ACOUSTIQUE MUSICALE ET PHYSIQUE DES SONS

ACOUSTIQUE MUSICALE ET PHYSIQUE DES SONS
I – Audition et fréquences sonores :
1. Sensation auditive liée à la fréquence sonore :
La hauteur d’un son dépend de la fréquence de la vibration sonore. Plus la fréquence est élevée, plus le son
est aigu.
2. Fréquences et sensibilité de l’oreille :
L’oreille humaine ne perçoit une sensation auditive que pour
des vibrations de fréquences comprises entre 20 et 20000 Hz environ.
Les vibrations de fréquences inférieures à 20 Hz sont des infrasons.
Les vibrations de fréquences supérieures à 20 000 Hz sont des ultrasons.
3. Mesure de la hauteur d’un son :
La hauteur d’un son est mesurée par la fréquence du fondamental.
T =
Rque : lorsque des instruments jouent des notes de même hauteur, on dit qu’ils sont à l’unisson.
II – Le timbre d’un son :
1. Des sons différents pour une même note :
La même note jouée par 2 instruments différents procure 2 sensations sonores différentes.
Le timbre est la qualité du son qui permet de distinguer 2 notes de même hauteur jouée par 2 instruments
différents.
Le timbre d’un son dépend de sa composition en harmoniques :
- la note émise par un diapason est une vibration sinusoïdale de fréquence 440 Hz ; c’est un son pur.
- la note émise par un instrument de musique est une vibration périodique mais non sinusoïdale : elle dépend
de la présence plus ou moins importante d’harmoniques ; c’est un son complexe.
Un son musical périodique de fréquence f1 (fréquence fondamentale) est la superposition du fondamental et
d’harmoniques de fréquences 2 f1,3 f1, …., kf1 (k Є N*).
2. Enveloppe d’un son :
Une vibration sonore associée à une note émise par un instrument ne conserve pas la même amplitude
pendant toute la durée de l’émission.
La courbe joignant les maxima (et les minima) entre eux est l’enveloppe : elle traduit l’évolution de
l’amplitude.
On peut distinguer 3 phases :
- l’attaque est la montée en amplitude de la vibration sonore au début de
l’émission ;
- le corps est la phase pendant laquelle l’amplitude ne varie presque pas ;
- l’extinction est la phase pendant laquelle l’amplitude de la vibration
diminue rapidement avant de s’annuler à la fin de l’émission.
L’attaque et l’extinction constituent des phases transitoires.
Les transitoires (attaque et extinction) jouent un rôle important dans le timbre
d’un instrument.

III – L’intensité d’un son :
1. Pourquoi un son est-il plus ou moins fort ?
L’intensité d’un son est la qualité qui donne la sensation qu’un son est plus ou moins fort.
L’intensité d’un son est liée à l’amplitude de la vibration sonore perçue.
2. Mesure de l’intensité sonore :
L’intensité sonore (ou intensité acoustique) est la puissance de la vibration sonore reçue par unité de
surface au niveau du récepteur :
S
P
I
Rque : la surface S est perpendiculaire à la direction de propagation
de l’onde et l’intensité sonore est uniforme sur toute la surface S.
3. Niveau sonore et décibel acoustique :
La réponse de l’oreille n’est pas une fonction linéaire de l’intensité
sonore I.
Le niveau sonore L (level), exprimé en décibel acoustique (dBA), est défini par la relation suivante :
0
log.10 I
I
L
où I est l’intensité sonore de la vibration acoustique et I0 est une intensité de référence.
I0 = 10 – 12 W.m-2 correspond au seuil d’audibilité de l’oreille humaine pour un son de fréquence 1000 Hz.
La mesure des niveaux sonores s’effectue avec un sonomètre.
Rques :  S’il existe un seuil en dessous duquel l’oreille n’est pas capable de percevoir un son, à
l’inverse, dès que le niveau sonore augmente, la sensation devient vite gênante puis fatigante, voire
dangereuse.
A ce niveau, la durée d’exposition joue un rôle sur les effets du bruit supporté: une exposition trop longue à
des sons de niveau sonore trop élevé peut entraîner des lésions plus ou moins graves, voire irréversibles au
niveau du système auditif.

 le seuil de douleur est I = 1 W.m-2 .
a) Calculer le niveau sonore pour une intensité acoustique I égale à I0
b) Même question pour une intensité acoustique égale au seuil de douleur.
c) Montrer que si I2 = 2 I1 alors L2  3 + L1
IV – Les gammes :
1. L’octave :
Le rapport entre les fréquences de 2 notes s’appelle un intervalle musical.
Lorsque 2 notes ont des fréquences dont l’une est le double de l’autre, on dit qu’elles sont séparées d’in
intervalle d’une octave. Elles portent alors le même nom.
Ex : la3 440 Hz la4 880 Hz
2. La gamme tempérée :
L'écriture musicale habituelle utilise une suite de notes, rangées par fréquence croissante, dans l'intervalle
d'une octave.
La gamme la plus utilisée est la gamme tempérée qui a été imposée à l'usage par J.S. Bach au XVIIIème
siècle.
La gamme tempérée est divisée en douze intervalles égaux appelés demi-tons :
Le rapport des fréquences est le même entre deux notes successives, sur toute l'étendue de la gamme, il est
de
261,6
293,7
329,6
349,2
392,0
440,0
493,9
523,3
La gamme tempérée basée sur les intervalles nécessite une fréquence de référence. Par convention, il s'agit
de la fréquence du la3 égale à 440 Hz.
12 2
ou
1
12
2
Fréquences en Hz