Son pur

Un son pur est un signal sinusoïdal d’une seule fréquence, sans aucune harmonique. C’est un cas idéal, quasiment absent de la nature : le diapason est la source réelle qui s’en approche le plus, de même qu’un générateur de fonctions ou un synthétiseur.

Observer expérimentalement le son pur

FizziQ permet à la fois de générer un son pur avec le synthétiseur de fréquences et d’en visualiser le spectre, ce qui rend visible la différence entre un son pur et un son ordinaire.

Étapes :

• Ouvrir le synthétiseur de fréquences de FizziQ et émettre un son à 440 Hz.
• Afficher l’oscillogramme sur un second appareil : le signal doit apparaître comme une sinusoïde régulière.
• Basculer sur le spectre de fréquences : un son pur ne donne qu’un seul pic net, à 440 Hz.
• Faire sonner un diapason devant le micro et comparer son spectre à celui du synthétiseur : le pic est unique, mais légèrement plus large.
• Chanter la même note ou jouer une flûte, puis comparer : plusieurs pics apparaissent, le son n’est plus pur.
• Raccourcir la durée d’analyse à quelques dizaines de millisecondes et observer que le pic s’élargit, alors que la fréquence émise n’a pas changé.

Activités scientifiques sur ce thème

Les expériences et activités suivantes peuvent être réalisées avec un smartphone ou une tablette pour comprendre et expérimenter avec les concepts de son pur et de son complexe :

• Etude de fréquences des diapasons
• La voix produit-elle des sons purs ou des sons complexes
• Qu’est-ce qu’un son harmonique ?

En savoir plus

Un son pur est un son caractérisé par une seule fréquence fondamentale et aucune composante harmonique. Cela signifie que le son est une onde sinusoïdale simple, sans aucune distorsion ou mélange de fréquences.

Pour produire un son pur, vous avez besoin d’une source sonore qui génère une seule fréquence à une amplitude constante. Voici quelques méthodes courantes pour produire un son pur :

• Générateur de fonction : Un générateur de fonction électronique est un appareil qui peut produire des signaux électriques sous forme d’ondes sinusoïdales. Ces signaux peuvent ensuite être convertis en sons audibles par le biais d’un haut-parleur.
• Diapason : aucun instrument de musique courant ne produit un son pur. Le diapason est la seule source acoustique usuelle qui s’en approche : après quelques dixièmes de seconde, ses modes de vibration secondaires se sont amortis et il ne subsiste pratiquement que la sinusoïde fondamentale. Une flûte, une corde de violon ou un tuyau d’orgue produisent au contraire des sons riches en harmoniques.
• Logiciel audio : Les logiciels de production audio vous permettent de générer des sons purs en créant des ondes sinusoïdales avec une fréquence et une amplitude spécifiques.

Les sons purs ont plusieurs applications importantes :

• Étalonnage des instruments : Les tons purs sont utilisés pour accorder et étalonner des instruments de musique et des équipements audio. Ils servent de référence pour s’assurer que les instruments sont accordés de manière précise.
• Analyse acoustique : Les sons purs sont utiles dans la recherche et l’analyse acoustique pour étudier les propriétés des ondes sonores et des systèmes audio.
• Tests et mesures : Les tons purs sont employés dans divers domaines, tels que l’audiologie, l’acoustique architecturale et l’industrie audio, pour effectuer des tests et des mesures de précision.
• Traitement du signal : En génie audio, les signaux sonores sont souvent décomposés en leurs composantes de fréquence à l’aide d’une transformation de Fourier, et les tons purs sont utilisés pour représenter ces composantes.
• Effets sonores : Dans l’industrie du cinéma et de l’audiovisuel, des sons purs peuvent être utilisés comme composants pour créer des effets sonores spécifiques.

Formule

Un son pur est décrit par une fonction sinusoïdale du temps :

s(t) = A × sin(2π f t + φ)

où :

• s(t) : valeur du signal (pression acoustique) à l’instant t (Pa)
• A : amplitude du signal, liée à l’intensité sonore perçue (Pa)
• f : fréquence unique du son, liée à la hauteur perçue (Hz)
• t : temps (s)
• φ : phase à l’origine (rad)

La période T du signal se déduit de la fréquence :

T = 1 / f

où :

• T : période, durée d’un motif complet de la sinusoïde (s)
• f : fréquence (Hz)

Exemples d’application

• Un diapason d’orchestre vibre à 440 Hz, soit une période de 2,3 ms : c’est la source acoustique la plus proche d’un son pur.

• Le synthétiseur de fréquences de FizziQ génère un son pur de fréquence choisie, par exemple 1000 Hz, pour tester une chaîne audio.

• Un audiogramme est réalisé avec des sons purs successifs (250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz) pour mesurer le seuil d’audition à chaque fréquence.

• Le signal de test d’un émetteur de télévision ou la tonalité d’attente d’un téléphone sont des sons purs électroniques.

• Un sifflement humain est très proche d’un son pur : son spectre est dominé par un pic unique entre 1000 et 3000 Hz.

• La superposition de deux sons purs de fréquences voisines, 440 Hz et 442 Hz, produit des battements audibles à 2 Hz.

FAQ

Q : Une flûte produit-elle un son pur ? R : Non. La flûte a la réputation d’un son « pur » parce que ses harmoniques sont peu nombreux et peu intenses, mais son spectre en contient plusieurs. Aucun instrument de musique traditionnel ne produit une sinusoïde unique.

Q : Pourquoi le pic du spectre n’est-il jamais infiniment fin ? R : Un son pur parfait devrait durer indéfiniment. Tout son réel commence et s’arrête, et cette durée finie donne au spectre une largeur non nulle. Plus l’analyse porte sur une durée courte, plus le pic mesuré est large.

Q : Un son pur est-il agréable à écouter ? R : Pas particulièrement. Un son pur soutenu paraît vite artificiel et fatigant. Ce sont justement les harmoniques d’un son complexe qui donnent aux instruments leur richesse.

Q : Quelle différence entre son pur et note de musique ? R : Une note désigne une hauteur, donc une fréquence fondamentale. Un instrument jouant cette note émet un son complexe dont le fondamental correspond à la note, accompagné d’harmoniques.

Q : Peut-on entendre la différence entre un son pur à 440 Hz et un diapason à 440 Hz ? R : Oui, légèrement. Le diapason présente une attaque brève et un amortissement progressif, et ses tout premiers instants contiennent des composantes secondaires. Sa hauteur est cependant identique.

Concepts liés

Son complexe - Son harmonique - Timbre - Fréquence fondamentale - Spectre sonore - Transformée de Fourier - Diapason - Hauteur d’un son - Battements