Fiche de révision : Son, musique et information

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques physiques du son
2. Fréquence et hauteur des notes
3. Harmoniques et timbre
4. Instruments et intervalles musicaux
5. Intensité sonore et décibels

📖 1. Caractéristiques physiques du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Vibration mécanique de l’air.
• Son pur : Représenté par une fonction sinusoïdale caractérisée par une période et une fréquence.
• Son composé : Représenté par une fonction périodique non sinusoïdale.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence et la période sont liées par $f = \frac{1}{T}$, où la période est exprimée en secondes et la fréquence en hertz.

Compléments

• Pour le son d’un diapason, une période de 2,3 ms correspond à une fréquence d’environ 438 Hz.

💡 Astuce mémo

Son pur = une sinusoïde ; son composé = une forme périodique non sinusoïdale

📖 2. Fréquence et hauteur des notes

📝 Points essentiels

• Pour le son d’une guitare, une période d’environ 2,0 × 10⁻³ s correspond à une fréquence de 500 Hz.

💡 Astuce mémo

Fréquence plus grande → note plus aiguë ; fréquence plus faible → note plus grave

📖 3. Harmoniques et timbre

🔑 Notions clés & Définitions

• Fondamental : Composante sinusoïdale de plus basse fréquence d’un son composé.
• Harmonique : Signal sinusoïdal ajouté au fondamental dont la fréquence est un multiple de la fréquence fondamentale.
• Timbre : Dépend de la présence de ses harmoniques et de la variation de leur amplitude.
• Spectre : Représentation graphique d’un son en fonction de la fréquence, avec des pics dont l’ordonnée indique l’amplitude.

📝 Points essentiels

• Tout signal périodique peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux, selon les travaux de Fourier de 1822.

📐 Formule - Les fréquences harmoniques vérifient $f_n = n \times f_0$ avec $n \in \mathbb{N}$, où $f_0$ est la fréquence fondamentale.

💡 Astuce mémo

Fondamental, puis harmoniques aux rangs 2, 3, 4…

📖 4. Instruments et intervalles musicaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Intervalle musical : Rapport entre leurs fréquences fondamentales.
• Gamme : Suite finie de notes de musique située à l’intérieur d’une octave.

📝 Points essentiels

📌 Pour un instrument à cordes, une tension plus élevée, une longueur plus courte ou une masse par unité de longueur plus faible augmente la fréquence et rend le son plus aigu.

📌 Pour un instrument à vent, plus la colonne d’air vibrante est grande, plus la fréquence est basse et plus le son est grave.

• Deux sons séparés d’une octave ont un rapport de fréquences égal à 2 et correspondent à la même note dans deux octaves successives.

💡 Astuce mémo

Corde : tension, longueur, masse ; vent : longueur de la colonne d’air

📖 5. Intensité sonore et décibels

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Puissance sonore reçue par unité de surface et exprimée en watts par mètre carré.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour une propagation sphérique, l’intensité sonore vérifie $I = \frac{P}{4\pi R^2}$, où P est la puissance sonore et R la distance à la source.

• Les intensités sonores de plusieurs sources s’additionnent, mais une intensité deux fois plus grande n’est pas perçue comme un son deux fois plus fort.

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

• Quand l’intensité sonore est multipliée par 2, le niveau d’intensité augmente de 3 dB.

Compléments

• Le seuil de classe se situe entre 80 et 100 dB, tandis que le seuil de douleur est de 120 dB.

💡 Astuce mémo

Distance accrue → surface de propagation accrue → intensité diminuée

📊 Tableaux de synthèse

Types de sons et spectres