Fréquence, période et hauteur d'un son

Ce qu'il faut comprendre

Tu as déjà entendu des sons aigus (comme un cri aigu) et des sons graves (comme le bruit d'un moteur). Ce qui différencie un son aigu d'un son grave, c'est sa hauteur. La hauteur est liée à une grandeur physique appelée fréquence. Dans ce cours, tu vas découvrir comment la fréquence et la période d'un son déterminent sa hauteur, et tu verras aussi les notions d'intensité et de timbre, qui complètent la description d'un son.

Les notions essentielles

Son

Un son est une vibration qui se propage dans un milieu matériel (air, eau, métal…). Il est produit par une source qui vibre (corde vocale, haut-parleur, instrument de musique).

Fréquence

La fréquence d'un son est le nombre de vibrations (ou cycles) par seconde. Elle se note f et s'exprime en hertz (Hz).

• Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
• Plus la fréquence est faible, plus le son est grave.

L'oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz (20 kHz). En dessous de 20 Hz, ce sont les infrasons ; au-dessus de 20 kHz, les ultrasons.

Période

La période est la durée d'un cycle de vibration. Elle se note T et s'exprime en secondes (s). La période et la fréquence sont liées par la relation :

T = 1 / f ou f = 1 / T

Avec T en secondes et f en hertz.

Hauteur

La hauteur d'un son est la sensation qui permet de classer un son du plus grave au plus aigu. Elle est directement liée à la fréquence fondamentale du son. Plus la fréquence est grande, plus la hauteur est élevée.

Intensité

L'intensité sonore correspond au volume sonore : un son fort a une grande intensité, un son faible a une petite intensité. Elle dépend de l'amplitude de la vibration. L'intensité se mesure en décibels (dB) (mais tu n'as pas besoin de connaître la formule en Seconde).

Timbre

Le timbre est la qualité qui permet de distinguer deux sons de même hauteur et même intensité, mais émis par des sources différentes (par exemple, une flûte et un violon jouant la même note). Il est lié à la forme de l'onde (présence d'harmoniques).

Risques auditifs

Une exposition prolongée à des sons de forte intensité (supérieure à 85 dB) peut endommager l'oreille interne et entraîner une perte auditive irréversible. Il faut donc protéger ses oreilles (bouchons, casque) dans les environnements bruyants (concerts, chantiers, écoute au casque à fort volume).

Méthode

Pour déterminer la fréquence ou la période d'un son à partir d'une représentation temporelle (oscillogramme) :

1. Repérer un motif qui se répète (un cycle complet).
2. Mesurer la durée de ce motif : c'est la période T (en secondes).
3. Calculer la fréquence avec la formule f = 1 / T.

Inversement, si on connaît la fréquence, on peut calculer la période : T = 1 / f.

Attention aux unités : si T est en millisecondes (ms), il faut la convertir en secondes (1 ms = 0,001 s) avant de calculer f.

Exemple corrigé

Énoncé : Sur un oscilloscope, on observe un signal sonore. La base de temps est réglée sur 2 ms/div. Un motif complet s'étale sur 4 divisions. Calcule la période et la fréquence de ce son.

Correction :

1. Période : Chaque division vaut 2 ms. Le motif occupe 4 divisions, donc T = 4 × 2 ms = 8 ms. Convertissons en secondes : 8 ms = 8 × 10⁻³ s = 0,008 s.

2. Fréquence : f = 1 / T = 1 / 0,008 = 125 Hz.

Réponse : La période est de 8 ms (0,008 s) et la fréquence de 125 Hz. C'est un son grave (inférieur à 250 Hz environ).

Erreurs fréquentes

• Confondre fréquence et intensité : La fréquence détermine la hauteur (aigu/grave), l'intensité détermine le volume (fort/faible). Un son peut être aigu et faible, ou grave et fort.
• Oublier de convertir les unités : Si la période est donnée en ms, il faut la convertir en secondes avant d'utiliser f = 1/T.
• Inverser la relation : T = 1/f et f = 1/T. Vérifie toujours que si T augmente, f diminue (et inversement).
• Croire que la hauteur dépend de l'intensité : Non, la hauteur ne dépend que de la fréquence.

À retenir

• La fréquence f (en Hz) est le nombre de vibrations par seconde. Plus f est grand, plus le son est aigu.
• La période T (en s) est la durée d'une vibration. T = 1/f et f = 1/T.
• La hauteur est liée à la fréquence.
• L'intensité est liée au volume sonore.
• Le timbre permet de distinguer deux sons de même hauteur et intensité.
• Protège tes oreilles des sons trop forts (risques auditifs).

Pour s'entraîner

Maintenant que tu as compris le cours, tu peux t'entraîner avec les exercices et quiz disponibles sur AlloSeconde. Tu trouveras aussi des fiches de révision pour mémoriser les formules et les définitions. Bon courage !