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Identifier un son périodique

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Objectifs
  • Identifier un son périodique.
  • Évaluer la valeur de la fréquence d'un son périodique.

Niveau préconisé : 4e ou 3e

Points clés
  • Un signal sonore « régulier » est périodique. Il a un motif élémentaire qui se répète pendant un temps qui est toujours le même.
  • Un son qui n’est pas périodique n’a pas de motif.
  • Le temps d’un seul motif s’appelle la période (de symbole T, exprimée en seconde).
  • La fréquence est le nombre de fois que le motif élémentaire se répète en 1 seconde.
  • Un son est audible si sa fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz.
  • La fréquence permet de savoir si un son est audible, grave, médium ou aigu.
  • Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
1. Identifier un son périodique
Un son, ou un signal sonore, peut être observé sur un écran sous la forme d'une courbe.
Remarque 
La courbe d’un signal s'appelle un oscillogramme.
a. Signal d'un son périodique

Un son peut être « régulier », on dit qu’il est périodique. Le signal sonore présente alors un motif élémentaire : une partie de la courbe se répète à intervalles de temps réguliers.

Exemple 
Un son émis par un instrument de musique est périodique. Ce signal est périodique car il possède un motif élémentaire qui se répète.
La partie en rose est un motif élémentaire du signal sonore périodique
b. Signal d'un son qui n'est pas périodique

Lorsqu’un son n’est pas « régulier », on dit qu’il n’est pas périodique. Le signal sonore ne présente pas de motif élémentaire.

Exemple 
Un « bruit » sonore, enregistré par exemple dans le centre d’une ville, n'est pas périodique. Ce signal n’est pas périodique car il ne possède pas de motif élémentaire qui se répète.
Un signal sonore qui n’est pas périodique
2. Estimer la valeur de la période T d'un signal sonore périodique

On peut estimer la valeur de la période d’une onde sonore.

Le temps d’un seul motif sur un signal sonore s’appelle la période (de symbole T, exprimée en seconde).

La période peut être lue comme étant la durée entre deux « sommets » de la courbe.

Exemple 
Lecture de la période
Exemple 
On souhaite estimer la valeur de la période du signal sonore suivant.
Estimation du nombre de motifs élémentaires sur un temps donné
Ce signal comporte un motif qui se répète. Il s'agit donc d'un son périodique.

On peut alors estimer la durée d’un seul motif, ce qui revient à estimer la valeur de la période. Pour cela on détermine d’abord le temps de plusieurs motifs élémentaires.
Remarque 
Cette méthode permet de mesurer le temps d’une seule période avec plus de précision.
Il y a sur le signal sonore périodique ci-dessus 5 motifs élémentaires observables qui se répètent, pendant une durée de 32 millisecondes soit 0,032 seconde.

La valeur de la période de ce signal sonore est donc égale à  seconde.
3. Estimer la valeur de la fréquence f d'un signal sonore périodique

On peut estimer la valeur de la fréquence d’une onde sonore.

La fréquence (f) est le nombre de fois que le motif élémentaire se répète en 1 seconde. Son unité est le hertz (Hz).
Exemple 
On souhaite estimer la valeur de la fréquence du signal sonore de l’exemple précédent.
Dans l’exemple précédent, il y a 5 motifs élémentaires pendant un temps égal à 0,032 seconde. Il faut déterminer le nombre de motifs élémentaires en 1 seconde.

On peut le déterminer en réalisant un tableau de proportionnalité :
Nombre de motifs élémentaires 5 valeur recherchée
Durée (en s) 0,032 1
Le nombre de motifs en une seconde est égal à .
Ce nombre signifie qu’il y a 156 motifs élémentaires en 1 seconde, soit une fréquence de 156 Hz.

On peut conclure que ce son est audible. Sa fréquence est en effet comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Échelle de fréquences sonores
4. Classer les sons du plus grave au plus aigu en connaissant les fréquences du signal

Plus la période d’un son est petite, plus la fréquence de ce son est élevée (le nombre de motifs élémentaires par seconde est en effet plus grand).

Et plus la fréquence d’un son est est élevée, plus ce son est aigu.

Plus la période d’un son est grande, plus la fréquence de ce son est petite (le nombre de motifs élémentaires par seconde est en effet plus petit).

Et plus la fréquence d’un son est petite, plus ce son est grave.

Exemple 
Les signaux sonores ci-dessous sont classés du plus aigu au plus grave car la fréquence diminue de plus en plus (le nombre de motifs élémentaires par seconde diminue). A l'inverse, la période augmente de plus en plus.
Classement par fréquence, du plus aigu au plus grave

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