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.m2 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. D2 D1 I 2 = D1 I 1 D2 2 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 ? 1 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 1012W.m2, tandis que le seuil de la douleur se situe aux environs de 1W.m2 (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=1012W.m2 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 : 2 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 Fréquence en Hz LA1 LA2 LA3 LA4 LA5 LA6 LA7 LA8 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 LA 3. 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. 3