Fiche de révision : Le son : hauteur et timbre

📋 Plan du Cours

1. Naissance et propagation du son
2. Période et fréquence
3. Hauteur des sons
4. Timbre et forme du signal
5. Intensité et risques auditifs
6. Mesures expérimentales des sons

📖 1. Naissance et propagation du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Naît d’une vibration et se propage de proche en proche dans un milieu matériel.

📝 Points essentiels

📌 Le son ne peut pas se propager dans le vide, car sa propagation nécessite un milieu matériel.

• Dans l’air à 20 °C, la vitesse de propagation du son vaut 340 m.s⁻¹.

📐 Formule - La vitesse de propagation vérifie $v = \frac{d}{\Delta t}$, avec v en m.s⁻¹, d en m et Δt en s.

💡 Astuce mémo

Vibration → propagation de proche en proche → son perçu

📖 2. Période et fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Période : Durée d’un motif élémentaire d’un signal périodique.
• Fréquence : Nombre de motifs élémentaires d’un signal réalisés en une seconde.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence et la période sont liées par $f = \frac{1}{T}$, avec T en seconde et f en hertz (Hz).

Compléments

📌 Pour mesurer la période avec davantage de précision, il est préférable de mesurer plusieurs périodes puis de diviser la durée totale par leur nombre.

• Un signal est périodique lorsqu’un motif élémentaire se répète ; certains sons, comme la voix et les notes de musique, sont périodiques, tandis que le frottement d’un papier ne l’est pas.

💡 Astuce mémo

Période = durée d’un motif ; fréquence = motifs par seconde

📖 3. Hauteur des sons

★ À maîtriser

📌 Un son aigu est un son de fréquence élevée, tandis qu’un son grave est un son de basse fréquence.

• Dans l’activité expérimentale, la flûte a une fréquence d’environ 588 Hz, le piano d’environ 179 Hz et la trompette d’environ 303 Hz.

Compléments

• Dans l’activité expérimentale, la flûte produit le son perçu comme le plus aigu et la trompette celui perçu comme le plus grave.

💡 Astuce mémo

Fréquence élevée = son aigu ; fréquence basse = son grave

📖 4. Timbre et forme du signal

🔑 Notions clés & Définitions

• Timbre : Caractéristique qui permet de différencier des instruments jouant des sons de même fréquence ; il est directement lié à la forme de la courbe du signal.

★ À maîtriser

📌 Deux instruments peuvent produire des sons de même fréquence mais de timbres différents si la forme de leur motif élémentaire diffère.

Compléments

📌 Le timbre est lié à la forme du motif élémentaire, mais pas à sa durée ni à son amplitude.

• Le signal de la flûte est sinusoïdal ou presque sinusoïdal dans l’activité expérimentale.

💡 Astuce mémo

Même fréquence, mais forme différente : timbres différents

📖 5. Intensité et risques auditifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Exprimée en W.m⁻², elle dépend de l’amplitude du signal.
• Niveau d’intensité sonore : Le niveau d’intensité sonore L est exprimé en décibels (dB) et est lié à l’intensité sonore I.

📝 Points essentiels

📌 Plus l’amplitude du signal est grande, plus le son est fort et plus son intensité sonore est élevée.

📌 Un son trop intense peut endommager les oreilles de manière irréparable, et un acouphène peut être un signe précurseur.

💡 Astuce mémo

Amplitude plus grande → intensité sonore plus forte → risque auditif

📖 6. Mesures expérimentales des sons

★ À maîtriser

• 🔄 La détermination expérimentale de la fréquence consiste à : mesurer la durée de plusieurs motifs, calculer la période d’un motif en seconde, appliquer la relation entre fréquence et période

• L’intervalle audible est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz ; les fréquences inférieures sont des infrasons et celles supérieures sont des ultrasons.

Compléments

• Pour la flûte, 10 motifs durent 17 ms, donc la période vaut 1,7 ms et la fréquence vaut environ 588 Hz.

• Pour le piano, 5 motifs durent 28 ms, donc la période vaut 5,6 ms et la fréquence vaut environ 179 Hz.

• Pour la trompette, 6 motifs durent 20 ms, donc la période vaut environ 3,33 ms et la fréquence environ 303 Hz.

💡 Astuce mémo

Mesurer plusieurs motifs → calculer T → calculer f