Chap 06 - Acoustique musicale et physique des sons
I ) L'audition et les fréquences sonores :
La hauteur d'un son dépend de sa fréquence. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu, plus elle est faible, plus il est grave.
L'oreille humaine ne perçoit que les sons dont la fréquence est comprise entre 20 et 20 000 Hz.
La vibration sonore émise par un instrument de musique est la superposition des ondes sonores du mode fondamental et des harmoniques. La fréquence de la vibration est égale à celle du mode fondamental.
La hauteur d'un son est mesurée par la fréquence du fondamental.
Des instruments jouant des notes de même hauteur sont à l'unisson.
II ) Le timbre d'un son :
Le timbre est caractéristique d'un instrument de musique. Des sons de même hauteur émis par deux instruments différents ont un timbre différent qui permet de les distinguer. Il dépend de sa composition en harmoniques.
Un diapason émet une vibration sinusoïdale sans harmoniques, c'est un son pur.
Une vibration sonore associée à une note a une amplitude qui varie au cours du temps.
L'enveloppe est la courbe reliant les maxima des amplitudes du son au cours du temps.
On distingue 3 phases pour l'enveloppe :
- l'attaque : montée en amplitude au début de l'émission.
- le corps : phase où l'amplitude varie peu.
- l'extinction: phase où l'amplitude décroît rapidement à la fin de l'émission.
L'attaque et l'extinction sont les transitoires, ils jouent un grand rôle dans le timbre d'un instrument
III ) L'intensité du son :
L'intensité d'un son définit la force d'un son. Elle est liée à l'amplitude de la vibration sonore.
Elle est aussi liée à la puissance transmise au récepteur.
Une onde se propage dans les 3 dimensions, la puissance émise se répartit sur une surface de plus en plus grande avec la distance parcourue. L'intensité diminue donc avec la distance.
La sensation d'intensité sonore perçue par l'oreille dépend de la fréquence du son. Elle est faible vers 20 Hz et maximale vers 3 000 Hz puis diminue à nouveau ensuite.
L'intensité sonore est la puissance de la vibration sonore reçue par unité de surface.
I = Pr / S ( I en W.m-2 ; Pr en W et S en m2 )
Cependant la sensation auditive s'accorde mieux à une échelle logarithmique de l'intensité, on a donc introduit la notion de niveau sonore L en décibels acoustique (dBA) :
L = 10 log ( I / I0 ) avec I : intensité sonore de la vibration et I0 : intensité de référence
I0 = 10-12 W.m-2 Cela correspond au seuil d'audibilité de l'oreille humaine à 1000 Hz
On mesure le niveau sonore avec un sonomètre.
Exercice: On double l'intensité : I ' = 2 I
Þ L' = 10 log(I'/I0) = 10 log(2 I / I0) = 10 log (I / I0) + 10 log 2 = L + 10 log 2 » L + 3
Le niveau sonore augmente de 3 dBA si on double l'intensité sonore.
IV ) Les gammes :
Un intervalle musical est le rapport entre les fréquences de 2 notes.
Un son de fréquence fondamentale 2f0 a des harmoniques de fréquences 4 f0, 6 f0, … doubles du son de fréquence f0. Ce son a un timbre très semblable à celui de fréquence f0, on entend presque la même note. En musique, ces 2 sons ont le même nom, l'intervalle qui les sépare est une octave.
En musique, les notes sont rangées par fréquence croissante dans l'intervalle d'une octave.
La gamme tempérée est composée de 12 intervalles égaux appelés demi-tons sur une octave.
Gamme tempérée : do, do#, ré, ré#, mi, fa, fa#, sol, sol#, la, la#, si.
L'intervalle d'une octave vaut 2. ( 2 f0 / f0 = 2)
Soit x l'intervalle entre 2 demi-tons. f1 / f0 = x , fn /fn-1 = x , f11 / f0 = x12 , f11 = 2 f0 Þ x12 = 2
L'intervalle entre 2 demi-tons vaut 
ou
21/12 .
©Sciences Mont Blanc
