Fiche de révision : son, musique et audition

Ce qu'est un son, et ce qui change d'un milieu à l'autre

• • Un son est une variation de PRESSION qui se propage : il lui faut un milieu matériel, contrairement à la lumière.
• • $\lambda = v/f$. En changeant de milieu, $v$ change, donc $\lambda$ change ; la fréquence $f$, elle, est imposée par la SOURCE et ne change pas.
• • Vitesse du son : environ 340 m/s dans l'air, 1 480 m/s dans l'eau à 20 °C, 5 900 m/s dans l'acier pour les ondes longitudinales.
• • Hauteur $\leftrightarrow$ fréquence. Intensité $\leftrightarrow$ amplitude. Timbre $\leftrightarrow$ composition spectrale.

Les trois correspondances de la dernière ligne sont demandées presque à chaque sujet : les écrire dans cet ordre évite de les mélanger.

Son pur, son composé : lire la période

• • Un son pur a un signal SINUSOÏDAL. Le son d'un instrument ou d'une voix est un son composé : son signal est périodique sans être sinusoïdal.
• • La période $T$ est la durée d'un motif qui se répète, et la fréquence vaut $f = 1/T$, en hertz quand $T$ est en secondes.
• • Pour lire $T$ avec précision, on mesure plusieurs motifs à la suite : $3T = 6$ ms donne $T = 2$ ms, donc $f = 500$ Hz.
• • Deux signaux de même période ont la même hauteur, quelle que soit leur forme : la forme, c'est le timbre.

Harmoniques et timbre

• • Les harmoniques sont les multiples ENTIERS du fondamental : $f$, $2f$, $3f$, $4f$, et rien d'autre.
• • Le fondamental fixe la HAUTEUR perçue, même s'il est faible ou absent.
• • C'est la répartition des amplitudes des harmoniques qui fait le TIMBRE : c'est pourquoi un violon et une flûte jouant la même note se distinguent.
• • Sur un spectre, on lit le fondamental à la première raie et l'écart entre raies vaut aussi le fondamental.

Les intervalles sont des RAPPORTS

• • Un intervalle entre deux sons est défini par le RAPPORT de leurs fréquences fondamentales : octave $2$, quinte $\frac{3}{2}$, quarte $\frac{4}{3}$.
• • Deux intervalles se composent en se MULTIPLIANT : quinte puis quarte, $\frac{3}{2}\times\frac{4}{3}=2$, l'octave.
• • Deux notes à l'octave sont la même note à deux hauteurs : monter de $n$ octaves multiplie la fréquence par $2^{n}$.
• • Sur deux spectres, deux notes à l'octave se reconnaissent à leur fondamental DOUBLÉ.

Une gamme est une suite finie de notes réparties sur une octave.

Entendre, et lire un audiogramme

• • L'oreille perçoit de $20$ Hz à $20\ 000$ Hz ; au-delà de $80$ dB, un son devient nocif selon son intensité et sa durée. Les cellules ciliées détruites ne se renouvellent pas.
• • Audiogramme : perte en dB comptée vers le BAS, pour chaque fréquence. Conduction aérienne par un casque, conduction osseuse par un vibreur sur l'os.
• • Osseuse normale et aérienne abaissée : surdité de TRANSMISSION, avant l'oreille interne. Les deux abaissées ensemble : surdité de PERCEPTION, dans l'oreille interne ou le nerf.
• • Une perte de $n$ dB divise l'intensité perçue par $10^{\frac{n}{10}}$ : $40$ dB, c'est un facteur $10\ 000$.
• • Prévalence : cas divisés par l'effectif du groupe. Une association n'est une cause qu'après avoir écarté les facteurs de confusion.

Numériser, échanger, et mesurer un niveau

• • Plus la fréquence d'échantillonnage est élevée et la quantification fine, plus la numérisation est fidèle et plus le fichier est lourd.
• • Débit $=$ fréquence d'échantillonnage $\times$ nombre de bits $\times$ nombre de voies. Un octet vaut $8$ bits.
• • Taux de compression $=$ taille avant $\div$ taille après. Énergie d'un échange $=$ volume transféré $\times$ facteur énergétique, une moyenne discutée.
• • Niveau sonore : $L=10\log(I/I_{0})$, avec $I_{0}=10^{-12}$ W/m$^{2}$. Doubler l'intensité ajoute $3$ dB.