SPECIALITE SPC - LES INSTRUMENTS DE MUSIQUE
I/Une classification des instruments de musique :
Le tableau ci-dessous récapitule en les classant différents instruments de musique :
Nous allons nous intéresser dans un premier temps aux instruments à corde .
II/Des instruments à corde et à vent :
a)L'élastique musical :
le dispositif (un pot de yaourt et un élastique ) est représenté ci-dessous :
protocole :
- tendre l'élastique entre le pouce et l'index puis tirer sur l'élastique avec l'autre main et le lâcher . Observer l'élastique et écouter .
-enrouler l'élastique autour du pot de yaourt vide . Tirer la partie de l'élastique au-dessus de l'ouverture du pot , puis le lâcher . Ecouter .
Q1)Quelles sont vos observations ?
Q2)Identifier le rôle joué par l'élastique et le rôle joué par le récipient .
Nous identifierons dans l'expérience qui vient d'être réalisée les différentes composantes qui interviennent dans la chaîne suivie par le son en se référant au schéma suivant :
Q3)Dans l'expérience réalisée , quel est le système vibrant (excitateur) , quel est le système de couplage avec l'air (résonateur) ?
Q4)La tension de l'élastique a t-elle une influence sur l'émission du son ?
Remplir le récipient à moitié d'eau et tirer puis lâcher l'élastique .
Q5)Le son est-il le même que précédemment ? Conclure sur l'influence de la profondeur de la cavité résonnante .
b)Ondes stationnaires : corde de Melde
Q6)Faire un schéma de la corde à la résonance (ondes stationnaires) .Préciser sur ce schéma :
- les nœuds de vibrations (points immobiles)
-les ventre de vibration (points de la corde dont l'amplitude de vibration est maximale)
Les conditions de résonance , sont récapitulées ci-dessous :
Conditions de résonance :
k entier
ou 
L : longueur de la corde ; V : célérité des ondes le long de la corde ; f : fréquence de l'onde
Q7)Faire le schéma de la corde
a-dans le mode 1 : 1 fuseau - fréquence f1
b-dans le mode 2 : 2 fuseaux - fréquence f2
Q8)Quelles sont les relations entre la longueur de la corde et la longueur d'onde dans les modes 1 et 2 ?
La fréquence f1 est celle du fondamental (mode 1) . f2= 2f2 et f3=3f1 … sont les fréquences des harmoniques 2 et 3
….
c)Corde de guitare dans un champ magnétique et traversée par un courant
La corde de guitare est parcourue par un courant sinusoïdal de fréquence f . A la résonance on peut percevoir le son émis par le dispositif.
Q9) Représentez la corde de guitare dans son mode de vibration 1 et dans son mode 2 , sachant que les deux extrémités de la corde sont fixes . Quelles sont alors les fréquences des sons émis ?
Remarque 
F est la tension de
la corde et m la masse par unité de
longueur .
Q10)Soit f la fréquence du courant qui traverse la corde dans le mode 2. Quelle est la fréquence de vibration de chacun des points de la corde ?
d)Son émis par une corde de guitare pincée ou frappée et une flûte:
A partir du dossier "LOGICIELS" , lancer "WAVER" puis : CHARGER (répertoire "exemples")(répertoire "exemples) le fichier "guit440"
JOUER (écoute le son)
Cliquer deux fois sur le bouton loupe - :
de façon à ce que l'on puisse bien repérer la période . Sélectionner (clic
gauche enfoncé) un peu plus d'une période dans la fenêtre du haut (le signal
doit alors être entouré d'un rectangle rouge) et relâcher le bouton de la
souris. Une nouvelle fenêtre telle celle ci-contre s'ouvre . Cliquer sur
"oui"
Q11)Quelle est la période du son émis par la guitare ? Quelle est la fréquence correspondante ?
Q12)Le son émis par la corde de guitare est-il sinusoïdal ?
Sur la partie inférieure de la fenêtre du logiciel WAVER est visualisée sous forme de diagramme en bâtons le spectre du signal
Q13)Représentez le spectre du signal sur votre copie .
Q14)Quelles sont les fréquences :
* du fondamental . Comparer celle-ci à la fréquence du signal précédemment calculée .
*des harmoniques 2 et 3 ?
Charger le fichier "flut440" . Ecouter . Effectuer les mêmes opérations qu'avec le fichier précédent pour finalement obtenir une fenêtre similaire à celle ci-dessous :
Q15)Quelle est la période du son émis ici par la flûte ? Quelle est la fréquence correspondante ?
Q16)Représentez le spectre du signal sur votre copie .
Q17)Quelles sont les fréquences :
* du fondamental . Comparer celle-ci à la fréquence du signal précédemment calculée .
*des harmoniques 2 et 3 ?
Q18)Les deux sons précédemment écoutés ont-ils la même hauteur , le même timbre ? Justifiez vos réponses .
Charger le fichier "guit220" . Ecouter .Effectuer les mêmes opérations qu'avec le fichier précédent pour finalement obtenir une fenêtre similaire à celle ci-dessous .
Q19)Comparer les hauteurs des trois sons étudiés .
Q20)Que peut-on dire de leurs spectres ?
Q21)Dans quels types d'instruments sont à classer la guitare et la flûte ?
III/Exercices :
pages 70 et suiv :2, 4, 10 , 11, 15 et 18
Les instruments de musique correction :
1)Une fois lâché, l’élastique vibre.
2)En vibrant , l'élastique émet un son. Le son est plus audible lorsque l’élastique est tendu sur le récipient, car ce dernier se comporte comme une caisse de résonance qui amplifie le son.
3)L'élastique est le système vibrant (excitateur), le pot de yaourt est le système de couplage avec l'air (résonateur).
4)Oui la tension de l'élastique a une influence sur l'émission du son . Pour des tensions différentes de l'élastique on obtient des sons différents.
5)Le son dépend également de la profondeur de la cavité
6)
7)
8)La distance entre deux nœuds successifs est toujours égale à l/2
*Dans le mode 1: L = l/2
*Dans le mode 2 : L=2*l/2 = l
La fréquence f1 est celle du fondamental (mode 1) . f2= 2f2 et f3=3f1 … sont les fréquences des harmoniques 2 et 3
….
9)
Ce sont les mêmes modes que ceux représentés avec la corde de Melde . Pour le mode 1 , le son émis a une fréquence f1 . Pour le mode 2 , le son a une fréquence f2= 2f1 . En termes d'harmoniques , le mode 1 correspond à l'harmonique 1 (ou fondamental) , le mode 2 à l'harmonique 2 .
10) Tous les points du milieu de propagation vibrent à la fréquence f1 .
11)Le son émis par la guitare a une période T=2,27 ms , ce qui correspond à une fréquence f=1/T=1/(2,27.10-3) = 440 Hz
12)Le son émis par la corde n'est manifestement pas sinusoïdal : ce n'est pas un son pur .
13)Spectre du signal :
14)Le fondamental a une fréquence f1= 440 Hz , ce qui correspond bien à la fréquence précédemment calculée .Les fréquences des harmoniques sont pour l'harmonique 2 f2= 2*440 = 880 Hz et pour l'harmonique 3 f3= 3*440 =1320 Hz
15)La période du son émis par la flûte est égale à T= 2,28 ms , ce qui correspond à une fréquence f=1/T=439 Hz
16)Spectre :
17)La fréquence du fondamental est la même que pour celle du son émis par la guitare (la 440). Les fréquences des harmoniques sont pour l'harmonique 2 f2= 2*440 = 880 Hz et pour l'harmonique 3 f3= 3*440 =1320 Hz
18)Les deux sons précédemment étudiés ont bien la même hauteur (même fondamental) , mais leurs spectres sont différents : ils n'ont donc pas le même timbre .
19)Les deux premiers sons ont la même hauteur (même fondamental) . Le troisième par contre a une hauteur (f=220 Hz) différente
20/Leurs spectres sont tous différents .
21/La flûte fait partie des instruments à vent .