Son et musique, porteurs d'information en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de son et musique, porteurs d'information pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Ondes sonores — fréquence, amplitude, timbre
- Spectre sonore et notion de gamme musicale
- Numérisation du son — échantillonnage et quantification
- Compression audio (MP3, streaming)
- Perception auditive et santé
Les ondes sonores et leurs caractéristiques
Une onde sonore est une vibration qui se propage dans l'air (ou un autre milieu) et que nos oreilles peuvent percevoir. Elle se caractérise par sa fréquence (nombre de vibrations par seconde) et son amplitude (force de la vibration).
Exemple
Quand tu cries, tu crées une onde sonore. Plus tu cries fort, plus l'amplitude est grande. Un son aigu (comme un sifflet) a une fréquence élevée, un son grave (comme un tonnerre) a une fréquence basse.
À retenir : La fréquence se mesure en Hertz (Hz) et détermine si le son est aigu ou grave; l'amplitude détermine son intensité (fort ou faible).
La fréquence et la perception auditive
La fréquence est le nombre de vibrations par seconde d'une onde sonore. L'oreille humaine perçoit les sons entre environ 20 Hz et 20 000 Hz. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
Exemple
Un bébé entend jusqu'à 20 000 Hz, mais en vieillissant, on perd les aigus. Un chien entend jusqu'à 40 000 Hz, c'est pourquoi les sifflets ultrasoniques existent. La note La du diapason fait 440 Hz.
À retenir : L'oreille humaine perçoit les fréquences entre 20 Hz et 20 000 Hz; au-delà, c'est l'ultrason.
Le timbre et l'identification des sons
Le timbre est la qualité sonore qui permet de distinguer deux instruments ou deux voix jouant la même note. Il dépend de la composition en fréquences du son (fréquence fondamentale et harmoniques).
Exemple
Un La joué au piano et un La joué à la guitare ont la même fréquence (440 Hz), mais des timbres différents. C'est le timbre qui te permet de reconnaître la voix de ta mère au téléphone.
À retenir : Le timbre est déterminé par les harmoniques (fréquences supplémentaires) qui s'ajoutent à la fréquence fondamentale.
Numérisation du son : échantillonnage
L'échantillonnage consiste à mesurer l'amplitude d'une onde sonore à intervalles réguliers (plusieurs milliers de fois par seconde) pour la convertir en nombres que l'ordinateur peut traiter.
Exemple
Sur Spotify ou YouTube, le son est enregistré en mesurant l'amplitude 44 100 fois par seconde (44,1 kHz). Plus on échantillonne souvent, meilleure est la qualité du son numérique.
À retenir : La fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieure à la plus haute fréquence du son pour ne rien perdre (théorème de Nyquist).
Numérisation du son : quantification
La quantification consiste à convertir chaque mesure d'amplitude en nombre binaire (suite de 0 et 1). Plus on utilise de bits, plus on peut représenter de niveaux d'amplitude différents, et meilleure est la qualité.
Exemple
Un CD utilise 16 bits, ce qui permet 65 536 niveaux d'amplitude différents. Un fichier audio haute résolution peut utiliser 24 bits ou plus. Avec seulement 8 bits, le son serait très dégradé.
À retenir : Avec $n$ bits, on peut coder $2^n$ niveaux d'amplitude différents; 16 bits donnent $2^{16} = 65536$ niveaux.
Compression audio et formats numériques
La compression audio réduit la taille des fichiers son en supprimant les informations que l'oreille humaine ne perçoit pas bien. Le MP3 est un format compressé très utilisé.
Exemple
Un morceau de musique en qualité CD (non compressé) pèse environ 50 Mo, mais en MP3 il ne pèse que 5 Mo. Le streaming (Spotify, YouTube) utilise aussi la compression pour que la musique se charge rapidement sur ton téléphone.
À retenir : La compression audio réduit drastiquement la taille des fichiers en supprimant les fréquences imperceptibles à l'oreille humaine.
Perception auditive et risques pour la santé
L'oreille humaine peut être endommagée par des sons trop forts ou prolongés. L'intensité sonore se mesure en décibels (dB). Au-delà de 85 dB prolongé, il y a risque de surdité.
Exemple
Une conversation normale : 60 dB. Un concert : 100-110 dB. Un coup de tonnerre : 120 dB. Écouter de la musique au casque à volume maximum (plus de 100 dB) pendant longtemps peut causer une perte auditive permanente.
À retenir : L'exposition prolongée à des sons supérieurs à 85 dB peut endommager l'oreille; les jeunes sont particulièrement à risque avec les casques audio.
Les points clés
- Une onde sonore est caractérisée par sa fréquence (aigu/grave) et son amplitude (fort/faible)
- L'oreille humaine perçoit les fréquences entre 20 Hz et 20 000 Hz
- La numérisation du son combine l'échantillonnage (mesures régulières) et la quantification (conversion en nombres binaires)
- La compression audio (MP3) réduit la taille des fichiers en supprimant les informations imperceptibles
- Les sons trop forts ou prolongés (plus de 85 dB) peuvent endommager l'oreille de façon permanente
L'essentiel
Le son est une onde caractérisée par sa fréquence et son amplitude; pour le numériser, on l'échantillonne et on le quantifie; on peut le compresser pour réduire sa taille; mais attention à protéger ses oreilles des sons trop forts.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un fichier audio est enregistré avec une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz et une quantification de 16 bits. Calcule la taille en Mo d'une chanson de 3 minutes en stéréo (2 canaux), sans compression.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Explique pourquoi on ne peut pas entendre un ultrason (fréquence supérieure à 20 000 Hz) même si un haut-parleur le produit. Quel est l'intérêt des ultrasons en médecine?
Corrige cet exercice avec le tuteur →