Fiche de révision : Le son et ses caractéristiques

📋 Plan du Cours

1. Signaux périodiques et fréquence
2. Sons purs, sons composés et spectres
3. Intensité et niveau sonore
4. Fréquence des cordes vibrantes
5. Harmoniques et instruments
6. Paramètres des instruments à vent

📖 1. Signaux périodiques et fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal périodique : Signal sonore dont l’enregistrement présente la répétition régulière d’un même motif élémentaire.
• Période : Le plus petit intervalle de temps au bout duquel le motif élémentaire se répète, exprimé en seconde.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence d’un signal périodique vérifie $f=\frac{1}{T}$, avec f en hertz et T en seconde.

Compléments

• Une note de musique est liée à la fréquence du son qui la produit.

💡 Astuce mémo

Motif répété → période T → fréquence f

📖 2. Sons purs, sons composés et spectres

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence fondamentale : La fréquence la plus basse d’un son composé ou l’unique fréquence d’un son pur.

📝 Points essentiels

📌 Un son pur possède une représentation temporelle sinusoïdale et un spectre comportant uniquement la fréquence fondamentale.

📌 Un son composé est associé à un signal périodique non sinusoïdal dont le spectre comporte une fréquence fondamentale et plusieurs harmoniques.

• Le signal périodique associé à un son composé se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale.

💡 Astuce mémo

Pur = un pic ; composé = plusieurs pics

📖 3. Intensité et niveau sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : L’intensité sonore I est la puissance sonore P reçue par unité de surface S et vérifie $I=\frac{P}{S}$, en W·m⁻².

★ À maîtriser

📐 Formule - Le niveau d’intensité sonore vérifie $L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$, avec $I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$.

📌 Pour plusieurs sources sonores, l’intensité totale est la somme des intensités individuelles, $I=I_1+I_2+\cdots+I_n$, tandis que les niveaux sonores ne s’additionnent pas.

Compléments

• Une multiplication par deux de l’intensité sonore augmente le niveau d’intensité sonore de 3 dB.

• Le seuil de danger sonore est de 90 dB et le seuil de douleur est de 120 dB.

💡 Astuce mémo

I s’additionne, L ne s’additionne pas

📖 4. Fréquence des cordes vibrantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse linéique : La masse linéique μ d’une corde est sa masse par unité de longueur et vérifie $\mu=\frac{m}{\ell}$, en kg·m⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence fondamentale d’une corde vibrante vérifie $f_0=\frac{1}{2\ell}\sqrt{\frac{T}{\mu}}$, où ℓ est sa longueur, T sa tension et μ sa masse linéique.

📌 À tension et masse linéique constantes, augmenter la longueur vibrante d’une corde diminue sa fréquence fondamentale.

Compléments

• Si la longueur vibrante d’une corde est divisée par deux, sa fréquence fondamentale est multipliée par deux, par exemple de 440 Hz à 880 Hz.

💡 Astuce mémo

Corde plus longue → fréquence plus faible → son plus grave

📖 5. Harmoniques et instruments

🔑 Notions clés & Définitions

• Harmonique : Fréquence présente dans un son composé et égale à un multiple entier de sa fréquence fondamentale.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour une corde vibrante, l’harmonique de rang n vérifie $f_n=(n+1)f_0$.

Compléments

• Pour une même longueur de corde, le premier harmonique vérifie f1=2f0 et le second harmonique vérifie f2=3f0.

💡 Astuce mémo

Fondamentale, premier harmonique, second harmonique

📖 6. Paramètres des instruments à vent

★ À maîtriser

📌 Dans un instrument à vent, le son est produit par la vibration d’une colonne d’air dont la longueur détermine la fréquence.

📌 Dans un instrument à vent, une colonne d’air plus longue produit une fréquence plus faible et un son plus grave, tandis qu’une colonne plus courte produit un son plus aigu.

Compléments

• Le la3 sert de note de référence pour accorder les instruments et correspond également à la tonalité du téléphone.

💡 Astuce mémo

Colonne d’air longue = grave ; courte = aigu

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des sons