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PARTIE 1 : Ondes et applications

TP3 La physique de la note mystère

Objectif : Réaliser l’analyse spectrale d’un son musical et l’exploiter pour en caractériser la hauteur et le

timbre.

CONTEXTE DU SUJET : Les logiciels comme Shazam, SoundHound, TrackID identifient un titre entendu à la radio, à la

télévision ou n'importe où ailleurs. Certains permettent même de reconnaître une chanson

fredonnée. Ils utilisent le microphone du téléphone ou du PC pour capturer un échantillon de

musique. Une empreinte acoustique est créée à partir de cet échantillon, elle est comparée à une

base de données puis, en cas de correspondance, les informations sont retournées à l'utilisateur.

Comment sont créées les empreintes acoustiques sur lesquelles reposent ces logiciels de reconnaissance musicale ?

Document 1 : Le la3 ou la440

Le La440 est une note de musique utilisée comme hauteur de référence. Cette note est le La situé au-dessus

du Do central (Do3). C'est la note donnée par le diapason mécanique usuel. Une conférence internationale

en 1939 a recommandé que le La au-dessus du Do central soit accordé à 440 cycles par seconde. Cette

norme a été acceptée par l’Organisation internationale de normalisation (ou ISO - International

Organization for Standardization) en 1955 en tant que ISO 16. Elle sert maintenant de fréquence de

référence dans l’ajustement de pianos, de violons et d’autres instruments.

Document 2 : Le diapason

Le diapason est un outil de musicien donnant la hauteur - fréquence - d'une note-repère

conventionnelle, afin que celui-ci accorde - étalonne - son instrument. Son invention est attribuée au

trompettiste et luthiste anglais John Shore (1662-1752) en 1711. Par extension, le diapason désigne la

hauteur absolue de la note de référence mondialement acceptée (actuellement le la3).

Petit et pratique d’emploi, le diapason est constitué de deux branches parallèles, soudées en forme

de U et prolongées par une tige. Les branches en métal, en vibrant, émettent un son à la fréquence

étalonnée unique : on obtient alors un son dit pur. Ce son est amplifié si l’on pose la base du diapason

sur une cavité résonnante, comme la caisse d’une guitare, ou sur une table..

Document 3 : Timbre d’un son.

Qualité particulière du son, indépendante de sa hauteur ou de son intensité mais spécifique de

l'instrument, de la voix qui l'émet. Il est lié aux intensités relatives des harmoniques qui composent le son.

Définition du dictionnaire Larousse.

Document 4 : Le fondamental et ses harmoniques

Un son complexe périodique de fréquence f peut être décomposé en une somme de sons purs sinusoïdaux

appelés harmoniques dont les fréquences respectent la relation :

avec n un entier non nul

Le son de fréquence f1= f est appelé le fondamental.

L’ensemble formé par le fondamental et ses harmoniques constitue le spectre d’un son.

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Document 5 : Fréquences des notes (en hertz) dans la gamme tempérée

http://fr.wikipedia.org/wiki/Note_de_musique

Document 6 : Acquisition d’un son

���� Brancher, avec précaution le micro au boîtier d’acquisition Orphy sur une des voies EA…

���� Depuis le bureau de Windows, ouvrir le dossier Physique et lancer le logiciel GTS2.

���� Paramétrer la voie d’acquisition comme suit :

� Sélectionner l’entrée analogique EAi

correspondant à votre câblage.

� Renseigner les champs :

→ nom,

→ unité,

→ signification (flûte la5012…)

� Choisir un affichage de ±2 V

���� Choisir le mode d’acquisition, la synchronisation et le balayage :

� Cocher Mode de fonctionnement temporel et sélectionner temps pour l’abscisse.

� Régler la synchronisation sur Entrée clavier

� On réglera la durée totale d’acquisition sur 20 ms et le nombre de points à 1000

���� Placer le micro près de la source sonore, l’enregistrement débute en cliquant sur le bouton Acquisition

���� Cliquer sur l’icône Régressi pour basculer vers le traitement des données…

���� On peut faire l’analyse spectrale du signal à l’aide du bouton

Entrez la durée et le

nombre de points

Cliquez ici

Cliquez ici

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TRAVAIL À EFFECTUER

Vous disposez du matériel suivant : une flûte à bec, un diapason, un microphone, une interface

d’acquisition, un ordinateur avec logiciels d’acquisition et de traitement de données, les modes d’emploi

des logiciels.

ANALYSER : ���� 30 min conseillées

1. Relever dans les documents tous les termes et expressions permettant de caractériser un son.

2. Un instrument de musique joue le Ré de la 3ème

octave. Donner les fréquences du fondamental et des

trois premiers harmoniques.

3. Proposer un protocole pour analyser le son produit par le diapason dont vous disposez.

APPEL N°1

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental

ou en cas de difficulté.

4

pouce

RÉALISER : ���� 45 min conseillées

4. Mettre en œuvre le protocole expérimental. Consignez vos observations et vos interprétations.

5. Parmi les spectres ci-dessous, lequel peut-on associer au son obtenu ? Comment peut-on qualifier ce

son ?

6. Voici le doigté d’une note jouée à la flûte à bec :

De quelle note s’agit-il ? Explicitez en détail

votre démarche et les résultats obtenus :

APPEL N°2

Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats expérimentaux

ou en cas de difficulté.

300 900 1500 3000

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COMMUNIQUER : ���� 15 min conseillées

7. Comment sont créées les empreintes acoustiques sur lesquelles reposent les logiciels de

reconnaissance musicale ?

POUR S’ÉVALUER…

Analyser coefficient 2 A B

Réaliser coefficient 3 A B C D A B C D

Communiquer coefficient 1 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D

Note 20 19 18 17 18 17 16 15 14 13 12 11 12 11 10 10 18 18 16 16 16 16 15 14 13 12 11 10 11 10 9 8

Analyser coefficient 2 C D

Réaliser coefficient 3 A B C D A B C D

Communiquer coefficient 1 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D

Note 16 15 14 13 14 13 12 11 10 10 8 8 8 8 6 6 15 14 13 12 13 12 11 10 9 8 7 6 7 6 5 5

APPEL N°3

Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions

ou en cas de difficulté

APPEL N°4

Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions

ou en cas de difficulté