Programme

Enseignement scientifique — Son et musique, porteurs d'information

La musique et l'acoustique

Harmoniques, timbre, gammes, résonance, instruments

Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub

Résumé

La musique repose sur des principes physiques d'acoustique. Un son musical est un son périodique complexe, composé d'un fondamental (fréquence la plus basse, qui donne la hauteur perçue) et d'harmoniques dont les fréquences sont des multiples entiers du fondamental ($f_1$, $2f_1$, $3f_1$...). Le timbre d'un instrument est déterminé par le nombre et l'amplitude relative des harmoniques : c'est ce qui permet de distinguer un piano d'une flûte jouant la même note. Les gammes musicales sont des ensembles de notes organisées selon des rapports de fréquences précis. Dans la gamme tempérée (utilisée en Occident), l'octave est divisée en 12 demi-tons égaux, chaque demi-ton correspondant à un rapport de fréquence de $2^{1/12} \approx 1{,}0595$. La résonance se produit lorsqu'un système vibrant est excité à l'une de ses fréquences propres : l'amplitude des oscillations augmente fortement. Les instruments de musique exploitent la résonance de cordes, colonnes d'air ou membranes.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur La musique et l'acoustique, extraits du quiz de révision.

Les harmoniques d'un son musical de fondamental $f_1$ ont pour fréquences :
Réponse :
$2f_1$, $3f_1$, $4f_1$...
Les harmoniques sont des multiples entiers du fondamental : $f_2 = 2f_1$, $f_3 = 3f_1$, $f_4 = 4f_1$, etc.
Le timbre d'un instrument dépend de :
Réponse :
Le nombre et l'amplitude relative des harmoniques
Le timbre est déterminé par la répartition des harmoniques (leur nombre et leur amplitude relative) : c'est la « signature sonore » de l'instrument.
L'octave correspond à un rapport de fréquences de :
Réponse :
$2$
L'octave est l'intervalle entre deux notes dont les fréquences sont dans un rapport de 2 (ex : la$_3$ = 440 Hz, la$_4$ = 880 Hz).
Dans la gamme tempérée, le rapport de fréquence d'un demi-ton est :
Réponse :
$2^{1/12}$
La gamme tempérée divise l'octave (rapport 2) en 12 demi-tons égaux, chacun correspondant à un rapport de $2^{1/12} \approx 1{,}0595$.