Spécialité SPC : Instruments à vent et à percussion
I/Tuyau sonore :
a)Expérience : mise en évidence du phénomène d'ondes stationnaires dans une colonne d'air :
* On fixe la fréquence (GBF) et on déplace le micro à l'intérieur du tube .
* On laisse le micro fixe et on fait varier la fréquence .
Nous mettons ainsi en évidence l'existence de ventres et noeuds de pression pour certaines fréquences (phénomène de quantification)
b)Conditions d'obtention du phénomène de résonance :
aux extrêmités : ventres de déplacement (ou noeud de pression)
mode 1 : (déplacement)
Q1)Exprimer la relation de quantification entre la longueur d'onde l et la longueur L du tuyau pour le mode 1 .En déduire l'expression de la fréquence de résonance correspondante .
Q2)Quelles sont les expressions littérales des fréquences du deuxième et du troisième harmonique ?
II/La flûte de pan :
La flûte de Pan est un instrument de musique composé d'un ensemble de tuyaux sonores assemblés.
La flûte de Pan est un aérophone, le matériau vibrant produisant le son est donc l'air.
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a)Ecoute d'un morceau (Lemon tree) joué à la flûte de pan par Nicolas
D'autres morceaux sont accessibles en suivant le lien :
http://www.flutedepan.ch/menup.htm
b)Protocole :
Dans l'hypothèse où nous disposerions du matériel suivant :
-une flûte de pan
-d'un ordinateur (interface + écran)
-un micro
-une interface d'acquisition de données
- un logiciel d'acquisition de données pour piloter l'interface
-un logiciel de traitement de données
Q3)Décrire le protocole , schéma à l'appui, qui permettrait de visualiser à l'écran de l'ordinateur un signal sonore produit par la flûte en fonction du temps
c)Modes oscillatoires des tubes
Le travail porte sur l’étude de la flûte de Pan ci-dessous, constituée de 10 tuyaux dont l’une des extrémités est fermée.
Q4)Représenter par un schéma du même type que celui de I-b le mode 1 de l'oscillation de l'air à l'intérieur d'un tube.
Q5)Etablir la relation qui relie la fréquence du son émis par un tube à sa longueur L.
Q6)Représenter le schéma oscillatoire qui correspond au mode 2
d)Premiers harmoniques des tubes
Lancer le logiciel « Audacity » : Bureau bis/logiciels/Audacity
Le logiciel Audacity va nous permettre de compléter le tableau ci-dessous pour chaque tube de la flûte :
Q7)
L (cm) |
F1 |
F2 |
F3 |
7,7 |
|||
8,1 |
|||
9 |
|||
10 |
|||
11,5 |
|||
12,6 |
|||
13,9 |
|||
15,7 |
|||
16,6 |
|||
18,7 |
A partir d'Audacity:
-ouvrir le fichier (Fichier/ouvrir …..)
- écouter le son
- visualiser le spectre : (Analyse/Tracer le spectre…)
-Noter dans le tableau L et les fréquences correspondantes
d) Exploitation :
Q8) Complétez le tableau :
L (m) |
||||||||||
1/L (m-1) |
||||||||||
F1 (Hz) |
Q9)Tracer la courbe F1= f(1/L)
Q10) Déterminer le coefficient directeur de la droite obtenue et en déduire la vitesse du son dans l'air.
III/Instruments à percussion :
a)Documents :
b)Question :
Décrire la méthode permettant d'accorder un instrument à percussion .
IV/Exercices :
Pages 70 et suivantes , exercices : 3,5,7 et 19
Spécialité SPC : Instruments à vent et à percussion - Correction
1)Pour le mode 1 : L=l/2 . Comme f=v/l , nous en déduisons f1= v/2L ( v est la vitesse du son)
2)harmonique 2 : f2 = 2f1 = v/L ; harmonique 3 : f3=3f1 =3v/2L
3)Un morceau de la flûte de pan est joué devant le micro . Celui-ci capte l'onde sonore et la transforme en signal électrique . Ce signal est transmis à l'interface d'acquisition de données qui pilotée par un logiciel d'acquisition permet d'enregistrer sous forme numérique le signal électrique .
Le signal numérique peut dès lors être visualisé à l'écran de l'ordinateur en fonction du temps . Un logiciel de traitement de données permet d'effectuer (transformée de Fourier par exemple) des opérations mathématiques sur ce signal .
4)
5)mode 1 : L=l/4 d'où f1 = v/4L
Q6)Représenter le schéma oscillatoire qui correspond au mode 2
6)
mode 2 : L= 3l/4
7)
L (cm) |
F1 |
F2 |
F3 |
7,7 |
1110 |
2168 |
3222 |
8,1 |
1000 |
2017 |
2960 |
9 |
890 |
1754 |
2700 |
10 |
720 |
1490 |
2470 |
11,5 |
699 |
1415 |
2200 |
12,6 |
662 |
1302 |
2055 |
13,9 |
600 |
1227 |
1829 |
15,7 |
500 |
1114 |
1528 |
16,6 |
490 |
1000 |
1450 |
18,7 |
436 |
850 |
1300 |
8)
L |
7,7.10-2 |
8,1.10-2 |
9.10-2 |
10-1 |
1,15.10-1 |
1,26.10-1 |
1,39.10-1 |
1,57.10-1 |
1,66.10-1 |
1,87.10-1 |
1/L (m-1) |
12,99 |
12,35 |
11,11 |
10,00 |
8,70 |
7,94 |
7,19 |
6,37 |
6,02 |
5,35 |
F1 (Hz) |
1110 |
1000 |
890 |
720 |
699 |
662 |
600 |
500 |
490 |
436 |
9)
10)Le coefficient directeur de cette courbe est de l'ordre de 81 m/s . L'équation de la courbe étant :
F1 = (v/4)* 1/L . Il apparaît que le coefficient directeur de la droite est égal à v/4 d'où v= 4*81 =325 m/s
III/Instruments à percussion :
Décrire la méthode permettant d'accorder un instrument à percussion .
-Il faut enregistrer le son de l’instrument à percussion avec un échantillonneur également appelé sampler.
-Il faut ensuite « pitcher>> le son à l’octave autant que nécessaire », c’est-à-dire multiplier par deux sa fréquence autant que nécessaire
-C’est l’échantillonneur qui permet d’augmenter la hauteur du son enregistré. Lorsqu’on obtient un son dont la fréquence est repérable sur la gamme tempérée, on ajuste cette dernière en tendant la peau si la fréquence est trop faible ou en la détendant si la fréquence a une valeur trop élevée.