Le son — phénomène vibratoire : cours pdf & exercices corrigés (1re Enseignement scientifique)

Périodicité et pureté du son

Période et fréquence

Ces deux grandeurs physiques mesurent la répétition du signal sonore.

• Période $T$ : plus petite durée (en secondes) au bout de laquelle le signal se reproduit à l'identique.
• Fréquence $f$ : nombre de vibrations par seconde, mesuré en hertz (Hz). Elle est liée à la période T formule $f = \frac{1}{T}$.

Exemple : Si $T = 0,002\text{ s}$, alors $f = \frac{1}{0,002} = 500\text{ Hz}$.

Spectre d'un son

L'analyse spectrale d'un son permet d'observer sa composition.

• Son pur : signal sinusoïdal parfait contenant une seule fréquence. Le spectre son pur ne présente qu'un seul pic.
• Son complexe : signal périodique non sinusoïdal composé d'une fréquence fondamentale et d'harmoniques (multiples de la fondamentale).

💡 Astuce : Attention à bien convertir la période $T$ en secondes avant de calculer la fréquence d'un signal sonore.

Caractéristiques et instruments

Hauteur et timbre

La perception d'un son dépend directement de ses propriétés physiques.

• Hauteur : liée à la fréquence son aigu et grave. Elle correspond à la fréquence de la fondamentale.
• Timbre : forme du signal liée au nombre et à l'amplitude des harmoniques. Il permet de distinguer deux instruments jouant la même note.

Acoustique des instruments

La géométrie de l'instrument détermine la note produite.

• Cordes : la fréquence augmente (son plus aigu) si la corde est plus courte, plus tendue ou plus légère.
• Instruments à vent : dépendent de la longueur $L$ de la colonne d'air. Plus $L$ est grande, plus la fréquence diminue (son grave).

💡 Astuce : Retiens que la hauteur dépend uniquement de la fréquence fondamentale, tandis que le timbre dépend des harmoniques.