Définition :
Le son musical est un phénomène périodique. Il s’agit de la propagation dans un milieu matériel (solide,
liquide ou gaz) d’une succession de compression/ Dilatation de molécules
Dans le cas d’un son pur, le motif élémentaire est de forme sinusoïdale
Dans le cas d’un son composé, le motif élémentaire est différent. Il dépend de l’instrument utilisé.
Représentation graphique d’un signal périodique non
sinusoïdal : cas d’un son composé.
Représentation graphique d’une sinusoïde : cas d’un son pur
Le spectre d’un son composé présente plusieurs pics (figure ci-dessus).
La fréquence du premier pic est appelée fréquence fondamentale.
Elle correspond à la hauteur de la note jouée et indique le nombre de fois où le
phénomène se produit en 1 s ce sont les Hertz (Hz) associée à la fréquence f.
Les autres fréquences qui apparaissent sont appelées harmoniques et
sont des multiples entiers de la fréquence du fondamentale
Exemple : si la fréquence du fondamentale f1 est de 100 HZ , l’harmonique de
rang 2, f2 a une fréquence de200 Hz et ainsi de suite. Le chiffre au dessus des pics
indique l’amplitude du signal.
Introduction : Le son produit par un instrument de musique est caractérisé par son timbre, sa hauteur et son intensité
sonore. A quoi correspondent ces paramètres physiques ?
I°) Son pur et son composé :
a°) Le son
b°) Son pur, son composé : L’enregistrement issu d’un son est un signal périodique.
c°) Analyse spectrale
L’analyse spectrale consiste à décomposer un signal périodique en une somme de signaux sinusoïdaux.
Spectres en fréquences de la même note jouée par deux
instruments différents.
- Le son : phénomène vibratoire
L’intensité sonore I est la puissance par unité de surface transportée par l’onde sonore.
Elle s’exprime en Wm-2. Plus on s’éloigne de la source, plus I diminue.
I= P
S
La fréquence du son composé produit par une corde dépend de plusieurs paramètres :
-
La longueur de la corde : plus elle est importante plus le son est grave :
-
La tension de la corde : plus elle est intense, plus le son est aigu ;
-
La masse linéique (masse d’un mètre de corde) : plus elle est grande, plus le son est grave
II°) Niveau d’intensité sonore :
a°) Intensité sonore :
La puissance d’un son produit par une source s’exprime en watt (W). Cela représente
l’énergie fournie au phénomène à chaque instant.
Le son se propage dans toutes les directions de l’espace. La puissance donnée à l’onde au
départ se répartit donc sur une surface de plus en plus grande.
Dans un milieu homogène, la puissance du son produit par une source ponctuelle se
répartit sur une sphère.
b°) Niveau d’intensité sonore :
Les valeurs des intensités sonores s’étalent sur une grande échelle d’ordres de grandeur.
Le niveau d’intensité sonore L permet d’utiliser une échelle plus petite et plus proche des sensations auditives.
L : niveau d’intensité sonore, exprimé en décibel dB, d’un son d’intensité I en W.m-2 :
L = 10* log I
Io
L’intensité de référence Io est, par convention, le seuil d’audibilité moyenne de l’oreille humaine à 1000
Hz. Io = 1,0.10-12 W.m-2
Dans ce cas l’intensité sonore se calcule avec la formule : I (en W .m-2 ) =IO
* 10 L/10
Le seuil d’audibilité moyenne de l’oreille humaine correspond, pour une fréquence donnée, à la plus petite intensité sonore
perçue par une oreille humaine. Pour une fréquence de 1000 Hz, ce seuil est de 1,0.10-12 W.m-2, ce qui correspond à un
niveau d’intensité sonore de 0 dB. Le niveau d’intensité sonore peut être mesuré avec un sonomètre.
Remarque : « log x » est une fonction mathématique qui correspond à la réciproque de la fonction 10x.Toutes les calculatrices
scientifiques possèdent une touche qui permet de la calculer.
si log x = a alors x = 10 a
Exemples : calcul du niveau sonore à 10 m, 100 m pour un coyote émettant une puissance sonore de 10-2 W , la surface
d’’une sphère étant de 4πR2, dans ce cas l’intensité sonore vaut : ………………………………………………………………………
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III°) Les notes produites par les instruments
: a°) La vibration d’une corde :
Lorsque l’on pince la corde d’une guitare ou que l’on frappe la corde d’un piano, elle se met à vibrer. Cette vibration
engendre un son composé.
La vibration de la corde peut se décomposer en une somme de vibrations plus simples appelés modes de vibration. Les
fréquences de ces modes correspondent aux harmoniques du signal sonore. Le premier mode vibre à la fréquence
fondamentale.
b°) Cas des instruments à vent :
Un phénomène analogue est observé dans les instruments à vent.
Dans un instrument à vent, le son est produit par la vibration de l’air dans un tuyau.
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