Sons aigus, sons graves : visualisation sur un oscilloscope

L'expérience de mardi 7 décembre 2005 consistait à produire des sons graves ou aigus à l'aide d'un générateur de fréquences (générateur BF), d'un amplificateur, d'un haut-parleur et  d'un oscilloscope.

1/ le matériel

Le générateur crée des signaux électriques répétés dans le temps; on peut faire varier la fréquence du signal, c'est à dire le nombre d'oscillations par seconde. Cette fréquence est réglable de 10 Hz à 100 kHz (de 10 à 100 000 cycles par seconde.)
Le signal éléctrique créé est d'abord amplifié, puis il est envoyé vers le haut-parleur. L'oscilloscope branché sur le haut parleur sert à visualiser les variations des signaux électriques, qui apparaissent sous forme de vagues plus ou moins rapprochées, selon la fréquence :

- basses fréquences, vagues éloignées,
- hautes fréquences: vagues serrées.

 

Voici le matériel essentiel pour cette expérience: le générateur de fréquences, l'oscilloscope et le haut-parleur.

 

Sur l'oscilloscope, le bouton de réglage de la base de temps gradué en secondes, millisecondes et microsecondes:

   

Réglage de la sensibilité en volts et millivolts:

  

Sur l'écran de l'oscilloscope, on voit plusieurs vagues de plus en plus serrées au fur et à mesure qu'on augmente la fréquence du son (des sons graves vers les sons aigus):

 
 

 

Schéma de montage:

2/ Observations

Entre 10 et 20 Hz environ, on n'entendait rien, mais on voyait vibrer la membrane du haut parleur au même rythme que les vagues du signal électrique. Au dessus de 20 Hz, on commençait à entendre un son très grave, comme un grondement lointain.

Entre 20 et 20 000 Hz environ, on entend un son de plus en plus aigu. Au dessus de 20 000 Hz, (20 kHz), le son est tellement aigu qu'il devient inaudible pour l'oreille humaine. On est dans le domaine des ultrasons.

 

3/ Remarques:

- Le haut-parleur convertit les signaux électriques en vibrations mécaniques de la membrane.

- C'est l'air, mis en mouvement par le haut-parleur, qui transmet le son vers notre oreille. Un son est une vibration de l'air.

- L'oreille humaine ne perçoit pas toutes les fréquences sonores, c'est pourquoi on parle d'infrasons - trop graves - et d'ultrasons - trop aigus. Certains animaux les entendent.

 

Musique: en classe nous avons écouté un concert pour "ondes Martenot", d'André Jolivet. Cet instrument électro-acoustique crée des sons étranges, qui ressemblent à ceux de notre générateur BF. Ce type de musique crée une atmosphère mystérieuse, il a souvent été employé dans les vieux films à suspense. Explications sur les Ondes Martenot sur le site du Conservatoire de Musique de Genève: Exemples de sons graves - sons aigus - sons qui résonnent

   
Variante de l'expérience: Si vous n'avez pas d'oscilloscope sous la main, ni de générateur BF, vous pouvez utiliser un moniteur de télé et un micro dynamique.

Le signal du générateur (BF ou micro) peut être envoyé vers un moniteur TV par son entrée vidéo: on remarque des lignes horizontales de plus en plus serrées, comme sur l'écran de l'oscilloscope.

La prochaine expérience portera sur les instruments de musique, la voix et les différentes signatures vocales (spectres vocaux) visibles sur l'écran de l'oscilloscope.

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