Projet TPE: Le son

Awa GUEYE
Amélie RAVINET
1S
Projet TPE:
Le son

LE SON
Problématique : Comment nous est-il possible d'émettre un son via
un instruments de musique, puis de le percevoir?
Sommaire du TPE
I) Qu’est ce que le son?
1)La définition physique du son
2) Les caractéristiques d’un son
a)La vitesse
b)La longueur d’onde
c)Fréquence, hauteur et période
d)L’intensité
e)Le timbre
II) Émission
A)Quelle est l’origine du son ?
1)La source de vibration
2)La structure résonante
B)Comment sont les sons produits par les instruments de musique ?
1) Fondamentales, harmoniques et ondes stationnaires
a) Les cordes
b) Les vents
2)De quoi est composé un son musical ?
III) Réception
A)Anatomie et fonctionnement de l’oreille
1) l'oreille externe
2) l'oreille moyenne
3) l'oreille interne
B) la perception humaine du son
1) Quels sont les sons que l'on entend ?
2) Quel est le seuil d'écoute de l'oreille ?
3) Qu'est-ce que les décibels ?
4) Les différents critères qui vont faire varier notre perception de la musique
a) La sonie
b) La dynamique et les instruments de musique
5) les effets néfastes du bruit
CONCLUSION

TPE
I) Qu’est ce que le son?
A) La définition physique du son
En effectuant une simple recherche dans le dictionnaire, on s’apercevra que le son est« une
sensation auditive engendrée par une onde acoustique», mais qu’il désigne aussi «toute
variation se propageant dans l’air et capable d’impressionner notre oreille».
Un son est une onde crée par une vibration d'un corps solide,liquide ou gazeux.
3élements sont nécessaire a sont existence: une source, un milieu transmettant les vibrations
et un récepteur.
Une onde,est simplement une oscillation qui se propage comme une vague dans la mer ou les
cercles autour d’une pierre jetée dans un lac. Cette onde se qualifie donc par la propagation
d'une perturbation.
Physiquement une onde est un champ c'est à dire une zone de l'espace dont les propriétés
sont modifiés .
On peut donc en déduire que pour qu'une onde puisse se propager elle doit être émise dans un
milieu stable donc sous l'action d'une perturbation extérieure.
B) Les caractéristiques d’un son
Une onde sonore est caractérisée par trois paramètres essentiels, liés entre eux:
- sa vitesse
- sa fréquence
- sa longueur d’onde
Au niveau musical on s’intéresse surtout aux trois grandeurs «physiologiques» suivantes:
- la fréquence, appelée alors hauteur du son.
- l’amplitude, ou plus communément l’intensité
-le timbre du son, déterminé par la forme de l’onde sonore.
1) La vitesse
La vitesse d’un son, comme celle de toute onde, est indiquée par sa longueur d’onde et sa
fréquence (donc aussi par sa période, puisque cette dernière est l’inverse de la fréquence), ce
qui nous donne la relation suivante:
V = λ f et, puisque f = 1/T ; V = λ/T
avec
V la vitesse de l’onde en m.s-1
λ la longueur d’onde en m
f la fréquence en s-1ou en Hz
et T la période en s

Cette vitesse de propagation dépend de plusieurs paramètres relatifs au milieu dans lequel
l’onde acoustique évolue:
- la température.
Dans l’air, la relation entre vitesse et température est donnée par cette équation: V = 20√T°
avec V la vitesse en mètre/seconde
T° la température en Kelvin
Par exemple à 20°C, ce qui équivaut à 293K, on aura V = 20√293 ≈ 243 m/s
- la densité et de l’élasticité du milieu.
Ainsi, plus le milieu et dense et moins il est élastique, plus l’onde sonore se déplace
rapidement. En effet, les atomes du milieu se rencontrent dans un intervalle de temps plus
court et transmettent ainsi le mouvement de la matière plus rapidement. L’onde sonore est en
fait inversement proportionnelle à l’élasticité du milieu.
Les solides étant plus denses que les liquides, et les liquides eux-mêmes plus denses que les
gaz on a:
Vson(solide) >Vson(liquide) >Vson(gaz)
2) Fréquence, hauteur et période
La fréquence d’un son indique le nombre d’oscillations complètes de l’onde effectuées par
seconde. Elle s’exprime en Hertz (Hz). On a donc pour une fréquence de 1 hertz une onde
effectuant une oscillation complète (d’une longueur égale à la longueur d’onde) en une
seconde .Elle s’exprime donc en seconde et nous donne simplement la durée que met une onde à
parcourir une distance d’une longueur d’onde, soit le temps qu’elle prend pour réaliser une
oscillation complète. Ainsi, plus la fréquence d’un son est élevée, plus celui-ci est aigüe
On parle de sons graves pour une fréquence inférieure à 20 Hz, de sons médiums pour des
fréquences comprises entre 500 et 3000 Hz, et de sons aigus pour des fréquences
supérieures à 3000 Hz.
3) L’intensité
L’intensité d’un son, appelée aussi volume, est déterminée par l’amplitude de l’onde : plus l’onde
est ample, plus l’intensité du son est forte. L’amplitude est donné par l’écart maximal de la
grandeur qui caractérise l’onde. Pour le son, onde de compression, cette grandeur est la
pression. L’amplitude sera donc donnée par l’écart entre la pression la plus forte et la plus
faible exercée par l’onde acoustique.
4) Le timbre
Le timbre est une caractéristique du son qui permet de différencier deux sons de même
hauteur et de même intensité. Par exemple on peut jouer un même son (même volume, même
fréquence) au piano, à la guitare et à la clarinette sans pour autant qu’il nous paraisse
identique. Cette sensation différente est donc dû au timbre, c'est-à-dire à la «forme» du son.
Ainsi, la pression exercée par une source de vibration peut varier avec une même période pour
deux instruments de musique, mais sans que la pression à l’origine du son évolue de la même
façon.

Les sons peuvent ainsi être déterminés par leur timbre. On distingue les sons purs (ceux émis
par un diapason) opposés aux sons complexes, ou riches (émis par la plupart des instruments
de musique et par la voix).
Ces différences de timbres sont dues à plusieurs éléments, que nous développerons dans la
seconde partie de notre dossier.
Après ces explications, nous savons maintenant ce qu’est un son. Pourtant, avant que le
son, ou l’onde acoustique existe, il faut nécessairement qu’elle soit créée. Comment, se
produisent tous ces sons qui emplissent et rythme notre vie, notamment ceux qui
proviennent des instruments de musique, mais aussi de notre voix? Nous allons développer
ces problématiques dans cette seconde partie.
II) Émission
A) Quelle est l’origine du son ?
Pour qu’un son soit créé, il faut un dispositif, naturel (la gorge de l’homme par exemple) ou
artificiel (les instruments de musique), qui soit composé de deux parties essentielles: un
système mécanique vibrant et une structure résonnante.
1) La source de vibration
La source vibrante, appelée excitateur, a pour fonction principale, comme son nom l’indique, de
vibrer. Cette vibration provoque alors un mouvement de l’air, ou d’un autre milieu environnant,
d’avant en arrière, ce qui est la définition d’une onde acoustique. Cette onde aura donc la même
fréquence que celle à laquelle vibre l’excitateur. On peut se demander pourquoi certains
mouvements que l’on effectue ne produisent pas de sons alors que l’on fait vibrer le milieu
alentour. Par exemple, si on agite un éventail, on ne percevra sans doute aucun son, ni bruit.
Ceci est dû à la fréquence de vibration de l’onde ainsi produite.
En effet, l’oreille humaine ne perçoit les sons qu’au dessus de 16 Hz (16 vibrations par
seconde), et puisqu’il est difficile d’agiter un éventail à raison de 16 fois par seconde, il est
normal que nous n’entendions donc aucun son. En fait, une onde se produit, mais celle-ci est
qualifiée d’infrasonore (en dessous de 16 Hz).
Chez l’homme, la structure vibrante est constituée par les cordes vocales, qui, grâce à leur
tension modulable, nous permettent de faire varier la fréquence du son émis.
Avec un diapason, c’est directement ses branches que l’on fait vibrer.
Pour les instruments à cordes, ce sont les cordes qui entrent en vibration ; soit d’une manière
libre, pour les cordes frappées ou pincées ; soit d’une manière forcée, pour les cordes frottés.
Les percussions produisent un son le plus souvent par l’intermédiaire de la vibration de la peau
(membrane qui recouvre l’instrument).
Les instruments à vent se séparent en plusieurs groupe : l’air entre en vibration au niveau de
l’embouchure, qui crée une série de remous et de tourbillons suivant deux systèmes:
- d’une part, on regroupe les bois, dans lesquels les vibrations sont engendrées par l’anche
(fine lame de bois fixée sur le bec de l’instrument) sous le souffle du musicien.