Un synthétiseur de sons est un outil qui génère un signal sonore de fréquence et d’amplitude choisies, à l’inverse des instruments de mesure qui analysent un son existant. Sur un smartphone, il transforme le haut-parleur en source sonore de référence : on connaît exactement la fréquence émise, ce qui permet de tester les instruments de mesure et de monter des expériences d’acoustique quantitatives.
Observer expérimentalement le synthétiseur
Dans FizziQ, le synthétiseur se trouve dans l’onglet Outils. Il génère des ondes sinusoïdales, c’est-à-dire des sons purs, de fréquence réglable de 20 à 20 000 Hz, et permet de superposer jusqu’à trois voix simultanées pour étudier les accords et les battements.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ, onglet Outils, puis le synthétiseur de sons. Régler la fréquence sur 440 Hz et écouter le la de référence.
- Sur un second appareil, mesurer ce son avec le fréquencemètre et vérifier la valeur affichée.
- Balayer lentement les fréquences de 20 Hz à 15 000 Hz et repérer les limites d’audition de chacun : elles varient fortement avec l’âge.
- Superposer deux voix très proches, par exemple 440 et 442 Hz, et écouter le battement : l’intensité ondule à 2 Hz.
- Superposer deux fréquences dans un rapport simple (440 et 880 Hz, une octave) puis dans un rapport quelconque, et comparer la sensation d’accord et de dissonance.
Activités scientifiques sur ce thème
- Battements acoustiques 440/441 Hz
- Addition de niveaux sonores (dB)
- Ondes de Faraday stationnaires
- Effet Doppler : pendule sonore
- Vitesse du son : résonance en tube
Prolongements possibles : l’article Battements et oscillateurs basse fréquence explore la création de battements avec le synthétiseur, du phénomène physique à ses usages musicaux.
En savoir plus
Une source de référence, avec les limites du haut-parleur
Le synthétiseur calcule numériquement une sinusoïde et l’envoie au haut-parleur. La fréquence émise est très exacte, car elle repose sur l’horloge de l’appareil. En revanche, l’amplitude réelle dépend du haut-parleur : les miniatures des smartphones restituent mal les graves, et le niveau sonore émis chute nettement en dessous de 200 Hz environ. Un haut-parleur poussé trop fort ajoute aussi des harmoniques : le son n’est alors plus rigoureusement pur. Pour les expériences fines, on gardera un volume modéré et des fréquences moyennes.
Deux sources valent mieux qu’une
Beaucoup d’expériences utilisent deux appareils : l’un émet avec le synthétiseur, l’autre mesure avec le sonomètre, le fréquencemètre ou le spectrographe. On peut ainsi vérifier une fréquence, chercher la résonance d’un tube ou d’une bouteille, créer des battements entre deux téléphones, ou faire varier la distance source-récepteur pour étudier la décroissance du niveau sonore.
Ordres de grandeur : domaine audible : 20 Hz à 20 000 Hz, la limite haute descendant vers 15 000 Hz ou moins avec l’âge ; la de référence : 440 Hz ; battement audible et facile à compter : en dessous de 10 Hz d’écart entre les deux voix ; restitution fidèle d’un haut-parleur de smartphone : environ 200 Hz à 15 000 Hz.
Formule
La superposition de deux sons purs de fréquences voisines f₁ et f₂ produit un battement dont la fréquence vaut :
f_battement = |f₁ - f₂|
où :
- f₁, f₂ : fréquences des deux voix (Hz)
- f_battement : nombre d’ondulations d’intensité par seconde (Hz)
Le son résultant est perçu à la fréquence moyenne (f₁ + f₂)/2, modulé en intensité à la fréquence du battement.
Exemples d’application
- Vérifier l’exactitude du fréquencemètre avec une fréquence émise connue.
- Accorder un instrument de musique en écoutant les battements avec la note de référence.
- Chercher la fréquence de résonance d’un tube, d’une bouteille ou d’une caisse de guitare.
- Mesurer les seuils d’audition d’un groupe et tracer leur répartition par âge.
- Créer des figures d’ondes stationnaires à la surface d’un liquide posé sur une enceinte.
- Illustrer consonance et dissonance en superposant des fréquences dans des rapports simples ou quelconques.
FAQ
Q : Le son généré est-il vraiment à la fréquence affichée ? R : Oui, à très peu près : la fréquence est produite numériquement à partir de l’horloge de l’appareil, bien plus stable que le reste de la chaîne. C’est l’amplitude, dépendante du haut-parleur, qui est peu contrôlée, pas la fréquence.
Q : Pourquoi les basses fréquences s’entendent-elles à peine ? R : Le minuscule haut-parleur d’un smartphone ne peut pas déplacer assez d’air pour restituer les graves. En dessous de 200 Hz environ, le niveau émis chute fortement ; en dessous de 50 Hz, il devient pratiquement inaudible sur la plupart des appareils.
Q : Peut-on créer des battements avec un seul téléphone ? R : Oui : le synthétiseur de FizziQ superpose jusqu’à trois voix. En réglant deux voix à quelques hertz d’écart, on entend le battement directement, sans deuxième appareil.
Concepts liés
Son pur - Battement acoustique - Fréquence fondamentale - Hauteur d’un son (pitch) - Fréquencemètre - Amplitude - Résonance (fréquence de)