Acousti

2ème THEME : LE SON
CHAPITRE EMETTEURS ET RECEPTEURS SONORES
TP VOIX ET ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE
NOTIONS ABORDEES :

Acoustique physiologique

Niveau sonore

Audiogramme
I.
LA VOIX ET L’OREILLE HUMAINE
1. Documents
La voix est considérée comme le plus ancien des instruments de musique, l’oreille comme le plus ancien récepteur sonore.
Comment la voix est-elle créée ? Comment l’oreille capte-t-elle les sons ?
Document 1 : Comment naît la voix ?
« La formation de la voix est déterminée par le jeu de
plusieurs structures (systèmes).
L’appareil respiratoire producteur de souffle :
Le souffle sera maîtrisé différemment pour l’émission de la
voix (fig.1)
Le vibreur laryngé producteur du son de la voix :
L’indispensable passage du souffle entre deux cordes
vocales, rapprochées de façon adéquate, les fait vibrer.
C’est l’origine du son de la voix
Les deux cordes (plis vocaux) sont placées horizontalement
dans le larynx (à hauteur de la pomme d’Adam) (fig.2)
Les espaces d’amplification et de résonance :
Ces espaces, ou cavités (gorge, nez, bouche) changent de
volume et de forme grâce au jeu des muscles du voile du
palis, de la langue, des lèvres… Ainsi, peuvent se modifier les
qualités de la voix. »
Extrait de la recommandation 27 BIAP
Bureau International d’Audio-Phonologie, www.biap.org
Document 2 : Description de la voix
La voix peut être caractérisée par quatre paramètres principaux :

La hauteur est la sensation auditive liée à la fréquence des vibrations des cordes vocales (son grave, son aigu). L’unité
de mesure est le hertz

L’intensité est la sensation auditive liée à l’amplitude des vibrations des cordes vocales (son fort, son faible). L’unité de
mesure est le décibel.

Le timbre est la sensation auditive liée aux harmoniques présents (son sombre, son clair)

La tenue est la sensation auditive liée à la durée des vibrations des cordes vocales (son long, son court)
Document 3 : les registres de la voix
On peut changer la fréquence de vibration des cordes vocales en modifiant leur tension, et surtout leur épaisseur. Cela a
pour effet de faire varier la hauteur des sons émis par la voix. Ces modifications sont le fruit d’actions neurocérébrales.
Le registre d’une voix est l’étendue de son échelle vocale, de
la note la plus grave à la plus aiguë. Pour la voix chantée,
l’échelle des sons pouvant être émis de façon homogène est
appelée tessiture, c’est une partie du registre d’un
interprète
Document 4 : Acoustique physiologique
L'oreille comprend trois parties principales :
L'oreille externe agit comme un capteur.
C'est la seule partie, en communication directe avec l'extérieur. Elle est
composée d'un pavillon et d'un conduit auditif. C'est une simple structure de
transmission des sons vers le tympan.
L'oreille moyenne agit comme un micro.
Elle tient le rôle de protection et de transmission mécanique. Les vibrations
du tympan, qui agit comme un micro, sont transmises au marteau, à l'enclume
et à l'étrier.
L'oreille interne qui agit comme un Ampli-Tuner.
Cette partie est la plus fragile de l'oreille. Elle est constituée de quelques milliers de cellules ciliées : c'est « notre capital
auditif ». Lorsque l'oreille est exposée à un volume sonore excessif, un bruit brutal, des sons aigus, une durée d'écoute
prolongée, ces cellules peuvent être abîmées, voire détruites. Elles ne sont pas réparables, leur destruction est donc
définitive.
2. Questions
1) Quelles sont les trois parties du corps qui interviennent dans la voix ?
2) Schématiser, sous la forme d’une chaîne, les principales étapes de la production d’un son par la voix, puis de la
perception d’un son par l’oreille
3) Comment peut-on expliquer la différence de tessiture entre un baryton et une soprano ?
II.
LES TIMBRES DE LA VOIX
1. Expérience
 Relier le microphone à l’interface d’acquisition
 Enregistrer les signaux sonores des voyelles : a, e, i, o, u, chantées à la même hauteur, par les deux personnes du
binome
 Pour chaque son enregistré, visualiser le signal temporel, puis le spectre de chaque son
1)
2)
3)
4)
5)
2. Exploitation
Noter les fréquences des premiers pics de chaque spectre
Comparer les signaux temporels et les spectres, et indiquer les différences et les similitudes entre les sons chantés
La fréquence de vibration des cordes vocales change-t-elle en fonction de la voyelle ?
Quelles parties de l’appareil phonatoire sont responsables des différences entre les voyelles ?
Quelles différences apparaissent lorsque le même son est chanté à la même hauteur par une fille et un garçon, et par
deux personnes du même sexe ?
III.
L’AUDITION
1. Niveau sonore
a. Expérience 1 : influence de l’intensité I du son émis sur le niveau sonore L
Le niveau sonore L est mesuré en décibel (dB) à l’aide d’un sonomètre. Pour le
confort de l’expérience, nous placerons le dispositif dans une mallette isolée
phoniquement
Placer le petit Haut-parleur dans la mallette, et passer les fils par l’ouverture
Relier le petit haut-parleur au GBF, réglé à une fréquence de 1000 Hz
Placer le sonomètre dans l’autre ouverture
Augmenter l’amplitude du signal délivré et compléter le tableau
Amplitude 2
4
6
Vcc (V)
Niveau
sonore
(dB)
Tracer la courbe L= f(Vcc) sur Latis-pro
8
10
12
14
16
18
b. Expérience 2 : influence de la distance d sur le niveau sonore L
Placer le buzzer, relié à la tige graduée dans la mallette, dans la position pour lequel il est le plus enfoncé
Positionner le sonomètre dans l’autre ouverture
Déplacer le buzzer et relever le niveau sonore. Compléter le tableau :
Distance d
0
2
4
8
10
15
(cm)
Niveau sonore
L (dB)
Tracer la courbe L = f(d), puis la modéliser
1)
2)
3)
4)
5)
20
20
c. Exploitation
Le niveau sonore L et l’amplitude Vcc (ou l’intensité sonore I) sont-ils proportionnels ?
De combien de décibel augmente le niveau sonore lorsqu’on double la tension d’alimentation du haut-parleur ?
L’expression du niveau sonore est L = 20 log(Vcc). Vérifier les résultats précédents à l’aide de la formule
Le niveau sonore est-il proportionnel à la distance entre l’émetteur et le récepteur ?
De combien varie le niveau sonore lorsque la distance est multipliée par 2 ?
2. Audiogramme
a. Domaine des sons audibles
On relie un HP médium au GBF
On augmente progressivement la fréquence du signal
Noter les valeurs extrêmes fmin et fmax des sons audibles
b. Principe de construction de l’audiogramme (logiciel audiogramme)
Le terme audiogramme désigne un graphique qui permet de visualiser la capacité auditive d'un sujet.
L'audiogramme tonal se base généralement sur des sons purs à fréquences choisies arbitrairement et conventionnellement (à
125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 750 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz, 2000 Hz, 3000 Hz, 4000 Hz, 6000 Hz, 8000 Hz, 15000 Hz). On
mesure le seuil de l'audition pour ces différentes fréquences. On le fait en adressant le son tour à tour à chaque oreille au
moyen d'un casque ou de haut-parleurs (audiogramme en voie aérienne)
A l’aide du logiciel Audiogramme, établir votre audiogramme
c.
Etude d’un audiogramme et seuils de dangers
Figure 2 : audiogramme d’une oreille humaine
1)
2)
3)
4)
Suggérer une source sonore pouvant fournir une intensité acoustique de 2.10-5 W.m-2.
Calculer le niveau sonore L correspondant, sachant que L = 10 log(I/Io), avec Io, limite d’audition
A quelle fréquence le seuil de douleur est-il le plus élevé ? A quelle fréquence est-il le plus faible ?
Calculer la valeur des intensités sonores correspondantes