Hauteur et timbre d'un son musical

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• La hauteur d'un son dépend uniquement de la fréquence fondamentale f_1 : plus f_1 est élevée, plus le son est aigu. • Le timbre d'un son est déterminé par la présence et l'amplitude relative des harmoniques. • Deux notes identiques jouées par des instruments différents ont même hauteur mais des timbres différents. • Un son pur possède un spectre à raie unique (aucun harmonique).

Le cours

1. La hauteur d'un son musical La hauteur est la sensation auditive qui permet de classer un son sur une échelle du grave à l'aigu. Elle est exclusivement déterminée par la fréquence fondamentale f_1 du signal acoustique : • Une fréquence fondamentale basse correspond à un son grave (ex. : 100\ Hz). • Une fréquence fondamentale élevée correspond à un son aigu (ex. : 2\,500\ Hz). • Deux instruments jouant la même note musicale produisent des sons de même hauteur car leurs signaux ont exactement la même fréquence fondamentale f_1. 2. Le timbre d'un son et la composition harmonique Le timbre est la qualité sonore qui permet à l'oreille humaine de distinguer deux instruments différents (par exemple une flûte et un violon) jouant une note de même hauteur et de même intensité. Le timbre est lié à la composition spectrale du son : • Le nombre d'harmoniques présents dans le spectre. • L'amplitude relative de chaque harmonique par rapport au fondamental. • Un son pur (diapason) n'a qu'une seule raie : son timbre est qualifié de neutre ou rond. • Un son riche en harmoniques de rangs élevés (trompette, hautbois) présente un timbre brillant et perçant. Sensation auditive Grandeur physique associée Signature sur le spectre Hauteur Fréquence fondamentale f_1 (période T) Abscisse de la première raie Timbre Forme d'onde périodique Nombre et amplitudes relatives des harmoniques Intensité sonore Puissance acoustique / amplitude globale Amplitudes de l'ensemble des raies (l'intensité croît avec la somme de leurs carrés) 3. Piège : fondamental manquant et oreille humaine Même si le fondamental d'un son est supprimé par un filtre passe-haut, le cerveau reconstruit la hauteur perçue à partir du pas fréquentiel constant f séparant les harmoniques restants. La hauteur perçue reste donc celle de f_1.

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