Battements acoustiques
Comment l'effet de battement acoustique est utilisé en musique électronique
Ebene :
Lycée
Autor:
Alain Bonardi - Christophe Chazot
Objectif pédagogique :
Cette expérience permet aux élèves de découvrir le phénomène de battements acoustiques et ses applications musicales. Elle développe leur perception auditive tout en illustrant les principes d'interférence d'ondes.
Concepts abordés :
Interférence d'ondes, Superposition d'ondes sinusoïdales, Perception auditive, Fréquence et période, Modulation d'amplitude
Description de l'activité :
L'élève utilise le synthétiseur de FizziQ pour produire simultanément deux sons de fréquences très proches (440 Hz et 441 Hz) et observe les variations régulières d'intensité sonore qui en résultent. À l'aide du capteur d'intensité sonore, il mesure la période du battement et vérifie que sa fréquence correspond bien à la différence entre les deux fréquences émises. L'expérience est répétée avec différents écarts de fréquence pour établir la règle générale.
Matériel requis :
Smartphone avec l'application FizziQ, Un environnement calme, Éventuellement un casque audio pour une meilleure perception
Eclairage scientifique
Le phénomène de battements acoustiques résulte de la superposition de deux ondes sonores de fréquences légèrement différentes. Mathématiquement, lorsque deux ondes sinusoïdales de fréquences f₁ et f₂ s'additionnent, l'onde résultante peut s'exprimer comme une onde unique dont l'amplitude varie périodiquement : 2A·cos[2π(f₁-f₂)t/2]·cos[2π(f₁+f₂)t/2]. Cette formule montre que l'onde résultante a une fréquence porteuse moyenne (f₁+f₂)/2, modulée par une enveloppe de fréquence (f₁-f₂)/2. L'oreille perçoit ainsi un son de fréquence moyenne dont l'intensité varie à la fréquence |f₁-f₂|. Ce phénomène est largement utilisé en musique : pour l'accordage d'instruments (l'absence de battements indique des fréquences identiques), et dans la musique électronique où l'effet LFO (Low Frequency Oscillation) crée des modulations rythmiques. Les limites perceptives sont importantes : en dessous de 0,5 Hz, les battements sont trop lents pour être perçus comme une pulsation; au-delà de 20 Hz, ils dépassent la limite de résolution temporelle de l'oreille.