Le son et l'audition
| Résumé : le son représente
la variation de la pression des molécules d'un
milieu élastique, sa vitesse de propagation dépend
du milieu et il se caractérise par son intensité,
sa fréquence et son timbre. L'oreille humaine est
capable de ressentire de trés faible différence
entre les sons. En musique, la gamme moderne proposé
par Jean-Sébastien Bach répond aux travaux
du psycho-physicien Ernst Weber |
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- Le son
- Le son, l'homme et la musique
1. Le son 
L'onde sonore représente la variation de la pression des
molécules d'un milieu élastique. les vibrations des
particules se transmette de proche en proche jusqu'à notre
oreille.
Lorsque je frappe un objet celui-ci se met à vibrer, en
provoquant des variations de pression (pression vs dépression)
dans l'air qui l'entour. Cette vibration de particules se transmet
de proche en proche jusqu'au moment ou la particule d'air la plus
proche de notre oreille transmet son énergie à votre
oreille.
- Cependant, les récepteurs sensoriels du son ne réagissent
pas à la vibration mais à l'ondulation (i,e. la
variation).
- le son se propage dans un milieu matériel, il ne propage
donc pas dans le vide
- plus la densité augmente plus le son se propage vite
(dans l'air = 300m/s et dans l'acier 5600m/s)
- plus la température baisse moins le son se propage vite
Pour que l'on parle de son il faut encore que l'onde soit périodique
(i,e. répétition de la même forme). Dans le
cas contraire on parle de bruit. Le son est une onde complexe qui
peut s'analyser en trois paramètres qui seront aussi trois
types de sensations.
L'intensité : la force du son (i,e. la pression)
- le volume
La fréquence : nombre de vibration par seconde on
parlera aussi de hauteur, tonalité ou encore fréquence
(dans le matériel de sonorisation). Plus la fréquence
de vibration est élevée et plus le son sera perçu
comme aiguë et inversement pour les graves
Le timbre : la complexité de l'onde. Une onde sonore
est un ensemble d'onde sinusoïdale simple appelé en
musique harmonic. Les harmonics ont des fréquences qui sont
des multiples entiers du son de base.
2. Le son l'homme et la musique
L'oreille humaine ne peut percevoir des sons en dehors des limites
suivantes :
- 20Hz (infra son) pour un son grave et 20.000 Hz (ultra son)
pour un son aiguë.
- 20 micro Pascal ( 0 décibel) à 20.000.000 Micro
Pascal (=128 décibels seuil de la douleur) pour l'amplitude
(1 Hertz = 1 vibration par seconde)
Dans les meilleurs condition l'oreille peut percevoir une différence
de 0.5dB (amplitude) et quelques Hertz (fréquence).
a. La fréquence
Quelques exemples
la voix : 500 Hz
soprano : 80 à 1150 Hz
piano : 27 à 4150 Hz
C'est notre capacité à différentier les sons
sur la base de leur hauteur qui nous permet d'apprécier la
musique.
do = 523Hz
si = 494Hz
la = 440Hz
sol = 392Hz
fa = 349Hz
mi = 330Hz
ré = 311Hz
do = 262Hz
Il est étonnant de savoir que la gamme moderne proposé
par Jean-Sébastien Bach au XVIIIe à été
retrouvée mathématiquement par les Psycho-physiciens
du XXe. La différence entre deux demi-ton correspond à
un rapport de Weber constant et égal
à 6%
exemple entre le la# et le la : (466-440)/440=0.059 ou bien encore
entre le fa# et le fa (370-349)/349=0.060
b. l'intensité
La sensation croît comme le logarithme de la stimulation
(il faut multiplier par 10 pour augmenter d'une unitée).
1 Bell=10 watt/cm2
conversation = 60 dB
chuchotement = 20dB
40 dB de différence est égale à une augmentation
de 10.000 watt/cm2, soit 4 Bells et donc 40 décibels
c. le timbre
Grace aux travaux du mathématicien Joseph Fourrier, il est
possible de décomposer une onde complexe, par exemple le
son, en ondes simples: une fondamentale et plusieurs harmoniques.
- octave : entre chaque octave il y a un doublement de la fréquence
- accord: la première harmonique est la douzième
note au-dessus de la fréquence fondamentale et la seconde
harmonique la 17ème. Les trois notes jouées simultanément
donne un son agréable, c'est le principe de l'accord parfait.
Notons que les pythagoriciens avaient déjà perçu
cette propriété. En faisant vibrer des cordes de différentes
tailles ils se sont aperçus que l'on obtenait des sons mélodieux
en utilisant des cordes dont le rapport correspond à des
nombres entiers.
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Rapport de Weber. Ernst Weber peut être considéré
comme le père de la psycho-physique. Imaginons que l'on test
la sensation de douleur tactile. Il faut une pression minimale de
30g par mm2 pour qu'elle soit ressentie dans 50% des cas. C'est
ce que nous appellerons le seuil absolue. Par contre si nous
soupesons 100g il faudra ajouter 2.5g (soit 102.5g) pour percevoir
une différence. C'est ce que nous appellerons le seuil
relatif.
(102.5-100)/100 = 2.5% <=> (205-200)/200 = 2.5% ...
le rapport est constant à 2.5%. Ce rapport est valable uniquement
pour la sensation tactile au niveau des doigts. Pour le son ce rapport
est constant et égal à 0.6%, ...
Un tel rapport s'applique encore au pouvoir d'achat : 1000€
n'ont pas la même valeur pour un milliardaire et un demandeur
d'emploi
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