Fréquences acoustiques et notes musicales
Si vous observez un haut-parleur pendant l’émission d’un son, vous verrez que son cône vibre très vite sans provoquer aucun mouvement d’air.
Cette vibration fait à son tour vibrer automatiquement les molécules d’air provoquant ainsi des ondes sonores qui, en atteignant notre oreille, font vibrer la petite membrane placée à l’intérieur.
Le nerf acoustique relié à cette membrane les transforme en impulsions électriques et les envoie au cerveau.
On peut donc comparer notre oreille à un microphone qui transforme tous les sons qu’il réussit à capter en une tension électrique.
Pour essayer d’expliquer comment sont générées ces ondes sonores, qui bien qu’elles se répandent dans l’air, ne créent aucun courant électrique, nous pouvons comparer ce phénomène à celui du caillou que l’on jette dans un étang.
On voit se former des vaguelettes concentriques à l’endroit où tombe le caillou (voir figure 192). Ces vaguelettes se propagent vers l’extérieur à une certaine vitesse, sans provoquer de courants.
En effet, si on pose un bouchon de liège sur la surface de l’étang, on le verra seulement se soulever et s’abaisser, mais pas se déplacer du centre vers l’extérieur.
Si les vibrations émises par le cône d’un haut-parleur sont comprises entre 16 et 100 Hz (de 16 à 100 oscillations par seconde), on entendra un son d’une tonalité très basse; si au contraire elles sont comprises entre 5000 et 10000 Hz (de 5000 à 10000 oscillations par seconde), on entendra un son d’une tonalité très aiguë.
Si on frappe deux barres métalliques dont la longueur est différente, elles vibreront en produisant des sons différents car proportionnels à leur longueur.
Si on prend deux barres métalliques dont la longueur est identique et qu’on les place l’une à côté de l’autre, le son généré par le fait d’en faire vibrer une fera aussitôt vibrer l’autre car, cette seconde barre étant de même longueur que la première, résonnera.
Ce phénomène est utilisé pour accorder sur la même fréquence les cordes de deux guitares différentes, de deux pianos ou de deux harpes, etc. Pour accorder les instruments musicaux, on utilise un morceau de fer en forme de U appelé diapason et qui émet, lorsqu’il vibre, une "fréquence échantillon" de 440 Hz correspondant à la note “LA” de la troisième octave (voir le tableau 15).
Si on place un second diapason, accordé sur la même fréquence, près de celui qui est déjà en vibration, il commencera à vibrer lui aussi, excité par les ondes sonores générées par le premier (voir figure 193).
La vitesse à laquelle les ondes acoustiques se propagent dans l’air est de 340 mètres par seconde, par conséquent, beaucoup plus lente que la vitesse de la lumière qui atteint 300000 kilomètres par seconde!
Cette différence de vitesse se remarque facilement lors des tempêtes. En effet, nous voyons immédiatement la lumière de l’éclair de la foudre, mais le son du tonnerre ne parvient à notre oreille qu’après plusieurs secondes.
La vitesse à laquelle se propage le son dépend du conducteur, comme vous pouvez le remarquer:
Air 340 mètres par seconde
Eau 1480 mètres par seconde
Terre 3000 mètres par seconde
Acier 5050 mètres par seconde
Pour calculer, en mètres, la longueur d’onde d’un son qui se répand dans l’air à une température de 20 degrés centigrade, on peut utiliser cette formule:
mètres = 340 / hertz
Un son bas ayant une fréquence de 100Hz a une longueur d’onde dans l’air égale à:
340 / 100 = 3,4 mètres
Un son aigu ayant une fréquence de 6 000 Hz, a une longueur d’onde dans l’air égale à:
340 / 6000 = 0,0566 mètre, c’est-à-dire 5,66 centimètres
L’oreille humaine réussit à percevoir une large gamme de fréquences acoustiques qui partent normalement d’un minimum de 20 Hz pour arriver à un maximum de 17 000, voire 20000 Hz.
Cette limite maximum dépend beaucoup de l’âge. Une personne très jeune réussit à entendre toute la gamme jusqu’à 20 000 Hz, et même au-delà.
Après 30 ans, une personne ne peut plus percevoir les fréquences supérieures à 15 000 ou 16 000 Hz, et après 40 ans, elle ne réussit plus à percevoir toutes les fréquences supérieures à 10000 ou 12000 Hz.
Dans les pays de langue latine, et donc par conséquent en France, on appelle les 7 notes musicales:
DO - RÉ - MI - FA - SOL - LA - SI
Dans le tableau 15, nous avons reporté la fréquence fondamentale de chaque note et, dans les colonnes qui suivent, les octaves supérieures.
Comme vous pouvez le remarquer, la fréquence de chaque octave supérieure correspond à un redoublement de la fréquence de l’octave inférieure, et donc, il suffit pour la connaître de multiplier la fréquence fondamentale par:
2 - 4 - 8 - 16 - 32 - 64 - 128 – 256
Par exemple, la fréquence fondamentale de la note "LA" est de 55 Hz, la fréquence du "LA" de la 1re octave est de 55 x 2 = 110 Hz, la fréquence du "LA" de la 2e octave est de 55 x 4 = 220 Hz, la fréquence du "LA" de la 3e octave, également appelée "octave centrale", est de 55 x 8 = 440 Hz et ainsi de suite.
La fréquence de DO# - RÉ# - FA# - SOL# - LA# a une valeur intermédiaire entre la note inférieure et la note supérieure.
Note: le symbole graphique # s’appelle "dièse".
Vous trouverez, dans le tableau de la figure 194, les fréquences minimales et maximales divisées par octaves pouvant être générées par les différents instruments musicaux et les voix humaines.
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