore lorsque la distance est multipliée par 2 ? 2. Audiogramme a. Domaine des sons audibles On relie un HP médium au GBF On augmente progressivement la fréquence du signal Noter les valeurs extrêmes fmin et fmax des sons audibles b. Principe de construction de l’audiogramme (logiciel audiogramme) Le terme audiogramme désigne un graphique qui permet de visualiser la capacité auditive d'un sujet. L'audiogramme tonal se base généralement sur des sons purs à fréquences choisies arbitrairement et conventionnellement (à 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 750 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz, 2000 Hz, 3000 Hz, 4000 Hz, 6000 Hz, 8000 Hz, 15000 Hz). On mesure le seuil de l'audition pour ces différentes fréquences. On le fait en adressant le son tour à tour à chaque oreille au moyen d'un casque ou de haut-parleurs (audiogramme en voie aérienne) A l’aide du logiciel Audiogramme, établir votre audiogramme c. Etude d’un audiogramme et seuils de dangers Figure 2 : audiogramme d’une oreille humaine 1) 2) 3) 4) Suggérer une source sonore pouvant fournir une intensité acoustique de 2.10-5 W.m-2. Calculer le niveau sonore L correspondant, sachant que L = 10 log(I/Io), avec Io, limite d’audition A quelle fréquence le seuil de douleur est-il le plus élevé ? A quelle fréquence est-il le plus faible ? Calculer la valeur des intensités sonores correspondantes