TP n°4   : Hauteur , timbre et niveau sonore d’un son

I. Les ondes sonores : Ecoutons le son produit par un haut-parleur relié à un GBF. On augmente progressivement la fréquence du son émis à partir d’une valeur nulle tout en maintenant constante la tension de sortie du GBF.

Noter la fréquence fmin à partir de laquelle vous commencer à percevoir un son : f min = ……………..

Noter la fréquence fmax au-delà de laquelle le son n’est plus audible: f max = …………….. Un son aigu a-t-il une fréquence plus faible ou plus grande qu’un son grave ?

Compléter les définitions ci-dessous :

L’oreille humaine peut entendre des sons de fréquences comprises entre …….. Hz et ............... kHz. Les ultrasons ont des fréquences ………………………… Les infrasons ont des fréquences …………………………………… La hauteur d'un son est la sensation que ce son est plus ou moins aigu ou grave : elle est caractérisée par sa ........................................

II. Analyse d’un son : Donnons le « la »

Avant de jouer toute œuvre musicale, les musiciens d'un orchestre accordent leur instrument. Par tradition, c'est le joueur de hautbois (ou le pianiste) qui donne le la, permettant au premier violon puis à tous les musiciens de s'accorder. " Donner le la " signifie que l'on donne une note de référence, le la, également appelé " la3 " ou "la 440" qui permet à chaque instrument une fois accordé de produire un son harmonieux. Cette note peut être produite par un instrument nommé diapason, qui peut être électronique ou mécanique.

1. Analyse du son émis par un diapason   : Ouvrir le logiciel Regavi puis cliquer sur : lecture d’un fichier.WAV. Cliquer sur ouvrir et rechercher les

enregistrements sonores sur le disque D:/ fichier TP son acoustique Ouvrir le fichier son "diapason". Ecouter la note. Après avoir écouté la note, sélectionner environ une dizaine de période puis cliquer sur Regressi et OK.

1.1 Décrire la forme du signal émis par le diapason. 1.2 Mesurer la période de ce signal. En déduire la fréquence f du son.

Tout signal périodique est décomposable en une somme de signaux sinusoïdaux. Pour réaliser cette décomposition on effectue une transformée de Fourier. On obtient alors un spectre donnant les fréquences et les amplitudes relatives des composantes de ce signal. La composante de fréquence la plus faible f1 est appelée le fondamental. Les autres fréquences sont appelées les harmoniques.

A l’aide de l’icône « Fourrier » dans le logiciel regressi, réaliser la transformée de Fourrier.(prendre un maximum de période avec regavi)

1.3 Le signal du diapason comporte-t-il des harmoniques ? Que représente la fréquence donnée par le seul pic ? Justifier le nom donné au "la 440".

2. Analyse d’un son de piano et de flute   : Avec logiciel Regavi, ouvrir successivement les fichiers "la 3 piano" puis "la 3 flûte". Procéder comme précédemment pour répondre aux questions suivantes.

2.1 Quel est le point commun des "la3" des divers instruments ? En quoi diffèrent-t-ils ? Faire un compte rendu de votre démarche.

2.2 Le son produit par un diapason est qualifié de pur. Le son joué par une flûte ou un piano est qualifié de complexe. Donner une définition puis les caractéristiques d'un "son pur". Mêmes questions pour un "son complexe".

2.3 Comparer la fréquence de chaque note analysée à la fréquence du mode fondamental pour en déduire la relation existant entre la fréquence fn de l’harmonique de rang n et celle f1 du fondamental (également appelé harmonique de rang 1).

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III. Hauteur et timbre d'un son : Avec le logiciel Regavi, ouvrir successivement le fichier "do 3 " et "do4".

1. Par deux méthodes que vous expliciterez, déterminer quelle note est la plus grave. Vérifier en écoutant le do3 et le do4.

2.On appelle timbre d'un son émis par un instrument de musique la sensation auditive qui permet de distinguer deux mêmes notes (donc de même hauteur) jouées par des instruments différents.

En utilisant leurs enregistrements temporels et leurs spectres, expliquer comment distinguer deux sons de même hauteur mais de timbres différents ?

3. A quoi peut-on voir sur les enregistrements temporels et les spectres fréquentiels que deux notes ont la même hauteur ?

IV. Sensation auditive liée à l ’ énergie sonore: le niveau sonore La sensation auditive est liée à une grandeur énergétique appelée intensité sonore notée I, elle caractérise l'intensité du signal reçue par l'oreille et s’exprime en W.m-2

Le niveau sonore L en décibel (dB), mesuré par le sonomètre, est défini en fonction de l’intensité sonore I exprimé en W.m-2 par la relation :

où Io = 10-12 W.m-2 est une intensité sonore de référence qui correspond approximativement à l’intensité minimale perceptible par l’oreille humaine.

Le niveau sonore L est beaucoup plus facile à analyser par rapport à l’intensité sonore I.

EXPERIENCE-Placer deux haut-parleurs côte à côte, l’un réglé pour une émission sonore de fréquence 400 Hz et l’autre

réglé pour une émission sonore de fréquence 300 Hz.

-Placer le sonomètre à égale distance des deux haut-parleurs.

-Faire fonctionner un seul haut-parleur et régler la puissance sonore afin que le sonomètre indique L1= 80dB.

-Effectuer le même réglage sur le deuxième haut-parleur fonctionnant seul (L2 = 80 dB).

-Faire fonctionner les deux haut-parleurs simultanément.

-Noter l’indication du sonomètre: L = dB.

Aide maths :

log (a*b) = log a + log b

si y=log x alors x=10 y

a) Lorsque les deux haut-parleurs fonctionnent simultanément, leurs intensités sonores I s’ajoutent au niveau de l’oreille. En utilisant la définition précédente, exprimer le niveau sonore L résultant du fonctionnement simultané des deux haut-parleurs, en fonction du niveau sonore L1 dû au fonctionnement de l’un des haut-parleurs supposé seul.

b) Calculer L avec L1 = 80 dB.

Le résultat est-il cohérent avec la mesure de L?

c) Exprimer I en fonction de L et I0.

d) Le niveau sonore d’un bruit augmente de 20 dB. Par quel facteur est multipliée l’intensité sonore ?

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L=10 log [ II 0 ]

Justifier.

Exploiter un fichier multimédia avec regavi

Ouvrir le logiciel Regavi

Pour l’étude d’un fichier vidéo cliquer sur lecture d’un fichier .AVI

Pour l’étude d’un fichier sonore cliquer sur : lecture d’un fichier.WAV

La fenêtre suivante s’ouvre.

Cliquer sur ouvrir et rechercher le fichier à étudier

Sélection d’une partie du signalUtiliser les flèches zoom pour faire apparaitre le signal périodique.

Pour sélectionner une partie du signal utiliser les 2 barres vertes

Transfert vers Regressi :Après avoir écouté le son, sélectionner environ une dizaine de période où tout le signal selon votre choix, puis cliquer sur l’icône Regressi et OK pour transférer les données dans regressi.Si un message d’erreur apparait lancer d’abord le logiciel Regressi puis retenter le transfert.

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