(TP3 La physique de la note mystère)

PARTIE 1 : Ondes et applications
TP3
La physique de la note mystère
Objectif : Réaliser l’analyse spectrale d’un son musical et l’exploiter pour en caractériser la hauteur et le
timbre.
CONTEXTE DU SUJET :
Les logiciels comme Shazam, SoundHound, TrackID identifient un titre entendu à la radio, à la
télévision ou n'importe où ailleurs. Certains permettent même de reconnaître une chanson
fredonnée. Ils utilisent le microphone du téléphone ou du PC pour capturer un échantillon de
musique. Une empreinte acoustique est créée à partir de cet échantillon, elle est comparée à une
base de données puis, en cas de correspondance, les informations sont retournées à l'utilisateur.
Comment sont créées les empreintes acoustiques sur lesquelles reposent ces logiciels de
reconnaissance musicale ?
Document 1 : Le la3 ou la440
Le La440 est une note de musique utilisée comme hauteur de référence. Cette note est le La situé au-dessus
du Do central (Do3). C'est la note donnée par le diapason mécanique usuel. Une conférence internationale
en 1939 a recommandé que le La au-dessus du Do central soit accordé à 440 cycles par seconde. Cette
norme a été acceptée par l’Organisation internationale de normalisation (ou ISO - International
Organization for Standardization) en 1955 en tant que ISO 16. Elle sert maintenant de fréquence de
référence dans l’ajustement de pianos, de violons et d’autres instruments.
Document 2 : Le diapason
Le diapason est un outil de musicien donnant la hauteur - fréquence - d'une note-repère
conventionnelle, afin que celui-ci accorde - étalonne - son instrument. Son invention est attribuée au
trompettiste et luthiste anglais John Shore (1662-1752) en 1711. Par extension, le diapason désigne la
hauteur absolue de la note de référence mondialement acceptée (actuellement le la3).
Petit et pratique d’emploi, le diapason est constitué de deux branches parallèles, soudées en forme
de U et prolongées par une tige. Les branches en métal, en vibrant, émettent un son à la fréquence
étalonnée unique : on obtient alors un son dit pur. Ce son est amplifié si l’on pose la base du diapason
sur une cavité résonnante, comme la caisse d’une guitare, ou sur une table..
Document 3 : Timbre d’un son.
Qualité particulière du son, indépendante de sa hauteur ou de son intensité mais spécifique de
l'instrument, de la voix qui l'émet. Il est lié aux intensités relatives des harmoniques qui composent le son.
Définition du dictionnaire Larousse.
Document 4 : Le fondamental et ses harmoniques
Un son complexe périodique de fréquence f peut être décomposé en une somme de sons purs sinusoïdaux
appelés harmoniques dont les fréquences respectent la relation :
avec n un entier non nul
Le son de fréquence f1= f est appelé le fondamental.
L’ensemble formé par le fondamental et ses harmoniques constitue le spectre d’un son.
1
Document 5 : Fréquences des notes (en hertz) dans la gamme tempérée
http://fr.wikipedia.org/wiki/Note_de_musique
Document 6 : Acquisition d’un son
Brancher, avec précaution le micro au boîtier d’acquisition Orphy sur une des voies EA…
Depuis le bureau de Windows, ouvrir le dossier Physique et lancer le logiciel GTS2.
Paramétrer la voie d’acquisition comme suit :
Sélectionner
l’entrée analogique
EAi
correspondant à votre câblage.
Renseigner les champs :
→ nom,
→ unité,
→ signification (flûte la5012…)
Cliquez ici
Choisir un affichage de ±2 V
Choisir le mode d’acquisition, la synchronisation et le balayage :
Cliquez ici
Entrez la durée et le
nombre de points
Cocher Mode de fonctionnement temporel et sélectionner temps pour l’abscisse.
Régler la synchronisation sur Entrée clavier
On réglera la durée totale d’acquisition sur 20 ms et le nombre de points à 1000
Placer le micro près de la source sonore, l’enregistrement débute en cliquant sur le bouton Acquisition
Cliquer sur l’icône Régressi
pour basculer vers le traitement des données…
On peut faire l’analyse spectrale du signal à l’aide du bouton
2
TRAVAIL À EFFECTUER
Vous disposez du matériel suivant : une flûte à bec, un diapason, un microphone, une interface
d’acquisition, un ordinateur avec logiciels d’acquisition et de traitement de données, les modes d’emploi
des logiciels.
ANALYSER :
30 min conseillées
1. Relever dans les documents tous les termes et expressions permettant de caractériser un son.
2. Un instrument de musique joue le Ré de la 3ème octave. Donner les fréquences du fondamental et des
trois premiers harmoniques.
3. Proposer un protocole pour analyser le son produit par le diapason dont vous disposez.
APPEL N°1
Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental
ou en cas de difficulté.
3
RÉALISER :
45 min conseillées
4. Mettre en œuvre le protocole expérimental. Consignez vos observations et vos interprétations.
5. Parmi les spectres ci-dessous, lequel peut-on associer au son obtenu ? Comment peut-on qualifier ce
son ?
300 900 1500
APPEL N°2
3000
Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats expérimentaux
ou en cas de difficulté.
6. Voici le doigté d’une note jouée à la flûte à bec :
De quelle note s’agit-il ? Explicitez en détail
votre démarche et les résultats obtenus :
pouce
4
APPEL N°3
Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions
ou en cas de difficulté
COMMUNIQUER :
15 min conseillées
7. Comment sont créées les empreintes acoustiques sur lesquelles reposent les logiciels de
reconnaissance musicale ?
APPEL N°4
Appeler le professeur pour lui présenter vos conclusions
ou en cas de difficulté
POUR S’ÉVALUER…
Analyser
coefficient 2
Réaliser
coefficient 3
A
A
B
B
C
D
A
B
C
D
Communiquer coefficient 1 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
20 19 18 17 18 17 16 15 14 13 12 11 12 11 10 10 18 18 16 16 16 16 15 14 13 12 11 10 11 10 9 8
Note
Analyser
coefficient 2
Réaliser
coefficient 3
C
A
B
D
C
D
A
B
C
D
Communiquer coefficient 1 A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D
Note
16 15 14 13 14 13 12 11 10 10 8 8 8 8 6 6 15 14 13 12 13 12 11 10 9 8 7 6 7
6 5 5
5