Au programme de ce chapitre
- I. Hauteur et intensité
- II. Le timbre et l'oscillogramme
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La hauteur d'un son (grave ou aigu) dépend de sa fréquence : plus la fréquence est grande, plus le son est aigu. L'oreille humaine perçoit les sons de 20 Hz à 20 000 Hz environ. En dessous : infrasons (éléphants, séismes) ; au-dessus : ultrasons (chauves-souris, échographie).
Extrait du cours
Un violon et une flûte jouent la même note, l'un fort, l'autre doucement : tu reconnais pourtant chaque instrument. Trois grandeurs physiques expliquent ce que perçoit ton oreille : la fréquence, l'amplitude et la forme du signal.
| Situation | Niveau (environ) |
|---|---|
| Seuil d'audibilité | 0 dB |
| Chuchotement | 30 dB |
| Conversation | 60 dB |
| Rue animée | 70 à 80 dB |
| Seuil de risque pour l'audition (exposition prolongée) | 85 dB |
| Concert, écouteurs à fond | 100 à 110 dB |
| Seuil de douleur | 120 dB |
Lexique
- hauteur
- caractère grave ou aigu d'un son, lié à la fréquence
- décibel (dB)
- unité du niveau d'intensité sonore
- timbre
- qualité qui distingue deux sons de même hauteur et même intensité
- harmonique
- son de fréquence multiple du fondamental
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — Confondre intensité et hauteur. Un son fort n'est pas forcément aigu : une grosse caisse est grave et forte ; un moustique est aigu et faible. L'intensité est liée à l'amplitude, la hauteur à la fréquence.
Piège — Se tromper d'unité de temps sur l'oscillogramme. Une base de temps de 2 ms par division se convertit en 0,002 s. Calculer f = 1/T avec T = 5 (ms) donne 0,2 Hz au lieu de 200 Hz. Passe toujours la période en secondes avant de prendre l'inverse.
Attention Ne confonds pas « fort » et « aigu ». Un son peut être fort et grave (une grosse caisse) ou faible et aigu (un moustique). Intensité ↔ amplitude ; hauteur ↔ fréquence. Et les décibels ne s'additionnent pas : deux sources de 80 dB donnent environ 83 dB, pas 160 dB.
L'astuce du prof
Astuce — Mesure plusieurs motifs à la fois. Au lieu de lire la période sur un seul motif, mesure la largeur de 3 ou 4 motifs complets et divise par leur nombre. L'incertitude de lecture est partagée entre tous les motifs, comme quand on chronomètre 10 oscillations d'un pendule.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Trois notes de musique
Un synthétiseur joue trois notes pures de fréquences 262 Hz, 440 Hz et 880 Hz. Classe-les de la plus grave à la plus aiguë et calcule la période de chaque note en millisecondes. Que remarques-tu pour 440 Hz et 880 Hz ?
Voir la correction
Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu : 262 Hz < 440 Hz < 880 Hz. Les périodes valent T = 1 / f : 1262 ≈ 3,82 ms ; 1440 ≈ 2,27 ms ; 1880 ≈ 1,14 ms. Pour 440 Hz et 880 Hz, la fréquence est doublée et la période est divisée par 2. Les deux notes sont séparées d'une octave (deux « la »).
Exercice 2 — Lire un oscillogramme
Sur un oscilloscope réglé à 2 ms par division horizontalement et 0,5 V par division verticalement, 2 motifs complets d'un son occupent 5 divisions. Le sommet du signal se trouve à 3 divisions au-dessus de l'axe. Calcule la période, la fréquence et l'amplitude.
Voir la correction
Deux motifs occupent 5 divisions, soit 5 × 2 = 10 ms ; un motif dure donc T = 102 = 5,0 ms = 0,0050 s. La fréquence est f = 1 / 0,0050 = 200 Hz. Pour l'amplitude, 3 divisions × 0,5 V = 1,5 V. Mesurer plusieurs motifs à la fois rend la lecture plus précise.