Acoustique
ACTIVITES
A1. Emettre et étudier la propagation d'un son.
Les instruments de musique sont constitués d'un vibrateur et d'un résonnateur pour produire un son audible.
Quel est le rôle de chacune des parties d'un guitare ?
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$\bullet$ Mettre en œuvre les expériences ci-dessus.
$\bullet$ Noter les différentes observations.
$\bullet$ Dans le cas de la première expérience, proposer une explication.
$\bullet$ Faire le lien entre la première et la deuxième expérience.
$\bullet$ Indiquer la différence fondamentale entre la lumière et le son.
$\bullet$ Dans le cas de la troisième expérience, justifier le phénomène observé.
A2. Vitesse de propagation du son.
Le son est une vibration qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel. Il ne se propage donc pas instantanément.
Quelle est sa vitesse dans l'air à température ambiante ?
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Doc 2: Son stéréophonique. Un fichier enregistré en mono n'est capturé qu'avec un seul micro. Un fichier stéréophonique est quant à lui enregistré depuis 2 sources. En pratique, le signal mono est enregistré via un canal unique et il est possible de l'envoyer vers 2 sorties audio différentes (écouteurs de gauche et de droite) avec les mêmes réglages, le même volume et sans traitement. C'est lorsque le signal présente des différences à l'écoute entre les 2 canaux de sortie gauche et droite qu'il s'agit de stéréo. Ainsi lorsque l'on entend un sport MP3 ou CD que le son sort par les 2 sorties d'écouteurs, il s'agit de stéréo. C'est le format le plus utilisé, car il permet un meilleur confort d'écoute et une perception plus réaliste du son c'est le mixeur son qui construit un support stéréo, soit en équilibrant 2 pistes mono, soit en créant un fichier stéréo. |
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Doc 3 :Etude de l'enregistrement.
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$\bullet$ Préparer le protocole décrit précédemment en écartant les écouteurs.
$\bullet$ Expliquer la présence de deux bandes de son sur l'enregistrement.
$\bullet$ Expliquer comment l'enregistrement permettra de déterminer la vitesse du son dans l'air.
$\bullet$ Noter la fréquence d'enregistrement et réaliser la manipulation pour différents écarts entre les écouteurs.
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Distance entre les écouteurs. |
20 cm |
30 cm |
40 cm |
50 cm |
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Ecart en nombre d'échantillons. |
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Ecart temporel. |
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Vitesse du son. |
$\bullet$ En déduire une valeur de la vitesse du son dans l'air.
A3. Caractéristiques d'un son.
En musique, on parle de fausses notes lorsque la note jouée n'est pas celle attendue ou encore lorsqu'elle n'est pas jouée. Une note de musique est caractérisée par sa période, sa fréquence, son amplitude et son timbre
Comment comparer différents sons ?
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Doc 1 :Représentation graphique d'un signal périodique.
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Doc 2 :La fréquence. $\bullet$ La période $T$ est l'intervalle de temps le plus petit qu'il faut pour que le signal se reproduise identique à lui-même. $\bullet$ La fréquence $f$ d'un signal périodique correspond au nombre de fois que le signal se reproduit identique à lui-même par unité de temps. $\bullet$ La fréquence $f$ est l'inverse de la période $T \ : \ f \ = \ \dfrac{1}{T}$, elle s'exprime en Hertz (Hz) et la période $T$ en secondes (s). |
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Doc 3 :Enregistrement de deux signaux. Ginette doit accorder sa trompette, et Gérard sa guitare. Ils utilisent un diapason pour se régler.
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Doc 4 :L'intensité sonore et le niveau sonore L.
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$\bullet$ Déterminer la période des signaux proposés dans le document 1.
$\bullet$ Comparer les périodes et fréquences des sons enregistrés par Ginette et Gérard.
$\bullet$ Comparer les amplitudes de chaque signal enregistré par Ginette et Gérard. Qui joue "le plus fort" ?
$\bullet$ Comparer les allures de chaque signal enregistré par Ginette et Gérard. Expliquer. Définir le "timbre" d'une note de musique.
$\bullet$ Comparer les signaux enregistrés par Ginette et Gérard. Ont-ils bien réglé leurs instruments ?
EXERCICES P211 à 220 :
10 ; 11 ; 12 ; 16 ; 19 ; 21 ; 24 ; 27 ; 29 ; 32 ; 33 ; 34 ; 41
COURS
C1. Emission et propagation d'un signal sonore.
C11. Emission d'un son.
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Un signal sonore est produit par la vibration d'un objet. La présence d'une caisse de résonance amplifie le signal. |
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C12. Propagation d'un signal sonore.
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Un signal sonore a besoin d'un milieu matériel (air, eau, métal…) pour se propager. Il ne se propage pas dans le vide. C'est une vibration qui se propage de proche en proche.
La propagation d'un signal sonore dans l'air est analogue à la propagation d'une déformation dans un ressort |
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C13. Vitesse de propagation.
La vitesse de propagation d'un signal sonore dépend du milieu dans lequel il se propage.
La relation entre la vitesse de propagation $v$, la distance parcourue $d$ pendant un intervalle de temp $\Delta \ t$ est :
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$v \ : \ $ vitesse de propagation en mètre par seconde ($m.s^{ \ -1}$) $d \ : \ $ distance parcourue en mètre (m). $\Delta t \ : \ $ durée de propagation en seconde (s). |
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Milieu de propagation à 20°C |
air | eau | cuivre | fer |
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Vitesse du son ($m.s^{ \ -1}$) |
340 | 1500 | 3560 | 5130 |
C2. Signal sonore périodique.
C21. Visualisation.
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Un signal sonore peut être acquis à l'aide d'un microphone, puis reproduit à l'aide d'un émetteur (casque, enceinte). Il est transformé en signal électrique. On peut alors le visualiser à l'aide d'un matériel d'acquisition adapté.
Un signal sonore est périodique s'il présente un motif qui se répète à intervalle de temps régulier. |
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C22. Période d'un signal sonore.
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La période $T$ d'un signal périodique correspond à la durée du motif. Elle s'exprime en seconde (s) |
C23. Fréquence d'un signal sonore.
$\bullet$ La fréquence $f$ d'un signal sonore correspond au nombre de fois que ce signal se reproduit identique à lui-même en une seconde.
$\bullet$ Elle s'exprime en hertz (Hz)
$\bullet$ La relation entre la fréquence f et la période T est :
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$f \ : \ $ fréquence en hertz ($Hz$) $T \ : \ $ période en seconde (s). |
C3. Perception d'un son.
C31. Fréquences.
L'oreille humaine ne perçoit que les sons dont la fréquence est comprise entre 20 et 20.000 Hz.
$\bullet$ En deçà de 20 Hz, on parle d'infrason.
$\bullet$ Au-delà de 20.000 Hz, on parle d'ultrason.
C32. Hauteur.
$\bullet$ La hauteur d'un son correspond à sa fréquence.
$\bullet$ Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
$\bullet$ Plus la fréquence est petite, plus le son est grave.
C33. Timbre.
La même note jouée (même fréquence) par deux instruments de musique différents (guitare, trompette) n'est pas perçue de la même façon.
Leurs motifs sont différents.
Note $La^3$ produite par un diapason. |
Note $La^3$ produite par une guitare. |
Note $La^3$ produite par une trompette. |
C34. Intensité.
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L'intensité du signal sonore est liée à l'amplitude du signal enregistré. |
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C35. Niveau d'intensité sonore.
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Le niveau d'intensité sonore exprimé en décibel (dB) est enregistré avec un sonomètre. Cette grandeur est liée à l'intensité du signal.
Lorsque l'on double le nombre d'émetteurs produisant un même son à la même intensité, le niveau d'intensité sonore augmente de 2 dB. Un niveau d'intensité sonore trop élevé peut engendré des lésions auditives, voire même conduire à une perte totale de l'audition. |
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