Cours 1 - Son et Musique - PDF

Cours 1 Son et musique, porteurs d’information 1 ENS LE SON, UN PHENOMENE VIBRATOIRE I. Le son 1. Un phénomène vibratoire Le son est une onde que nous percevons grâce à notre ouïe. Il s’agit d’un phéno...

Cours 1 Son et musique, porteurs d’information 1 ENS LE SON, UN PHENOMENE VIBRATOIRE I. Le son 1. Un phénomène vibratoire Le son est une onde que nous percevons grâce à notre ouïe. Il s’agit d’un phénomène vibratoire qui ne peut se propager que dans un milieu matériel. Ce milieu subit au passage de l’onde sonore de légères variations de pression. 2. Caractéristique d’un signal sonore périodique Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers. A l’aide d’un microphone, on peut transformer un son en signal électrique. Ce signal converti est alors visualisable sur un oscilloscope ou sur un ordinateur. Ce signal se caractérise par la répétition régulière d’un même motif ayant la même période et donc la même fréquence que le signal sonore périodique étudié. a) La période, T La période, T, d’un phénomène périodique est la plus petite durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même. L’unité de période T est la seconde, de symbole s. b) La fréquence, f. 𝟏 La fréquence f représente le nombre de période par seconde. On écrit : f= 𝐓 L’unité de fréquence est le Hertz : Hz (il faut pour cela exprimer la période en seconde s). 3. Son pur et son composé Un son est dit « pur » si celui-ci est associé à un signal périodique de fréquence f correspondant à une courbe sinusoïdale. Un son pur L’analyse spectrale montre la présence d’une seule fréquence constituant le signal EM 1/4 2022/2023 Cours 1 Son et musique, porteurs d’information 1 ENS En revanche, un son est dit « composé » lorsqu’il est associé à un signal périodique non sinusoïdal. On peut alors le décomposer en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquences différentes, toutes multiples d’une fréquence f dite fondamentale. Les fréquences multiples sont appelées harmoniques. Un Son composé est constitué d’une somme de signaux sinusoïdaux de fréquence différentes. L’analyse spectrale montre la présence d’une fréquence fondamentale f (le premier pic) et de fréquences harmoniques, toutes multiples de la fréquence fondamentale f. EM 2/4 2022/2023 Cours 1 Son et musique, porteurs d’information 1 ENS II. Le niveau d’intensité d’un son 1. L’intensité sonore Les sons perçus sont caractérisés par une intensité sonore, notée I. C’est une grandeur exprimée en watts par mètre carré (W.m‑2) correspondant à la puissance transportée par unité de surface. L'Homme peut en moyenne percevoir des sons ayant une intensité sonore supérieure à 10-12 W.m-2. Cette intensité sonore minimale est notée I0 et appelée seuil d'audibilité. Par ailleurs, un son dont l'intensité sonore est très forte peut provoquer une douleur, ainsi qu'une perte d'audition partielle ou totale : on estime en général que le seuil de douleur correspond à une valeur d'environ 10 W.m-2. L'exposition répétée à des ondes sonores d'intensité élevées mais inférieures aux intensités maximales, sans protections appropriées, peu également engendrer des dommages sur l'oreille humaine. 2. Le niveau d’intensité sonore Toutefois, pour comparer les intensités sonores entre elles, il est plus commode de faire appel à la notion de niveau d’intensité sonore, noté L, et exprimée en décibels (dB) selon une échelle logarithmique. Niveau d’intensité sonore (dB) Le niveau d'intensité sonore n'est pas proportionnel à l'intensité sonore : il suit une loi logarithmique qui peut être présentée par le graphique ci-dessus (entre 0,1 et 10,0 W·m‑2). Pour passer d’un niveau d’intensité sonore L à une intensité I et vice versa, on utilise un graphique semi- logarithmique (voir ci-dessus) ou les deux relations mathématiques ci-dessous : L en dB I en W·m‑2 I0 = 10‑12 W·m‑2 (seuil d’audibilité de l’oreille humaine) L'axe gradué ci-dessus présente des exemples de sources sonores de niveaux d’intensité sonore différents exprimés en dB. EM 3/4 2022/2023 Cours 1 Son et musique, porteurs d’information 1 ENS III. La production d’un son en musique En musique, certains instruments se servent des propriétés vibratoires des cordes tendues pour produire des sons. Une fois pincées, frappées ou frottées, ces cordes se mettent à vibrer à une fréquence f appelée fréquence fondamentale, proportionnelle à l’inverse de la longueur L de la corde. Par analogie, les instruments à vent produisent des sons grâce aux vibrations de colonnes d’air. La fréquence fondamentale des sons produits est cette fois-ci proportionnelle à l’inverse de la hauteur des tubes. Les deux signaux ont la même fréquence, on dit que les deux sons sont de même hauteur. Mais le motif qui se répète est différent, c’est ce qui distingue le son émis par deux instruments de musique différents. Ils ont des timbres différents. La hauteur d'un son correspond à sa fréquence. Le timbre d'un son dépend de la forme du signal sonore et de son évolution dans le temps. Deux sons de même hauteur, joués par des instruments différents, donnent des sensations auditives différentes à cause de leur timbre L'analyse sonore a permis l'avènement de la musique synthétique, la génération de sons de diverses fréquences étant possible à volonté. EM 4/4 2022/2023