La hauteur d’un son, appelée pitch en anglais, est la caractéristique perceptive qui permet de classer les sons du plus grave au plus aigu. Elle est directement liée à la fréquence de l’onde sonore : plus la fréquence est élevée, plus le son est perçu comme aigu.
Observer expérimentalement la hauteur d’un son
Avec l’application FizziQ, il est possible de mesurer la hauteur d’un son grâce à l’instrument Fréquence fondamentale.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et sélectionner l’instrument “Fréquence fondamentale”
- Produire un son (voix, instrument de musique, diapason)
- Lire directement la fréquence en Hz affichée à l’écran
- Comparer différentes sources sonores pour observer la relation entre fréquence et hauteur perçue
- Comparer la fréquence fondamentale mesurée aux fréquences des notes de musique pour identifier la note correspondante
Activités scientifiques sur ce thème
- Étudier les fréquences des notes de musique avec un diapason
- Analyser les voyelles et leurs fréquences caractéristiques
Prolongements possibles avec FizziQ : comparer les hauteurs de différents instruments de musique.
En savoir plus
La perception de la hauteur est l’une des trois caractéristiques principales d’un son, avec l’intensité (fort ou faible) et le timbre (qui permet de distinguer deux instruments jouant la même note).
Relation fréquence-hauteur :
L’oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre environ 20 Hz (sons très graves) et 20 000 Hz (sons très aigus). Cette plage varie selon l’âge et diminue notamment pour les hautes fréquences avec le vieillissement.
Les notes de musique :
En musique occidentale, la note La3 (ou A4) est fixée par convention à 440 Hz. Chaque octave correspond à un doublement de la fréquence : le La4 est à 880 Hz, le La2 à 220 Hz. Les 12 demi-tons de la gamme tempérée sont répartis selon un rapport constant de 2^(1/12) (racine douzième de 2) ≈ 1,0595. En appliquant douze fois ce rapport, on retrouve bien le facteur 2 de l’octave.
Perception logarithmique :
Notre perception de la hauteur est logarithmique : nous percevons comme égaux des intervalles correspondant au même rapport de fréquences, pas à la même différence. C’est pourquoi l’octave (rapport 2) sonne de la même façon quelle que soit la fréquence de départ.
Formule
f = v / λ
où :
- f : fréquence du son (Hz)
- v : vitesse du son dans le milieu (≈ 340 m/s dans l’air à 20°C)
- λ : longueur d’onde (m)
Exemples d’application
- La voix masculine adulte se situe généralement entre 85 et 180 Hz, la voix féminine entre 165 et 255 Hz
- Le La du diapason standard est à 440 Hz
- Le bourdonnement d’une abeille est autour de 200 Hz
- Le sifflement d’une bouilloire peut atteindre 2000 Hz
- Les ultrasons (> 20 kHz) sont inaudibles mais détectables avec certains capteurs
FAQ
Q : Pourquoi deux instruments jouant la même note sonnent-ils différemment ? R : Ils ont la même fréquence fondamentale (même hauteur) mais des harmoniques différentes, ce qui donne un timbre distinct. L’instrument Fréquence fondamentale de FizziQ détecte cette fréquence.
Q : Peut-on voir les fréquences d’un son ? R : Oui, avec le spectrogramme de FizziQ qui affiche les fréquences présentes dans un son au cours du temps. C’est particulièrement utile pour analyser la voix ou les instruments.
Q : Pourquoi le La n’est-il pas toujours à 440 Hz ? R : La convention du La à 440 Hz (diapason) n’a été fixée qu’au XXe siècle. Les orchestres baroques utilisent souvent 415 Hz, et certains orchestres modernes montent jusqu’à 442-444 Hz.
Q : Comment le smartphone mesure-t-il la fréquence ? R : Le microphone capte le signal sonore, qui est ensuite analysé par une transformée de Fourier rapide (FFT) pour identifier les fréquences présentes.
Concepts liés
Fréquence - Période - Octave - Gamme tempérée - Timbre - Spectre sonore - Transformée de Fourier