SPECIALITE 6 : acoustique musicale et physique

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SPECIALITE 6 : acoustique musicale et physique des sons
Objectifs :
 Découvrir ce qu’est un audiogramme.
 Apprendre à décrire un son en terme de hauteur, timbre et intensité.
 Savoir exprimer un niveau sonore en décibels dB.
 Comprendre comment est composée la gamme musicale tempérée.
1. Intensité sonore :
 Le son correspond à une onde longitudinale de compression-dilatation qui se propage
sans transport de matière, mais qui transporte de l’énergie puisque les molécules d’air
vibrent lorsqu’elle sont touchées par l’onde sonore.
Soit un objet plan de surface S qui reçoit une énergie E (en joule J) pendant un intervalle
de temps t, la puissance sonore reçue est P=E/ t (en watt W).
L’intensité sonore I reçue par cet objet est par définition I=P/S et s’exprime en W.m
2
 L’essentiel de la puissance électrique reçue par un
haut-parleur est transformée en chaleur…
Ainsi en utilisant un amplificateur de 100W,
la puissance acoustique émise par le haut-parleur
ne dépasse pas 1 ou 2W !
 Un même récepteur de surface S reçoit …. fois moins
de puissance sonore quand sa distance au haut-parleur
est doublée, car la puissance émise par le haut-parleur
se trouve alors répartie sur une surface …. fois plus grande.
2. Sensibilité de l’oreille humaine :
L’audiogramme ci-contre correspond à la
sensibilité auditive d’un être humain en fonction
de la fréquence de l’onde sonore.
Au dessous du « seuil d’audibilité », aucun son
n’est entendu.
Au dessus du « seuil de douleur », la perception
sonore devient douloureuse et des troubles
irréversibles de l’audition vont apparaître.
 Quelles informations peux-tu déduire de cet audiogramme ?
 Quelle est l’intensité sonore minimale pour laquelle un son pourra être perçu ?
I1 D2
I2 D1
=
2

2
3. Niveau sonore :
La sensibilité de l’oreille est maximale au voisinage de 4000Hz.
Un son faible est alors perçu pour une intensité sonore supérieure à 10
12W.m 2, tandis que
le seuil de la douleur se situe aux environs de 1W.m
2 (réacteur d’avion à 10m) soit un
rapport de 1000.000.000.000 entre les deux !
Pour des raisons déjà évoquées lors de l’introduction du pH en chimie, une échelle
logarithmique s’impose ici aussi.
On définit le niveau sonore L d’un son d’intensité sonore I par la relation :
L=10 log(I/I0) avec I0=10
12W.m 2 L s’exprime en décibel acoustique de symbole dBA
 Calcule les niveaux sonores extrêmes audibles par l’oreille humaine ?
Un sonomètre est un appareil capable de mesurer un niveau sonore en dBA .
 Quel est le niveau sonore maximum toléré dans une boite de nuit ?
4. Hauteur et timbre d’un son :
Les 3 caractéristiques d’un son sont : l’intensité, la hauteur et le timbre.
 La hauteur d’un son correspond à sa fréquence, qui est celle de son fondamental (ou
harmonique d’ordre 1).
Plus elle est élevée, plus le son est aigu… plus elle est basse, plus le son est grave.
 Deux instruments de musique différents jouant des notes de même hauteur et de même
intensité se distinguent par leur timbre.
Celui-ci dépend de l’importance relative des différents harmoniques qui le composent.
Son de la guitare lors de l’attaque… puis lors de la phase d’extinction…
Trouve les points communs et les différences :

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5. La gamme tempérée :
 L’oreille humaine est sensible au rapport des hauteurs (ou fréquences) de 2 notes jouées
ensembles : certains sons sont consonants, c’est à dire agréables à entendre
simultanément, d’autres sont dissonants.
 On appelle intervalle le rapport entre les hauteurs de 2 notes.
L’intervalle particulier de valeur égale à 2 s’appelle octave.
Deux notes séparées par une octave portent le même nom, mais sont différentiées par
un indice d’autant plus grand que la hauteur est élevée.
 Complète le tableau ci-dessous dans le cas de la note « LA »
note
LA1
LA2
LA3
LA4
LA5
LA6
LA7
LA8
Fréquence en Hz
440
 Une corde de guitare est accordée en LA… la fréquence du mode fondamental est de
110Hz.
Calcule les fréquences des 5 premiers harmoniques… que constates-tu ?
 A partir de ces nouvelles notes ainsi créées, on peut construire une gamme musicale
qualifiée de « naturelle » qui présente toutefois un inconvénient majeur : l’intervalle
entre deux notes voisines n’est pas constant !
Ainsi, par exemple, le do dièse est différent du ré bémol !
 On a donc construit mathématiquement une gamme tempérée en divisant l’octave en
douze intervalles égaux, appelés demi-tons et notés t1/2 .
Ainsi la valeur d’un demi-ton est égale à 21/12
Le ton est un intervalle de 2 demi-tons , soit (21/12)2=21/6 et non pas 2x21/12 attention !
 Sachant que pour une gamme majeure, les intervalles successifs ont pour valeurs :
1 ton, 1 ton, ½ ton, 1 ton, 1 ton, 1 ton, ½ ton
calcule les fréquences des notes composant la gamme de LA majeur, en partant du LA3.
 L’intervalle de « quinte naturelle » est égal à 3/2.
Pourquoi les musiciens considèrent-ils que sa consonance est parfaite ?
Calcule la valeur de l’intervalle de quinte dans la gamme tempérée.Conclue.