Fiche de révision : Le son et les instruments

📋 Plan du Cours

1. Le son comme onde vibratoire
2. Période fréquence et perception
3. Sons purs et sons composés
4. Intervalles et octaves musicales
5. Timbre hauteur et intensité
6. Production du son instrumental

📖 1. Le son comme onde vibratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde mécanique : Propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière mais avec transport d’énergie.
• Onde sonore : Onde mécanique due à la compression et à la dilatation des molécules d’air.

📝 Points essentiels

• Les vibrations sonores se déplacent de proche en proche dans l’air, de l’émetteur, comme un instrument, au récepteur, comme le tympan.

💡 Astuce mémo

Compression de l’air → propagation de proche en proche → vibration du tympan

📖 2. Période fréquence et perception

🔑 Notions clés & Définitions

• Période : Intervalle de temps séparant deux états vibratoires identiques et successifs d’un point du milieu.
• Fréquence : Nombre de périodes par unité de temps et se mesure en hertz.

📝 Points essentiels

📌 Un son musical est périodique et se répète de manière identique, tandis qu’un bruit est apériodique.

• L’oreille humaine est sensible aux ondes sonores comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.

💡 Astuce mémo

Son musical périodique ≠ bruit apériodique

📖 3. Sons purs et sons composés

🔑 Notions clés & Définitions

• Son pur : Associé à un signal périodique sinusoïdal et son spectre ne comporte qu’une seule fréquence, représentée par un seul pic.
• Son composé : Associé à un signal périodique non sinusoïdal correspondant à une somme de plusieurs sinusoïdes.

📝 Points essentiels

📌 Dans un son composé, les fréquences harmoniques sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale f₀, qui est la fréquence la plus basse et le premier pic du spectre. — Joseph Fourier

💡 Astuce mémo

Son pur : un pic ; son composé : fondamentale et harmoniques

📖 4. Intervalles et octaves musicales

🔑 Notions clés & Définitions

• Intervalle musical : Rapport de leurs fréquences fondamentales.

★ À maîtriser

📌 Deux notes appartiennent à la même gamme lorsque leur intervalle est inférieur à 2 ; lorsque l’intervalle vaut 2, elles sont identiques mais appartiennent à des octaves différentes.

Compléments

• Pour des fréquences fondamentales de 1046,5 Hz et 2093,0 Hz, l’intervalle vaut $2093{,}0/1046{,}5 = 2$.

💡 Astuce mémo

Même gamme si l’intervalle est inférieur à 2 ; octave si l’intervalle vaut 2

📖 5. Timbre hauteur et intensité

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Puissance acoustique reçue par unité de surface, se note I et s’exprime en W/m².

📝 Points essentiels

📌 La hauteur distingue un son grave d’un son aigu et dépend de la fréquence fondamentale, tandis que le timbre dépend du nombre et de l’amplitude des harmoniques.

📌 Lorsque la fréquence fondamentale f₀ est élevée, le son est aigu.

📐 Formule — L’intensité sonore vérifie $I = \frac{P}{S}$, où P est la puissance acoustique en watt et S la surface en m².

• L’intensité minimale perceptible est I₀ = 10⁻¹² W/m² et le seuil de douleur correspond à 10 W/m² et 130 dB.

📐 Formule — Le niveau d’intensité sonore vérifie $L = 10 \log\left(\frac{I}{I_0}\right)$ avec $I_0 = 10^{-12}\,\mathrm{W/m^2}$, et l’intensité vérifie $I = I_0 \times 10^{L/10}$.

💡 Astuce mémo

Hauteur = fréquence fondamentale ; timbre = harmoniques ; intensité = puissance reçue

📖 6. Production du son instrumental

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse linéique : Masse par unité de longueur et s’exprime en kg·m⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une corde, la fréquence fondamentale vérifie $f = \frac{1}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}$, où L est la longueur, T la tension et μ la masse linéique.

• Pour des cordes de même matière et de même longueur, une corde de diamètre plus important produit un son plus grave, tandis qu’une corde plus fine produit un son plus aigu.

• Une tension plus forte rend le son plus aigu et une longueur de corde plus grande le rend plus grave.

• Dans un instrument à vent, les dimensions de la colonne d’air et le matériau de fabrication influencent principalement le timbre, tandis qu’un volume plus élevé rend le son plus grave et diminue la fréquence fondamentale.

Compléments

• Dans un instrument à vent, le musicien souffle pour donner l’impulsion, puis la colonne d’air du tuyau résonne et répercute les vibrations, ce qui contribue au timbre du son.

💡 Astuce mémo

Corde : tension, longueur et masse linéique ; vent : colonne d’air et matériau

📊 Tableaux de synthèse

Paramètres du son musical