Fréquence, amplitude et timbre | Acoustique

Nombre de vibrations par seconde (exprimé en hertz, Hz).

Correspond à la hauteur perçue du son (aigu/grave).

Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.

Grandeur maximale de la variation de pression.

Correspond à l'intensité perçue du son (fort/faible).

Plus l'amplitude est grande, plus le son est fort.

Qualité distinctive du son.

Correspond à la couleur du son.

Permet de distinguer deux sons de même hauteur et intensité.

La fréquence est le nombre de vibrations ou d'oscillations par seconde.

Unité de mesure : hertz (Hz).

Exemples : une fréquence de 440 Hz signifie 440 vibrations par seconde.

L'oreille humaine perçoit les sons entre environ 20 Hz et 20 000 Hz.

Les fréquences inférieures à 20 Hz sont des infrasons.

Les fréquences supérieures à 20 000 Hz sont des ultrasons.

• Fréquences basses (20-250 Hz) → sons graves
• Fréquences moyennes (250-4000 Hz) → sons médiums
• Fréquences hautes (4000-20000 Hz) → sons aigus

La note La3 (la tonique) correspond à une fréquence de 440 Hz.

• Bourdonnement d'une mouche : environ 200 Hz
• Voix humaine grave : environ 100 Hz
• Voix humaine aiguë : environ 300 Hz
• Sifflement : 1000-4000 Hz
• Crissement d'une craie : 8000-10000 Hz

L'amplitude est la grandeur maximale de la variation de pression acoustique.

Elle correspond à l'écart maximal entre la pression normale et la pression maximale/minimale.

Plus l'amplitude est grande, plus le son est intense.

L'intensité sonore est mesurée en décibels (dB).

L'échelle logarithmique permet de gérer les grandes variations.

Une augmentation de 10 dB correspond à un son perçu deux fois plus fort.

• Silence absolu : 0 dB
• Bruit de fond calme : 20-30 dB
• Conversation normale : 60 dB
• Traffic routier : 70-80 dB
• Concert de rock : 100-110 dB
• Avion au décollage : 120-130 dB

Des niveaux sonores élevés peuvent endommager l'audition.

Exposition prolongée à plus de 85 dB peut causer des lésions auditives.

Des protections auditives sont recommandées au-delà de 80 dB.

Le timbre est la qualité distinctive d'un son.

Il permet de reconnaître la source sonore même si la hauteur et l'intensité sont identiques.

Le timbre est déterminé par la forme d'onde et la composition harmonique.

Un son musical est constitué d'un fondamental et de ses harmoniques.

Le fondamental détermine la hauteur du son.

Les harmoniques (multiples entiers du fondamental) déterminent le timbre.

Deux instruments jouant la même note ont le même fondamental mais des harmoniques différents :

• Piano : timbre riche en harmoniques
• Flûte : timbre pur, peu d'harmoniques
• Violon : timbre chaud, harmoniques complexes
• Trompette : timbre brillant, harmoniques aigus

Chaque personne a un timbre vocal unique.

Cela permet de reconnaître une voix familière.

Le timbre dépend de la forme des cavités résonnantes (bouche, gorge, nez).

Un oscillogramme montre la variation de pression acoustique en fonction du temps.

L'oscillogramme permet de visualiser :

• L'amplitude du signal (hauteur des pics)
• La période (durée d'une oscillation)
• La fréquence (inverse de la période)
• La forme d'onde (qui influence le timbre)

• Sinusoïdale : son pur, une seule fréquence
• Carrée : riche en harmoniques impairs
• Triangulaire : harmoniques impairs, décroissance rapide
• Dent de scie : tous les harmoniques présents

Un spectrogramme montre l'intensité des différentes fréquences en fonction du temps.

Il permet de visualiser la structure harmonique d'un son.

Chaque harmonique apparaît comme une raie verticale.

La fréquence est le nombre de vibrations par seconde :

Cette fréquence correspond à la note Mi4 (E4) qui est à environ 659,2 Hz.

Le son est donc un Mi aigu.

Cet exercice montre la relation directe entre la fréquence physique et la hauteur musicale.

Chaque note musicale correspond à une fréquence précise.

La gamme musicale est basée sur des rapports de fréquence spécifiques.

Lorsque l'amplitude est doublée, l'intensité est multipliée par 4 (puisque I ∝ A²).

Sur l'échelle logarithmique en dB, une multiplication par 4 de l'intensité correspond à une augmentation de :

Le niveau sonore passera donc de 85 dB à environ 91 dB.

Cet exercice illustre la nature logarithmique de l'échelle des décibels.

Une augmentation de 6 dB correspond à un doublement de l'amplitude.

Une augmentation de 10 dB est perçue comme un son deux fois plus fort.

Vous pouvez reconnaître la voix de votre ami(e) grâce au timbre de sa voix.

Le timbre est déterminé par la composition harmonique du son, c'est-à-dire les fréquences multiples du fondamental présentes dans le signal.

Chaque personne a une forme de cavité buccale, une structure des cordes vocales et des résonateurs uniques, ce qui crée un timbre caractéristique.

Le timbre est essentiel pour la reconnaissance des voix et des instruments.

Il permet de distinguer deux sons de même hauteur et intensité.

Le timbre dépend de la structure harmonique, qui est influencée par la forme du résonateur.

Fréquence, amplitude et timbre sont des paramètres indépendants :

• On peut modifier la fréquence sans changer l'amplitude ni le timbre
• On peut modifier l'amplitude sans changer la fréquence ni le timbre
• On peut modifier le timbre sans changer la fréquence ni l'amplitude

Bien que les paramètres soient indépendants, il existe des interactions :

• À très basse intensité, la perception de la hauteur peut être altérée
• La sensibilité de l'oreille varie selon la fréquence
• Le timbre peut influencer la perception de l'intensité

Les musiciens manipulent fréquence, amplitude et timbre :

• Fréquence : pour jouer les bonnes notes
• Amplitude : pour contrôler le volume
• Timbre : pour créer des textures sonores

Les systèmes audio exploitent ces paramètres :

• Égaliseurs : modification de l'amplitude des différentes fréquences
• Compresseurs : contrôle dynamique de l'amplitude
• Effets de distorsion : modification du timbre

L'analyse du timbre de la voix peut révéler des problèmes médicaux :

• Modifications du timbre par des pathologies
• Analyses spectrales pour détecter des troubles
• Monitoring des patients par la voix

Le son véhicule des informations grâce à ses paramètres :

• Identité d'un individu (timbre de la voix)
• Émotion exprimée (variations d'amplitude et de fréquence)
• Langue parlée (modèles de fréquence)

Nombre de vibrations par seconde (Hz).

Détermine la hauteur du son (aigu/grave).

Perçue entre 20 Hz et 20 000 Hz.

Grandeur maximale de la variation de pression.

Détermine l'intensité du son (fort/faible).

Mesurée en décibels (dB) sur une échelle logarithmique.

Qualité distinctive du son.

Déterminé par la composition harmonique.

Permet de distinguer les sources sonores.

Ces trois paramètres sont fondamentaux dans de nombreux domaines :

• La musique et l'audio
• Les communications
• La médecine
• L'industrie

• La fréquence détermine la hauteur du son (aigu/grave)
• L'amplitude détermine l'intensité du son (fort/faible)
• Le timbre détermine la qualité du son (couleur)

• Fréquence : 20 Hz à 20 000 Hz pour l'audition humaine
• Amplitude : de 0 dB (silence absolu) à plus de 120 dB (danger pour l'audition)
• Timbre : dépend de la composition harmonique du son

• Musique et acoustique
• Technologie audio
• Médecine et diagnostic
• Communications