Fiche de révision : Son et musique

📋 Plan du Cours

1. Vibration et propagation du son
2. Période et fréquence du signal
3. Sons purs et sons composés
4. Hauteur, octave et timbre
5. Intensité et niveau sonore
6. Corde vibrante et fréquence fondamentale

📖 1. Vibration et propagation du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Vibration régulière d’un objet qui se propage de proche en proche dans la matière, de l’émetteur au récepteur.

💡 Astuce mémo

Vibration de la source → propagation de proche en proche → récepteur

📖 2. Période et fréquence du signal

🔑 Notions clés & Définitions

• Période : Durée du motif élémentaire d’un signal périodique, exprimée en secondes (s).
• Fréquence : Nombre de répétitions du motif élémentaire par seconde, exprimé en hertz (Hz), avec $f=\frac{1}{T}$.

📝 Points essentiels

• L’oreille humaine entend les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.

📖 3. Sons purs et sons composés

🔑 Notions clés & Définitions

• Son pur : Un son pur a un signal temporel sinusoïdal et une seule fréquence dans son analyse spectrale.
• Son composé : Somme de plusieurs sons purs, associée à un signal périodique dont le spectre contient plusieurs fréquences d’amplitude non nulle.
• Fréquence fondamentale : Plus petite fréquence mesurée dans un son.
• Fréquences harmoniques : Autres fréquences présentes dans un son qui sont des multiples de sa fréquence fondamentale.

💡 Astuce mémo

Pur : une seule fréquence ; composé : fondamentale et harmoniques

📖 4. Hauteur, octave et timbre

🔑 Notions clés & Définitions

• Hauteur : La hauteur d’un son, qui indique s’il est plus ou moins aigu, est caractérisée par sa fréquence fondamentale.
• Timbre : Le timbre d’un instrument de musique est caractérisé par les harmoniques du son et leur intensité.
• Intervalle : Rapport entre les fréquences fondamentales de deux sons.

📝 Points essentiels

• Un intervalle dont le rapport des fréquences fondamentales vaut 2 correspond à une octave, et la fréquence est multipliée par 2 en passant à l’octave supérieure.

💡 Astuce mémo

La fondamentale fixe la hauteur ; les harmoniques caractérisent le timbre

📖 5. Intensité et niveau sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Puissance sonore : Énergie fournie au phénomène par unité de temps, mesurée en watts (W).
• Intensité sonore : Puissance de l’onde reçue par unité de surface, mesurée en watts par mètre carré (W·m⁻²).
• Niveau sonore : Le niveau d’intensité sonore L exprime la sensation auditive, se mesure en décibels (dB) avec un sonomètre et se calcule par $L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’intensité sonore vérifie $I=\frac{P}{S}$, où P est la puissance sonore et S la surface de propagation.

📌 Pour plusieurs sources sonores, les intensités s’additionnent selon $I=I_1+I_2+\cdots+I_n$, mais les niveaux sonores en décibels ne s’additionnent pas directement.

Compléments

• Dans un milieu homogène sans obstacle, la puissance sonore se répartit sur une sphère centrée sur la source, si bien que l’intensité diminue quand on s’en éloigne.

• Pour un son de 1000 Hz, le seuil d’audibilité est $I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\,m^{-2}}$ et le seuil de douleur est $I_{\max}=1\ \mathrm{W\,m^{-2}}$.

• D’après le cours, 10 000 moustiques produisent un niveau sonore de 75 dB à partir d’un niveau de 35 dB pour un moustique à un mètre.

💡 Astuce mémo

La puissance s’étale sur une surface croissante → l’intensité diminue avec la distance

📖 6. Corde vibrante et fréquence fondamentale

★ À maîtriser

• La fréquence fondamentale d’une corde tendue dépend de sa longueur, de sa tension et de sa masse linéique.

📐 Formule - Pour une corde vibrante, la fréquence fondamentale est $f=\frac{1}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}$, où T est la tension, L la longueur et μ la masse linéique. - Mersenne, Questions harmoniques, 1634

Compléments

• À caractéristiques identiques, raccourcir la longueur vibrante d’une corde augmente sa fréquence et rend le son plus aigu.

• Une corde tendue mise en vibration émet un son complexe, ou composé.

• Dans une flûte, allonger la colonne d’air vibrante diminue la fréquence et produit un son plus grave.