Caractéristiques du son

Le son d’un instrument de musique ne doit pas être confondu avec un bruit. Des grandeurs physiques permettent de le caractériser.

I Les grandeurs physiques du son

1  L’onde sonore

Repère
À noter

Un matériau est dit élastique s’il reprend sa forme initiale quand cessent les forces qui lui sont appliquées.

Une onde sonore est une vibration mécanique qui se propage dans tout milieu matériel élastique (solide, liquide ou gazeux). Pendant la propagation de l’onde, les molécules constituant ce milieu ne se déplacent pas, mais oscillent autour d’une position d’équilibre. La propagation s’accompagne de faibles variations de pression (doc. 1).

2  Son pur, son complexe

Repère
Mot clé

Un phénomène physique est périodique lorsqu’il se répète identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

Un son est un phénomène périodique, tandis qu’un bruit est un phénomène apériodique.

Le son produit par un diapason est un son pur. Sa représentation graphique est une fonction sinusoïdale du temps (doc. 2), de période temporelle T, qui s’exprime en secondes (s).

La plupart des sons de notre environnement sont des sons complexes. Leur signal demeure périodique, mais est une somme de sinusoïdes.

Doc3 Représentation graphique d’un son complexe

II Analyse spectrale d’un son

Un son est caractérisé par sa fréquence f, qui est l’inverse de la période :

$f=\frac{1}{T}$

L’unité de la fréquence est le hertz (Hz).

L’analyse spectrale d’un son de fréquence f1 permet de connaître les fréquences fn des sinusoïdes qui le composent et qui sont des multiples de f1 :

fn = n × f1

Sur le spectre, chaque sinusoïde ou harmonique est représentée par un segment de droite dont l’abscisse correspond à la fréquence. Le premier harmonique de fréquence f1 est la fréquence fondamentale.

Doc4 Son pur (à gauche) et son analyse spectrale (à droite)

Doc5 Son complexe (à gauche) et son analyse spectrale (à droite)

Zoom

Les harmoniques d’une corde excitée périodiquement

On observe différents modes de vibration correspondant aux différents harmoniques : la fréquence fondamentale f1 et les harmoniques suivants f2 = 2 × f1 et f3 = 3 × f1. On distingue des nœuds (N) et des ventres (V).