Un son se caractérise par différents paramètres. On en relève au minimum quatre : la hauteur, l'intensité, la durée et le timbre.
Au terme musical de hauteur, les physiciens préfèrent celui de fréquence. La fréquence de vibration est le nombre de fois par seconde où le mouvement se reproduit identique à lui-même.
L'unité de base correspond au nombre de périodes par seconde ; c'est le herts (hz). Une fréquence de 1000 Hz est donc une fréquence dont le cycle se produit 1000 fois par seconde.
La hauteur (grave ou aigu) dépend de la vitesse de vibration de la source sonore.
Pour un instrument à corde, plus la corde est longue, plus la vibration est lente, plus le son est grave.
Si on pince la corde pour la raccourcir, la vitesse augmente, le son est plus aigu.
En principe, il n y a pas de limitation dans la gamme des fréquences des sons possibles. Cependant, les fréquences perceptibles par l'oreille humaine vont de 20Hz (son grave) à 20000Hz environ (son aigu). Le la3 que le premier violon donne avant le concert a une fréquence de 440 Hz, ce qui correspond à 440 vibrations par seconde.
Certaines personnes ont l'oreille parfaite. Cela signifie qu'elles sont capables de reconnaître toutes les notes que leur ouïe permet d'entendre. Vous aussi, testez vos capacités à reconnaître les notes sur une gamme.
TestL'intensité mesure la puissance ou le bruit relatif d'un son.
Puisque le son est une vibration qui se propage à travers des corps physiques, cette vibration, ce changement de pression peut être élevé ou faible. Plus cette pression acoustique est forte et plus on entend le son fortement.
L'amplitude des vibrations de pression donne l'intensité du son. L'intensité correspond au volume d'énergie d'une onde. L'amplitude du son est la mesure du changement de pression par rapport à une valeur moyenne. L'intensité est le volume (l'amplitude) du son. Elle se mesure à l'aide d'une unité appelée le décibel (dB). L'audition se mesure sur une échelle appelée dBHL (seuil d'audition des décibels). Le son le plus faible que peut percevoir une oreille normale est proche de 0 dB, alors qu'un avion à réaction qui décolle émet un signal sonore d'environ 120 dB.
Les intensités sonores ne s'ajoutent pas toujours. En effet, lorsque deux ondes se rencontrent, un phénomène physique se produit. C'est ce qu'on appelle des interférences.
Pour reprendre la comparaison de l'eau, on voit qu'une onde à la surface de l'eau est composée, comme l'onde acoustique, de creux et de bosses alternativement, qui se déplacent à vitesse constante.
En certains endroits, les bosses des deux ondes arrivent ensemble, de même que les creux. Les ondes sont bien synchronisées, elles produisent le même mouvement en cet endroit. Si on les additionne, le mouvement produit aura une amplitude deux fois supérieure. Les ondes sont "en phase", il ne reste plus à cet endroit qu'une seule onde de grande amplitude.
Mais là où les deux ondes se rencontrent, les bosses de l'une peuvent parvenir en même temps que les creux de l'autre. Dans ce cas, l'inverse est aussi vrai. Les bosses et les creux de l'une et de l'autre arrivent complètement décalés. Donc quand on les additionne, on n'obtient rien du tout ! C'est comme si en cet endroit il n'y avait pas d'onde. De même, si on écoute deux sources de musique bien synchronisées, il se peut que l'on n'entende rien, si on est "bien placé".
Démonstration : Phénomène d'interférence.La répétition d'une onde sonore donne la durée du son. Elle correspond au temps pendant lequel l'énergie du son est perceptible.
L'oreille humaine peut détecter des différences temporelles de l'ordre de quelques millièmes de seconde.
A hauteur, intensité et durée égales, l'élément qui distingue des notes identiques données par des instruments différents est le timbre.
Pour un son donné, il y a en général plusieurs fréquences : la fréquence fondamentale (qui indique la hauteur du son) et les fréquences d'accompagnement aussi appelées harmoniques. Ce sont ces harmoniques qui permettent de définir le timbre d'un son.
Par exemple, quand on entend le "la3" à 440 Hertz d'un violon, on y trouve bien sûr une onde sonore de fréquence 440 Hertz, qu'on appelle la fréquence fondamentale. Mais on y entend aussi les fréquences d'accompagnement, les harmoniques : ce sont des ondes de fréquences multiples de la fréquence fondamentale.
Les harmoniques du "la" du violon sont différents de ceux produits par la guitare. Leur importance relative n'est pas la même. Dans le violon, tel ou tel harmonique est plus présent que pour la guitare, alors que d'autres le sont moins.
Démonstration : Variation de timbre entre deux instruments à cordes.D'une manière générale, on considère que les sons s'accordent bien s'ils ont beaucoup d'harmoniques en commun.