Diapasons
Étude des fréquences de diapasons au cours de l'histoire
Depuis plusieurs siècles, les musiciens utilisent des diapasons pour accorder leurs instruments. Pourtant, la fréquence associée à la note "La" n'a pas toujours été la même. Selon les époques et les pays, cette fréquence variait, ce qui rendait difficile l'harmonisation des instruments provenant de différentes régions. Par exemple, à l'époque de Mozart, la fréquence du La était plus basse que celle utilisée aujourd'hui. Au XIXe siècle, plusieurs normes coexistaient, créant des difficultés pour les orchestres internationaux. Ce n'est qu'au XXe siècle qu'une fréquence standard de 440 Hz a été adoptée au niveau international. Dans cette activité, l'élève analyse des enregistrements de diapasons historiques pour mesurer leurs fréquences. Cette exploration permet de relier des observations scientifiques à l'histoire de la musique et à la notion de normalisation scientifique.
Résumé :
L'élève écoute et analyse plusieurs sons de diapasons correspondant à différentes époques historiques. Il utilise les outils d'analyse sonore pour mesurer leurs fréquences et comparer leurs valeurs. Il découvre que la fréquence de référence d'une même note peut varier selon les périodes historiques. Cette activité permet de comprendre la notion de fréquence sonore et d'introduire l'idée de normalisation scientifique.
Niveau :
Auteur :
Durée :
Cycle 4
Aline Chaillou / Jamal Boussif
20-40 minutes
Objectif pédagogique :
- Mesurer la fréquence d'un son à l'aide d'outils numériques
- Comprendre le lien entre fréquence et hauteur sonore
- Comparer des fréquences correspondant à différentes époques
- Utiliser plusieurs méthodes pour mesurer une fréquence
- Comprendre l'importance de la standardisation scientifique
Concepts scientifiques :
- Fréquence sonore
- Hauteur du son
- Période d'une onde
- Ondes sonores
- Analyse spectrale
- Fréquence fondamentale
- Normalisation scientifique
- Harmoniques
Capteurs :
- Microphone (Instrument fréquence fondamentale)
Matériel :
- Smartphone avec l'application FizziQ (ou une application équivalente comme phyphox permettant l'analyse de la fréquence fondamentale avec un smartphone); - Enregistrements des trois diapasons disponibles dans la bibliothèque de sons; Cahier d'expérience FizziQ; Écouteurs (optionnel) pour une meilleure qualité d'écoute
Protocole expérimental :
L'activité que nous propons a pour objectif de faire mesurer les fréquences de diapasons par différents moyens.
Aujourd'hui la fréquence de référence d'un diapason est de 440 Hz, mais avant l'adoption de cette norme internationale, les fréquences de référence pour la note "la" ont varié selon les époques et les lieux. Par exemple, au XVIIIe siècle, la fréquence était généralement de 415 Hz. En 1859, la fréquence du « la » est normalisée en France à 435 Hz à la température de 18 °C, alors qu'à la même période, en Angleterre, les instruments étaient construits pour le diapason «Philharmonic» à une fréquence de 452 Hz. Ceci posait d'énormes problèmes aux facteurs d'instruments à vent pour harmoniser leurs instruments .
Les sons des différents diapasons sont facilement accessibles par l'élève dans la bibliothèque de sons, il y trouvera le soins du diapason "Mozart" et celui nommé "Pitch Philarmonique". Il est facile pour l'élève de produire le son et de mener son investigation avec l'instrumpent de mesure de son choix.
D'autre activités peuvent être menées autour du thème de la périodicité de l'onde mécanique tel que ce protocole proposé par Jamal Boussif
Résultats attendus
Chaque diapason produit un son stable caractérisé par une fréquence précise. Les mesures montrent que les diapasons historiques possèdent des fréquences différentes. Le diapason moderne produit généralement une fréquence proche de 440 Hz. Les diapasons plus anciens présentent des fréquences légèrement plus basses ou plus élevées. Le spectre de fréquences montre un pic dominant correspondant à la fréquence fondamentale du diapason. De petites harmoniques peuvent apparaître mais restent de faible amplitude. Les valeurs mesurées peuvent varier légèrement selon les conditions d'enregistrement et la qualité du microphone.
Questions scientifiques :
- Pourquoi les diapasons produisent-ils des sons presque purs
- Comment la longueur des branches influence-t-elle la fréquence du diapason
- Pourquoi différentes fréquences ont-elles été utilisées dans l'histoire
- Pourquoi observe-t-on parfois des harmoniques dans le spectre
- Comment la température peut-elle influencer la fréquence d'un diapason
- Pourquoi la standardisation est-elle importante pour les musiciens
Analyse scientifique
Un diapason est un instrument métallique en forme de U qui produit une fréquence stable lorsqu'il est frappé, servant de référence pour l'accordage des instruments. La hauteur du son émis dépend des dimensions et de la masse des branches. Historiquement, la fréquence de référence du La a considérablement varié: à l'époque de Mozart (fin du 18ème siècle), elle était d'environ 421-422 Hz; le "Philharmonic Pitch" utilisé à Londres au 19ème siècle était très élevé (environ 452 Hz); ce n'est qu'en 1955 que l'Organisation Internationale de Normalisation a fixé la fréquence du La3 à 440 Hz comme standard mondial. FizziQ propose trois outils complémentaires pour analyser ces diapasons: l'oscillogramme qui montre la forme de l'onde sonore dans le domaine temporel et permet de mesurer la période T (fréquence f = 1/T); le spectre de fréquences qui décompose le son en ses fréquences constitutives via une transformée de Fourier; et la mesure de fréquence fondamentale qui détecte automatiquement la fréquence principale du son. Les diapasons produisent des sons presque purs (essentiellement sinusoïdaux), ce qui se traduit par un pic dominant dans le spectre de fréquences, parfois accompagné d'harmoniques de faible amplitude. Cette activité illustre l'importance de la standardisation scientifique et son impact sur les pratiques culturelles.
Variantes possibles
- Comparer le son d'un diapason réel avec un enregistrement numérique
- Mesurer la fréquence d'autres instruments comme une flûte ou une guitare
- Étudier l'influence de la température sur la fréquence d'un diapason
- Comparer plusieurs applications de mesure de fréquence
- Étudier la relation entre fréquence et note musicale dans une gamme
Activités et ressources associées
- La gamme : Etude de la relations entre notes de musique et fréquences
- Bruit blanc : Analyse du spectre de fréquences d'un bruit blanc
- Pendule sonore : Etude de l'effet Doppler pour un pendule sonore ou une balançoire
- Le son d'une bouteille : Mesurer la vitesse du son en débouchant une bouteille de vin
FAQ
Q : Qu'est-ce qu'un diapason
R : Un diapason est un instrument métallique qui produit une fréquence stable utilisée comme référence pour accorder les instruments.
Q : Pourquoi les fréquences historiques sont-elles différentes
R : Avant l'adoption d'une norme internationale, chaque région utilisait sa propre fréquence de référence.
Q : Pourquoi observe-t-on un pic principal dans le spectre
R : Le diapason produit principalement une seule fréquence, appelée fréquence fondamentale.
Q : La fréquence mesurée est-elle toujours exacte
R : De légères variations peuvent apparaître à cause du bruit ambiant ou des limites du microphone.
Q : Pourquoi utilise-t-on plusieurs méthodes de mesure
R : Utiliser plusieurs méthodes permet de vérifier la précision des résultats et de mieux comprendre le signal sonore.