La fréquence et la hauteur : deux caractéristiques liées

 

          La fréquence de la composante fondamentale du son est la mesure physique qui détermine la hauteur entendue.

La fréquence se mesure en Hertz (Hz). C'est le nombre de fois que se répète un phénomène périodique identique à lui-même en 1 seconde : f=1/T. Ainsi, plus la fréquence est élevée, plus la période est courte.


On peut voir sur le schéma ci-dessous que l'oreille humaine ne peut percevoir que les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hertz et 20 000 Hertz.

 

 

En dessous de 20 Hertz ce sont des infrasons et au-dessus de 20 000 Hertz ce sont des ultrasons. Ces sons ne sont pas audible pour l'homme mais le sont pour d'autres espèces vivantes comme le chien, la souris, l'éléphant, ...

 

La hauteur des sons musicaux est généralement la somme de plusieurs fréquences. Lorsque ces fréquences sont réparties selon une règle de distribution harmonique (c'est à dire multipliées par un nombre entier non nul), un seul son et une seule hauteur est entendue ce qui n'est pas le cas lorsque cette distribution n'est pas respectée.

 

Il existe deux types de fréquences dans un son musical:

La fréquence fondamentale : c’est la base du son. En effet, lorsqu’on joue une même note sur plusieurs instruments différents, les fréquences harmoniques varient mais la fréquence fondamentale reste inchangée.

Les harmoniques : Les fréquences des harmoniques d'un son musical sont des fréquences multiples de la fréquence fondamentale. On a alors :     fk = k . f1    où k est un entier naturel non nul .

Si les harmoniques ne sont pas des multiples entiers de la fondamentale, on parle alors de partiels, et le son est dit inharmonique.

Par exemple, si on appelle « ƒ0 » la fréquence fondamentale, les harmoniques auront des fréquences égales à : 2ƒ0, 3ƒ0, 4ƒ0, 5ƒ0, etc.


L'harmonique fondamentale, autrement dit celle qui aura la plus grande amplitude, donnera la hauteur à la note jouée.

Ceci n'est enfaite rien d'autre que le fondement du son.   

 

une fréquence fondamentale et six harmoniques

 

Nous avons réalisé l'expérience ci-dessous afin de mieux comprendre les fréquences d'un son aigu et d'un son grave émit par une guitare. Notre montage est le suivant:


Le microphone sert de capteur sonore. Il permet  la conversion des ondes sonores en impulsions électriques afin que l' oscilloscope puisse détecter ses signaux et les afficher sur son écran. La base de temps de l'oscilloscope est réglée à deux millisecondes par carreau.

 

Son aigu :

 

Son grave :

 

 On observe que les sommets d'un son grave sont beaucoup moins rapprochés que ceux d'un son aigu. Cela correspond à la période du son (elle est donc plus courte pour un son aigu). On relève pour le son aigu sur l'oscilloscope une période de 1.2 millisecondes ce qui correspond à une fréquence de 833 Hertz. On relève pour le son grave sur l'oscilloscope une période de 4.8 millisecondes ce qui correspond à une fréquence de 208 Hertz: en effet on sait que f=1/T ( en seconde). Cela confirme que la fréquence d'un son grave est plus petite que celle d'un son aigu.


Nature du son en fonction de la fréquence


             En conclusion , on peut donc avoir par exemple un son fort (intensité sonore) et grave (fréquence) ou un son fort aigu qui aura une fréquence plus grande qu'un son grave. Les fréquences harmoniques et la fréquence fondamentale sont les bases du son, c'est sur ces fondements que tout le son et sa sonorité s'édifient.

 

 



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