Tle S Chap A02 Observer T P A02b : Caractéristiques d'un son spectrale d' un son musical et l'exploiter pour en caractériser la hauteur et le timbre
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TPA02b_hauteur_timbre_son_1415_02 Page 1 sur 2
Tle SChap.A02
Observer
T.P. A02b :
Caractéristiques d'un son
Compétence exigible : Réaliser l'analyse spectrale d'un son musical et l'exploiter pour en caractériser la hauteur et le timbre.
Contexte et Problématique
Lors d'un concert, une oreille bien exercée est capable de reconnaître la contribution de chacun des instruments car trois caractéristiques différencient les sons qu'ils émettent :Intensité, Hauteur et Timbre.
Il ne fait aucun doute que l'intensité est liée à l'amplitude de l'onde sonore, mais sans connaissance
sur le sujet, hauteur et timbre restent plus mystérieux. " Qu'est ce qui différentie deux sons d'un point de vue de leur hauteur et de leur timbre ? »Documents à disposition
Doc .5: Quelques notes jouées à la flûte
à bec
Doc.1 : Application Signal Spy
Menu Oscilloscope
® En appuyant sur l'icône de réglage en haut à droite,vous pouvez régler les paramètres de
l'enregistrement (Par défaut, l'enregistrement est en continu) : - Trigger synchronisation sur ON permet d'activer le déclenchement d'un enregistrement par seuil. - Trigger Level (niveau de déclenchement) permet de régler le seuil de déclenchement (0,30 semble judicieux avec les instruments à notre disposition) - Time base (balayage ou base de temps) permet de régler l'échelle horizontale ;® Remarque : Il est possible de faire des capture d'écran en appuyant simultanément, mais dans cet ordre, sur
le bouton mode de l'iPad et le bouton ON/OFF se trouvant sur le côté, en haut à gauche.® Un fois un son enregistré, pour mesurer une période, repérer qu'avec l'utilisation de l'outil de
déclenchement par seuil, l'enregistrement débute toujours à un maximum d'amplitude. Il n'y a pas de
graduation intermédiaire, donc il sera indispensable de prendre plusieurs périodes et au besoin
diminuer l'échelle horizontale.Menu Spectrum ou spectre en fréquence
® Pour avoir une abscisse linéaire et non logarithmique par défaut, modifier dans le menu réglage.
® Il n'est pas possible de figer l'écran, si ce n'est par des copies en même temps qu'une note est jouée.
Doc .4 : Synthèse harmonique
swf Le graphique qui représente l'amplitude des différentes composantes sinusoïdales (harmoniques) d'un signal périodique en fonction de leur fréquence est appelé spectre en fréquence.Doc .3 : Définitions
Un son est dit pur s'il correspond à un signal sinusoïdal. Il est dit complexe dans le cas contraire.Doc .6 : Notes de
la gamme tempérée4Doc 2. Application iAnalyser
Son utilisation est très intuitive.
Jouer de l'instrument ou lire la bande son avec un ordinateur tout en l'enregistrant dans l'application.
Vous disposez alors de trois graphiques :
- Le premier en bas est un enregistrement temporel du son avec une grande échelle de temps, sur laquelle vous pouvez déplacer un curseur, pour obtenir sur les deux graphes du dessus : - Un zoom temporel du signal autour de l'instant considéré ;- Un spectre en fréquence à l'instant choisi. Attention, l'axe en fréquence est logarithmique. En vous
déplaçant sur ce graphique, vous pouvez obtenir la fréquence des différents harmoniques composants
le son. Dans le menu réglage, vous pouvez aussi faire apparaître les fréquences des 3 premiers
harmoniques.TPA02b_hauteur_timbre_son_1415_02 Page 2 sur 2
MATERIEL A DISPOSITION
- IPad mini avec applications Signal Spy et iAnalyzer ; - Flûte de Pan / flûte à Bec / Diapason.TRAVAIL A EFFECTUER
1) Hauteur d'un son
S'APPROPIER : Deux notes jouées par un même instrument, diffèrent par leur hauteur. A l'aide des documents à disposition,
déterminer quelle est la caractéristique de l'onde responsable de cette différence. REALISER : On désire déterminer la hauteur du La4 et Mi4 émis par une flûte à bec.a) Réaliser une acquisition de ces deux sons à l'aide de l'application Signal Spy en mode oscilloscope comme décrit dans le
doc.1. b) Réaliser les mesures qui vont permettre de distinguer ces deux notes par leur hauteur.VALIDER
a) Retrouver la hauteur des deux notes jouées sans chercher à évaluer l'incertitude liée à la mesure.
b) Les comparer avec les valeurs théoriques.2) Le timbre d'un son
S'APPROPIER
Comment interpréter un signal périodique de forme quelconque d'après l'animation du doc.4 ? Quel est le lien entre les fréquences
des différentes composantes du signal ?REALISER
On souhaite réaliser l'acquisition d'un son de hauteur donnée (La 440 Hz) émis par deux instruments différents : un diapason d'une
part, et une flûte de pan (3ème tube) d'autre part.
Réaliser l'acquisition avec Signal Spy de ses deux sons et observer ce qui les différentie.Il est possible d'observer qualitativement le spectre en fréquence de ces deux sons, mais aussi quantitativement avec
iAnalyzer.VALIDER
a) Vérifier que ces sons émis par des instruments différents ont même hauteur. Quelle mesure faites-vous ?
b) Ces sons possèdent une musicalité ou un timbre différent. Quelle caractéristique permet de différentier les timbres des
instruments utilisés ? c) Parmi les instruments testés, quel est celui qui émet un son pur ? un son complexe ?d) Relever la fréquence des différents harmoniques. Le lien entre ces différentes fréquences et la hauteur est-il vérifié ?
e) Compléter le tableau en expliquant comment caractériser la hauteur et le timbre d'un son musical sur un signal temporel
et sur un spectre en fréquence.