Il est possible, en écoutant des instruments de musique, de reconnaître l'instrument voire même pour certains la note jouée. Mais qu'est-ce qui permet de faire cela, et quelles sont les caractéristiques d'un son ?
Documents
Document 1 : Période et fréquence
La période T est définie comme la durée d’un motif élémentaire, elle s’exprime en seconde.
La fréquence f d’un phénomène est définie comme le nombre de périodes par seconde soit.
\boxed {\Large{f=\frac{1}{T}}}
f en Hertz (Hz) et T en seconde (s)
Document 2 : Notes et octaves
Document 3 : Hauteur et timbre
La hauteur d’un son est la sensation physiologique qui caractérise la perception grave ou aiguë d’un son. Elle est directement liée à la fréquence, ainsi deux signaux ayant la même fréquence correspondent à la même note.
Le timbre est la sensation physiologique qui permet de distinguer la même note jouée par deux instruments différents, les formes temporelles de leur signal sonore sont différentes.
Étude expérimentale
Étude du son émis par un instrument
Grâce à un micro relié à une carte d'acquisition on se propose de visualiser la forme d'un son.
On propose donc de produire une note (avec un instrument ou en chantant) et d'enregistrer les variations de la membrane du micro.
Réaliser les branchements permettant de réaliser cela (la durée d'enregistrement du son sera de 20 ms).
- Alimenter la carte SYSAM, relier la carte SYSAM à l’ordinateur.
- Démarrer le logiciel Mesures électriques dans Physique Chimie.
- Activer la voie EA0.
- Durée totale : 20 ms.
- Brancher le micro entre EA0 et la masse.
- Produire une note et démarrer l’acquisition.
Questions :
- Quelle est la grande différence entre l’enregistrement du « clap » de la séance précédente et celui du son d’aujourd’hui ?
- Déterminer, avec la plus grande précision possible, la période et la fréquence du son enregistré.
- Déterminer le nom de la note et l'octave auquel elle appartient.
1. Un son est constitué d'un motif qui se répète périodiquement dans le temps, alors qu'un clap était une perturbation ponctuelle.
2. Pour déterminer précisément la période on va mesurer le plus grand nombre possible de motifs
Ici par exemple nous mesurons 7 motifs (donc 7 T) pour une durée totale de 45,3 ms d'où T = 45,3 / 7 = 6,47 ms
On peut en déduire la valeur de la fréquence : f = 1 / T = 1 / 6,47.10-3 s = 155 Hz
3. D'après le document 2 la note jouée est entre un Ré et un Mi du deuxième octave (entre 147Hz et 165Hz).
Reconnaître un instrument
Une même note "La3" est joué par 4 instruments différents et enregistré. Les signaux obtenus sont donnés ci-dessous.
Diapason
Piano
Saxophone
Voix
Questions :
- Calculer, le plus précisément possible, la période et la fréquence du diapason et du piano.
- Calculer, à l’aide du logiciel, la période du saxophone et de la voix et en déduire la fréquence (faire un clic droit sur le son puis "enregistrer le fichier audio sous...").
- A partir des points communs et des différences entre ces 4 enregistrements, conclure sur ce qui permet de caractériser une note en utilisant le vocabulaire du document. Vous utiliserez dans votre conclusion le vocabulaire du document n°4.
Fréquence des sons : HAUTEUR
Pour les deux instruments on mesure la durée d'un maximum de motifs afin de trouver la période.
On trouve pour le diapason 440 Hz et pour le piano 437 Hz. Les deux instruments jouent pratiquement la même note.
Les deux autres enregistrements donnent à peu près la même fréquence soit 438 HZ.
Tous les instruments jouent donc la même note soit un La du troisième octave
TIMBRE des sons
Ce sont les mêmes notes qui sont jouées, mais on voit bien que la forme des signaux n'est pas la même. C'est ce qui permet de reconnaître un instrument : on appelle cela le TIMBRE.