Thème : SON ET MUSIQUE Mots clés : instruments à cordes, à vent et à percussion.

« Terminale S spécialité physique-chimie Domaine d’étude : instruments de musique Thème : SON ET MUSIQUE Mots clés : instruments à cordes, à vent et à percussion. Après avoir visionné l’émission « C’est pas sorcier, accordons nos violons », compléter les phrases des paragraphes suivants. A/ INTRODUCTION :   L’acoustique est une branche de la physique qui traite de la propagation, la réflexion, la diffraction etc… des …………………………….. Le son est une onde ……………...

se propageant dans un milieu ……………...

(fluide ou solide), avec une célérité qui dépend des propriétés du milieu. Ex (à 15°C) : vson dans l’air = ……… m.s-1 ; vson dans l’eau = …...…… m.s-1 ; vson dans le vide = ….

m.s-1  Les instruments de musique sont classés en trois catégories : les instruments à……………..................................................................................................................... Exemples : instruments à cordes - cordes ……………… (ex : violon, violoncelle), - cordes ……………….

(ex : guitare, harpe), - cordes ……….

(ex : piano). instruments à vent instruments à percussion flûte à bec, flûte traversière, tambour, caisse, xylophone, orgues, clarinette, saxophone, timbales, gong ... trompette. B/ LES DEUX FONCTIONS DES INSTRUMENTS DE MUSIQUE : Expérience réalisée par le professeur : Faire vibrer un diapason en le tenant à la main puis le poser sur la caisse de résonance. Observation : …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… Pour produire un son, les instruments de musique doivent ……………..

et ……………... 1/ Système mécanique vibrant : La première fonction que remplit un instrument de musique est de ……………..

Cette vibration est à l’origine du son émis et est assurée par un système mécanique. Par exemple, lorsqu’ils jouent de leur instrument, un guitariste ……………..

les cordes de sa guitare, un violoniste ……………..

celles de son violon, un trompettiste ……………..

dans l’embouchure de sa trompette.

Pour les instruments à percussion, il est nécessaire de …………….. une membrane (caisse) ou une plaque (xylophone). Toutes ces actions ont un même effet : provoquer la ……………..

d’une partie de leur instrument afin d’émettre un …………….. 2/ Système assurant le couplage avec l’air : La vibration seule du système mécanique ne suffit pas, pour émettre un son ……………...

Il doit être couplé à un résonateur pour que le son produit puisse être audible. Par exemple, pour la trompette, le résonateur est le corps de l’instrument.

Pour le violon, c’est la caisse (appelée table d’harmonie).

Pour la guitare, c’est également la caisse ou bien un système d’amplification dans le cas des guitares électriques. C/ PRODUCTION D’UN SON PAR UN INSTRUMENT DE MUSIQUE : I/ VIBRATIONS D’UNE CORDE DE GUITARE : Objectif : étudier les oscillations forcées d’une corde tendue et le lien entre les fréquences de vibration et les caractéristiques de la corde. 1/ Constitution d’une guitare : figure 1 chevalet clefs sillet frettes manche table d'harmonie Une guitare classique comporte six cordes tendues parallèlement le long du manche entre le chevalet et le sillet.

A partir de la figure 1, répondre aux questions ci-dessous. a- Quelle est la fonction des clefs ? b- Quel rôle joue la table d’harmonie percée d’une rosace ? c- En appuyant sur les frettes du manche de la guitare, que modifie le musicien ? 2/ Oscillations forcées d’une corde tendue entre deux points fixes : Remarque : on peut faire vibrer une corde métallique en plaçant un aimant à proximité de cette corde parcourue par un courant alternatif.

La corde est alors soumise à une force transversale qui provoque des oscillations forcées, de même fréquence que celle du générateur. Protocole : Un fil de cuivre de longueur L=1m, fixé en un point A, est tendu horizontalement jusqu’à une poulie C, puis verticalement par une masse marquée m = 40g.

Le fil est parcouru par un courant électrique alternatif de fréquence f réglable, dont on souhaite mesurer l’intensité.

On dispose d’un aimant en U à cheval sur le fil, au voisinage de son milieu.

Après avoir réglé la tension du GBF sur 10V, fixer la fréquence au minimum.

L’augmenter lentement en observant l’allure du fil.

Pour certaines fréquences fn les vibrations du fil sont plus marquées. a- Faire un schéma annoté du dispositif et le réaliser. b- Déterminer la fréquence f1 du GBF, lorsque le fil présente un fuseau (voir figure 2). figure 2 : En plaçant, à chaque fois, l’aimant au maximum de vibration, déterminer les fréquences f2, f3, f4 lorsque la corde présente respectivement 2, 3 et 4 fuseaux. c- Remplir le tableau suivant : nombre n de fuseaux fréquence fn (Hz) 1 2 3 4 d- Dessiner l’allure de la corde pour chaque fréquence, en faisant clairement apparaître les ventres (points d’amplitude maximale) et les nœuds de vibration (points restant immobiles) et préciser l’emplacement de l’aimant. e- Trouver une relation entre fn, n et f1 (f1 : fréquence du fondamental ; fn : fréquences harmoniques de rang n). f- On propose 4 relations donnant les valeurs de fn : a/ b/ c/ d/ avec n : rang de l’harmonique ; L : longueur du fil (unité : m) ; T = mg : tension du fil (unité : N) ; : masse linéique du fil (unité : kg.m-1).   Proposer un protocole expérimental permettant de trouver la bonne relation.

Réaliser les manipulations après accord du professeur. Vérifier la valeur expérimentale trouvée dans le 2b, sachant que =7,17.10-4 kg.m-1. II/ LES TUYAUX SONORES DES ORGUES : Objectif : étudier les oscillations forcées d’une colonne d’air.  A l’aide du matériel à disposition (tube, microphone, haut-parleur, GBF, oscilloscope), proposer et mettre en oeuvre un protocole expérimental permettant d’étudier la position des nœuds et ventres de.... »