THEME 4. SON & MUSIQUE PORTEURS D’INFORMATIONCHAP 1. LE SON PHENOMENE VIBRATOIRE

1. SON PUR ET SON COMPOSE.

Un son est lié à une vibration des couches d’air constituant un signal périodique de périodeT et de fréquence f = 1/T avec T en seconde et f en Hertz.

L’enregistrement d’un son avec un microphone permet de visualiser un signal électriquecaractérisé par une tension spécifique de ce son.

La qualité qui donne la sensation qu’un son est plus grave ou plus aïgu est appelée hauteurdu son. La hauteur d’un son est mesurée par la fréquence du fondamental: son grave si cettefréquence est faible, son aïgu si cette fréquence est élevée.

Le son est pur si le signal est sinusoïdal Le son est composé si le signal est périodique mais non sinusoïdal

Rappelons que le son émis par un instrument n’est pas pur: il n’est pas associé à une vibration sinusoïdale et comporte donc desharmoniques. On dit qu’il est complexe ou composé.

Cependant, les fréquences des harmoniques étant multiples de celle du fondamental, cette dernière suffit à déterminer la hauteur du sonconsidéré.

Un son composé de fréquence f est somme de sons de fréquences multiples de f:f est appelée fréquence fondamentale et détermine la hauteur du son;les autres fréquences multiples de la fondamentale, sont appelées harmoniques et déterminent le timbre du son.

Spectre d’un son pur Spectre d’un son composé

Les différents instruments composant un orchestre émettent des sons distincts, même s’ils jouent la même note. Ainsi, il est aisé dedifférencier un piano ou une guitare, une flûte d’un saxophone, un violon d’une harpe ou d’une contrebasse.

Deux sons de même fréquence donnent des sensations différentes, liées d’une part aux harmoniques présents dans le son et d’autrepart à la durée et à l’importance de ces harmoniques. On appelle timbre d’un son la propriété du son qui traduit ces différences.

2.2. NIVEAU SONORE.La sensation perçue au niveau de l’oreille est différente selon l’intensité sonore et peut être mesuréeà l’aide d’une grandeur: le niveau sonore. Noté L (de l’anglais L: level), il s’exprime en décibel (dB).Il se mesure à l’aide d’un sonomètre.

On admettra en première approximation que les sensations physiologiques auditives correspondantà une intensité sonore I sont bien représentées lorsque le niveau sonore est défini par

IL = 10 log avec I0 = 10-12 W.m-2.

I0

I0 est l’intensité de référence et correspond à l’intensité minimale audible pour l’oreille humaine à unefréquence de 1 000 Hz.

2.3. LES EFFETS DU BRUIT.S’il existe un seuil en dessous duquel l’oreille n’est pas capable de percevoir un son, à l’inverse, dèsque le niveau sonore augmente, la sensation devient vite gênante puis fatigante, voire dangereuse.

A ce niveau, la durée d’exposition joue un rôle sur les effets du bruit supporté: une exposition troplongue à des sons de niveau sonore trop élevé peut entraîner des lésions plus ou moins graves,voire irréversibles au niveau du système auditif.

2. INTENSITE D’UN SON.2.1. INTENSITE SONORE.

Nous savons déjà que les ondes sonores sont des ondes mécaniques. Elles transpor-tent de l’énergie et c’est le transfert d’une partie de cette énergie à notre systèmeauditif qui est responsable de l’audition d’un son.

On note P la puissance de transfert de l’énergie qui traverse un récepteur de surface S.

On définit l’intensité sonore I par le quotient de la puissance P par la surface S:P

I =S

Elle s’exprime en W.m-2 dans le système international.

3. PRODUIRE UN SON PAR UN INSTRUMENT DE MUSIQUEPour produire un son, un instrument de musique doit remplir deux fonctions: vibrer et émettre.

La voix peut être considérée comme un instrument. En effet, les cordes vocales (excitateur) vibrent et mettent envibration l’air contenu dans le pharynx, le larynx et la bouche (résonateur) qui produisent le son.

De même pour le piane: la corde (excitateur) d’un piano à queue est tendue horizontalement et elle vibre sousl’action d’un «marteau» commandé par une touche du clavier. Le corps de l’instrument forme une magnifiquecaisse de résonance pour une émission sonore optimale.

Remarque. Qu’est-ce-qui différencie un son d’un bruit ?

Un son est une vibration de l’air perçue par l’oreille sensi-ble aux variations rapides de pression sur le tympan. Cesvariations, si elles sont périodiques, sont interprétées parnotre cerveau comme des «hauteurs», des notes. En géné-ral, les bruits ne sont pas périodiques et l’on ne peut pasleur associer de hauteur précise.

4. FONCTIONNEMENT D’UN INSTRUMENT A CORDES: LA GUITARE.Une guitare classique comporte six cordes tendues parallèlement le long du manche entre le chevalet et le sillet.Les clés permettent de tendre les cordes en acier et donc d’accorder la guitare.Une corde pincée et qui vibre n’est pas capable de mettre l’air en vibration. La table d’har-monie percée d’une rosace joue le rôle de caisse de résonance: elle amplifie le son et permet de lerendre audible.En appuyant sur les frettes du manche de la guitare, le musicien modifie la longueur descordes et peut ainsi jouer différentes notes sur une même corde.

La clarinette est un instrument à vent. Le souffle dumusicien dans le bec et le corps de l’instrument met envibration une lame mince de roseau appelée anche.Les vibrations de l’anche sont transmises à la colonned’air dans le corps de l’instrument. C’est le corps de laclarinette qui joue le rôle de caisse de résonance.En changeant la longueur de la colonne d’air à l’aide declefs métalliques, le musicien peut modifier la fréquence desvibrations.

5. FONCTIONNEMENT D’UN INSTRUMENT A VENT: LA CLARINETTE.