chapitre i : les sons musicaux
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CHAPITRE I : LES SONS MUSICAUX I) PROCUCTION D’UN SON PAR UN INSTRUMENT DE MUSIQUE I-1) Un système simple : le diapason Le diapason est utilisé en musique pour donner une note de référence ( La 3 ou La 440 généralement ) . Il a été imaginé en 1711 par un luthiste anglais. C’est un objet en acier, en forme de U et prolongé par un pied. a. Que se passe t’il lorsque l’une des branches du diapason est frappée par un marteau ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… b. Que constate-t-on lorsque après avoir frappé l’une des branches du diapason on pose ce dernier sur une caisse de résonance ou tout simplement sur la table ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… I-2) Cas de quelques instruments I-2-1 ) La guitare voir activité 2 page 42 I-2-2 ) La flûte voir activité 4 page 43 I-3) Conclusion Un système mécanique vibrant (corde, colonne d’air,… ) est nécessaire pour produire ……………………...… . Le système mécanique vibrant doit être associé à un système assurant le couplage avec l’air (caisse de résonance, tuyau,… ) afin que l’instrument émette un son d’intensité acceptable (l’énergie de vibration de l’excitateur doit être transmise efficacement à l’air environnant ). Pour produire un son les instruments de musique doivent ……………………... et ……………………... II) LA RECEPTION SONORE II-1) L’oreille L’oreille humaine ne perçoit une sensation auditive que pour des vibrations de fréquences comprises entre ……………… et ……………… environ. Les vibrations de fréquences inférieures à 20 Hz sont des ……………………… . Les vibrations supérieures à 20 000 Hz sont des ……………………… . II-2) Le niveau sonore Certains sons captés par l’oreille sont perçus de manière désagréable voir douloureuse selon l’intensité sonore. L’intensité sonore caractérise la puissance énergétique reçue par l’oreille. Elle s’exprime en W.m-2 L’intensité sonore perceptible par l’oreille humaine est comprise entre une valeur minimale I 0 = 10-12W.m-2 (seuil d’audibilité) et une valeur maximale égale à 25W.m-2 (seuil de douleur) La sensation physiologique n’est pas proportionnelle à cette intensité sonore. En effet, lorsqu’on assiste à un concert, les intensités sonores dues à chaque instrument s’ajoutent, mais le son ne parait pas proportionnellement plus fort. On définit une grandeur appelée niveau sonore L telle que : L s’exprime en décibel, de symbole ……………………… Cette grandeur ainsi définie est liée à la sensibilité de l’oreille humaine. Application : De combien augmente le niveau sonore lorsque l’intensité est multipliée par 10, par 100 ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… II-3) La sensibilité de l’oreille n’est pas uniforme dans tout le domaine des fréquences audibles La sensibilité de l’oreille n’est pas uniforme dans tout le domaine des fréquences audibles. La réalisation d’un audiogramme (seuil d’audibilité en fonction de la fréquence) permet de mettre en évidence ce phénomène. Le niveau au-dessous duquel aucun son n’est détecté, est plus faible aux fréquences ……………… entre ……………… et ……………… Hz. Il est minimal vers ………………. N.B. - la sensation devient douloureuse au-delà du seuil voisin de 120 dB, variant assez peu avec la fréquence (voir doc. 5 page 67) La valeur de 90 dB est considérée comme le seuil de danger : une exposition prolongée ou répétée à des niveaux sonores supérieurs à cette valeur entraîne des dégradations irréversibles de l’oreille interne, responsable à terme de surdités partielles ou totales. III) ELEMENTS D’ACOUSTIQUE MUSICALE III-1) Intensité sonore Enregistrement 1 (annexe 1) : à l’aide du logiciel Aquisonic enregistrons le son produit par un diapason Enregistrement 2 (annexe 1) : enregistrons le même son en frappant plus fort sur la branche du diapason. Comparons les enregistrements 1 et 2 : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Le son émis lors de l’enregistrement 2 est perçu de manière plus ……………………….que celui émis lors du premier enregistrement. Plus l’intensité d’un son perçu est grande plus l’amplitude de l’onde sonore correspondante est ……………………….. III-2) Hauteur d’un son III-2-1) Définition Définition : La hauteur est la qualité qui distingue un son …………d’un son …………. . III-2-2) Expérience En utilisant le microphone relié à l’ordinateur écoutons et visualisons des notes de hauteurs différentes ( jouées par la flûte ou la guitare par exemple ). Pour chaque note mesurer la durée d’une dizaine de périodes. En déduire la période T et la fréquence f. Comment varient la période et la fréquence lorsque les notes deviennent plus aiguës (ou plus graves ). …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III-3-3) Conclusion La hauteur d’un son dépend de la ………………………… de la vibration sonore. Plus la fréquence est élevée ( resp. faible ) plus le son est ………………… ( resp. ………………… ). III-3 ) Timbre d’un son a) Définition Le timbre est la qualité qui permet de distinguer deux sons de même ………………………. et de même ………………………. émis par deux sources ……………………….. b) Importance des harmoniques Expérience 1 En utilisant le logiciel « acquisonic » écoutons et visualisons une même note ( La3 ) jouée par deux sources différentes ( le diapason et la guitare électrique ). Mesurer les deux fréquences. En utilisant le logiciel « waver » écoutons et visualisons la même note jouée par une flûte et par un orgue ( fichier « La3Flute.wav et LA3ORG.wav ). Mesurer les deux fréquences. Que peut-on dire de la hauteur des différentes notes jouées ? Les différents sons produits sont-il perçus de la même façon par l’oreille ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. Expérience 2 On démontre que tout phénomène périodique de fréquence f peut se décomposer en une somme de sinusoïdes dont les fréquences respectives sont des multiples entiers de f : f, 2f, 3f, .. , kf (k entier). - f est appelé le fondamental (ou premier harmonique) - 2f, 3f, …… ,kf sont appelés les harmoniques de rang 2, 3 … k. (Théorème de Fourier) Faisons apparaître les spectres de la note jouée avec les différentes sources sonores. Utilisons le logiciel « acquisonoic » ( diapason et guitare électrique ) et le logiciel « waver » ( flûte et orgue ). a) Que représentent les spectres obtenus ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. b) Comparons la fréquence du premier harmonique et la répartition des différents harmoniques de chacun des sons. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. d ) Importance de l’enveloppe sonore Examinons avec le micro connecté sur « orphy portable » des sons émis par divers instruments, et observons l’enveloppe de ces sons. Reconnaître : - une phase d’attaque lors de l’établissement des vibrations ; une phase d’extinction lors de la diminution de l’intensité sonore. a) Conclusion La hauteur d’un son est mesurée par la fréquence du ………………………………… . Le timbre d’un son dépend de sa composition en ……………………………….. . Les transitoires ( phase d’attaque, phase d’extinction ) jouent un rôle important dans le ……………………… d’un instrument de musique. IV ) OCTAVE-GAMME TEMPEREE IV-1) Octave La rapport entre les fréquences de deux notes s’appelle un intervalle musical. Un son de fréquence fondamentale f0 contient les harmoniques de fréquence 2f0, 3f0, 4f0,5f0, 6f0, …. ; un son de fréquence fondamentale f’0 = 2f0 contient les harmoniques pairs du premier ( 4f0, 6f0,… ). Ces deux sons ont une composition en harmonique tellement proche l’une de l’autre que l’oreille a la sensation d’une même note. Lorsque deux notes ont des fréquences dont l’une est le double de l’autre, on dit qu’elles sont séparées d’un intervalle de un octave. En musique elles portent le même nom. IV-2) Gamme tempérée L’écriture musicale habituelle utilise une suite de notes, rangées par fréquence croissante, dans l’intervalle d’un octave. La gamme la plus utilisée est la gamme tempérée qui a été imposée à l’usage par J.S. Bach au XVIII siècle. La gamme tempérée est divisée en douze intervalles égaux appelés demi-tons : le rapport des fréquences est le même entre deux demi-tons successifs, sur toute l’étendue de la gamme. Puisque l’intervalle d’un octave correspond à un rapport de fréquence égal à 2, le rapport des fréquences d’un intervalle d’un demi-ton est 12 2 ou 2(1/12)
