C-Expérience : son pur ou son complexe?

Au début du 19e siècle, c'est Joseph FOURIER qui établit qu’un signal périodique quelconque de fréquence f est la somme de signaux sinusoïdaux, appelés harmoniques.

Le spectre du signal indique sa composition en précisant la fréquence et l’amplitude de ces harmoniques.

 L’expérience consiste à savoir si le signal est sinusoïdal, c'est-à-dire si le son est pur, donc qu'il ne présente aucune harmonique, ou non. Pour cela, on utilisera un  ordinateur relié à un boitier BORA, dont l’écran affichera un oscilloscope numérique, afin de mesurer la fréquence et l’amplitude des sons étudiés.

 

 

Tp physique ordi et boitier bora

Un oscilloscope est un appareil électronique permettant de représenter la tension d’un signal électrique et ainsi et de relever ses caractéristiques. Le logiciel Latis Pro nous permet d’utiliser une version virtuelle de l’oscilloscope.

 

L’oscilloscope donne une courbe qui s’appelle un oscillogramme. Ce dernier montre la période, la fréquence du signal, ainsi que sa tension maximale et minimale.

Une fois la courbe du son représentée, on peut déterminer si le signal est sinusoïdal en regardant son spectre.

Si le signal est sinusoïdal, son spectre ne possède qu’une seule fréquence fondamentale, représentée par un pic. Il s’agit d’un son pur.

Si le signal n’est pas sinusoïdal, son spectre comportera une fréquence fondamentale, représentée par un pic (le plus grand), ainsi que des harmoniques (tous les autres pics). Il s’agira d’un son complexe.

On réalise l'expérience sur deux sons différents : le diapason et la guitare électrique.

 

 

    Le diapason :Diapason la 440

Oscillogramme du diapason, qui émet la note "La 440"

 

L’oscillogramme est régulier : le son émis correspond donc à une onde périodique. C’est un signal purement sinusoïdal. Il s'agit donc d'un son pur, avec une fréquence fondamentale et aucune harmonique. 

La fréquence fondamentale est de 441 Hz (valeur expérimentale puisque nous devrions trouver une fréquence de 440 Hz).

 

 Pour avoir cette représentation, nous avons procédé de la façon suivante :

- On branche un câble USB  pour relier le boitier BORA à l’ordinateur. Le logiciel Latis Pro est ouvert.

- On règle sur « Entrée Analogique 2 », Acquisition : 1000 sc et source A2.

- On écoute le son une première fois, puis on le relie au logiciel : lecture du son par Latis-Pro

- Un oscillogramme apparaît

- On utilise la fonction « réticule » pour avoir la valeur exacte de la fréquence fondamentale.

 

   La guitare électrique :

Guitare la 440

Oscillogramme de la guitare électrique pour la note "La 440" 

 

 

Le signal n’est pas sinusoïdal. Le spectre du son de la guitare électrique est constitué d’une fréquence fondamentale et d’harmoniques : c’est un son complexe. Pour mesurer la fréquence d’un son complexe on place le réticule sur le pic le plus grand qui nous donne la valeur de la fréquence fondamentale, qui est de 442 Hz (valeur expérimentale puisque l’on devrait trouver 440Hz).

Ainsi on note que c’est la valeur de la fréquence fondamentale qui définit la fréquence d’un son.

 

Pour conclure, il existe deux types de son : le son pur et le son complexe.

Pour un son pur, l’onde sonore est une onde parfaitement sinusoïdale (cas du « la 440 », émis par le diapason).

Pour un son complexe, l’onde sonore n’est pas sinusoïdale (cas du la 440 émis par la guitare électrique).

Pour comprendre la constitution d’un son complexe, nous avons réalisé une analyse spectrale du signal, qui est la représentation de l’amplitude de ses composantes sinusoïdales en fonction de la fréquence.

 

 

 

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