La fréquence et la hauteur d’un son
Sur la jetée, la nuit, un musicien pince une corde de sa guitare. Regarde-la de tout près : elle fait des allers-retours si vite qu’elle en devient floue. Chaque aller-retour pousse l’air, qui se comprime puis se détend ; cette vibration traverse l’obscurité jusqu’à ton oreille, où le tympan se met à vibrer à son tour. Combien d’allers-retours en une seconde ? Pour cette corde, 440 : c’est la note la, celle du diapason. Ce nombre a un nom, la FRÉQUENCE, et une unité, le hertz. Il décide de tout : peu de vibrations par seconde, le son est grave ; beaucoup, il est aigu — et au-delà d’un certain nombre, plus personne ne l’entend… sauf le chien.
L'essentiel
La fréquence, c'est le nombre de vibrations qu'un son fait chaque seconde ; on la mesure en hertz (Hz). Beaucoup de vibrations par seconde donne un son aigu (une fréquence élevée), peu de vibrations donne un son grave (une fréquence basse). Ton oreille entend à peu près de 20 Hz à 20 000 Hz.
Attention : aigu et grave, ce n'est pas la même chose que fort et faible.
L'idée à retenir
Un son naît d’un objet qui VIBRE (une corde, une membrane, tes cordes vocales) et qui fait vibrer l’air jusqu’au tympan. La FRÉQUENCE d’un son est le nombre de vibrations par seconde ; elle se mesure en HERTZ (Hz) : 440 Hz = 440 vibrations chaque seconde (le la du diapason). La fréquence fixe la HAUTEUR du son : une fréquence élevée donne un son AIGU (la corde fine, qui vibre vite — sur l’oscillogramme, une onde serrée), une fréquence basse donne un son GRAVE (la grosse corde, qui vibre lentement — une onde large). L’oreille humaine n’entend qu’une partie des fréquences, environ de 20 Hz à 20 000 Hz : en dessous, ce sont les INFRASONS (l’éléphant) ; au-dessus, les ULTRASONS (la chauve-souris, le sonar, le sifflet à chien à 30 000 Hz que le maître n’entend pas). Attention au piège : la hauteur (grave ou aigu) n’est PAS le volume (faible ou fort). La hauteur dépend de la fréquence ; le volume, l’intensité, dépend de l’AMPLITUDE, la force de la vibration. Un son aigu peut être faible ou fort, un son grave aussi : les deux grandeurs sont indépendantes.
Comprendre
Quand un objet vibre, il fait vibrer l'air : c'est ce qui produit un son. La fréquence compte le nombre de ces vibrations pendant une seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz) : 100 Hz signifie cent vibrations par seconde.
La fréquence décide de la hauteur du son. Un son aigu correspond à une fréquence élevée (beaucoup de vibrations par seconde), un son grave à une fréquence basse (peu de vibrations par seconde) : une petite flûte sonne aigu, une grosse contrebasse sonne grave. Un diapason d'orchestre vibre à 440 Hz et donne la note « la ».
L'oreille humaine ne perçoit qu'une partie des fréquences : environ de 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz), et cette limite baisse avec l'âge. Au-dessus de 20 000 Hz se trouvent les ultrasons, que nous n'entendons pas mais que les chauves-souris et les sonars utilisent pour se repérer ; en dessous de 20 Hz se trouvent les infrasons. Il faut absolument éviter la confusion la plus fréquente : la hauteur (grave ou aigu) n'est pas le volume (faible ou fort).
La hauteur dépend de la fréquence, tandis que le volume, appelé intensité, dépend de la force de la vibration. Un son aigu peut être faible ou fort ; un son grave aussi. On peut chuchoter très aigu ou crier très grave : la hauteur et l'intensité varient de façon indépendante.
Le cours
Un son est produit par un objet qui vibre et fait vibrer l'air. La fréquence est le nombre de vibrations par seconde ; elle se mesure en hertz (Hz) : 200 Hz correspond à deux cents vibrations par seconde. La fréquence détermine la hauteur du son : plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu ; plus la fréquence est basse, plus le son est grave.
Ainsi une flûte fine produit un son aigu (fréquence élevée), une grosse corde de contrebasse un son grave (fréquence basse). Un diapason à 440 Hz donne la note « la » de référence des orchestres. L'oreille humaine perçoit environ les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Les sons de fréquence supérieure à 20 000 Hz sont les ultrasons : nous ne les entendons pas, mais les chauves-souris et les sonars s'en servent pour se repérer et mesurer des distances. Les sons de fréquence inférieure à 20 Hz sont les infrasons. Il ne faut pas confondre la hauteur avec l'intensité.
La hauteur (grave ou aigu) est fixée par la fréquence. L'intensité, c'est-à-dire le volume (faible ou fort), dépend au contraire de l'amplitude, la force de la vibration. Ces deux grandeurs sont indépendantes : un son aigu peut être faible ou fort, un son grave également.
Relier la hauteur d'un son à sa fréquence, tout en la distinguant du volume, est l'objectif central de ce concept.
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Les erreurs fréquentes
- Un son aigu est un son fort, un son grave est un son faible.
- La hauteur (grave ou aigu) et le volume (faible ou fort) sont deux choses différentes. La hauteur dépend de la fréquence, le volume dépend de l'amplitude. Un son aigu peut être faible ou fort, un son grave aussi.
- L'oreille humaine entend toutes les fréquences, y compris les ultrasons de la chauve-souris.
- L'oreille humaine ne perçoit qu'environ de 20 Hz à 20 000 Hz. Les ultrasons, au-dessus de 20 000 Hz, ne sont pas audibles pour nous, mais la chauve-souris et le sonar les utilisent.
Tu maîtrises la notion si…
- Définir la fréquence comme le nombre de vibrations par seconde, exprimée en hertz (Hz).
- Relier la hauteur à la fréquence : un son aigu a une fréquence élevée, un son grave une fréquence basse, et situer le domaine audible (environ 20 Hz à 20 000 Hz) ainsi que les ultrasons.
- Distinguer la hauteur (fréquence) de l'intensité, c'est-à-dire du volume (amplitude), et savoir qu'elles varient de façon indépendante.
Vérifie que tu as compris
À quoi correspond un son aigu ?
Réponse À une fréquence élevée
La hauteur d'un son dépend de sa fréquence, mesurée en hertz (Hz) : un son aigu a une fréquence élevée, un son grave une fréquence basse.
« Un son aigu est forcément un son fort. » Cette affirmation est-elle correcte ?
Réponse Non : la hauteur (aigu) et le volume (fort) sont deux grandeurs indépendantes
La hauteur (grave ou aigu) dépend de la fréquence ; le volume, appelé intensité, dépend de l'amplitude. Un son aigu peut être faible ou fort : les deux grandeurs varient de façon indépendante.
La fréquence d'un son se mesure en hertz (Hz). Que compte-t-elle ?
Réponse le nombre de vibrations par seconde
La fréquence compte le nombre de vibrations par seconde : 100 Hz signifie cent vibrations par seconde. C'est elle qui fixe la hauteur du son (aigu ou grave), indépendamment de son volume.
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La fréquence se mesure en hertz (Hz) : des vibrations par seconde.
Regarde la corde pincée : un aller-retour = une vibration. En une seconde, cette corde en fait 440 — sa fréquence est 440 Hz, la note la du diapason. Le HERTZ compte donc un nombre de vibrations PAR SECONDE. Ni un mètre (une longueur), ni un degré (un angle ou une température), ni un décibel (celui-là mesure le volume, pas la hauteur).
Fréquence élevée = son aigu ; fréquence basse = son grave ; on entend de 20 Hz à 20 000 Hz.
Compare les deux cordes : même amplitude, mais la grosse corde fait une vibration toutes les 8 ms (1 000 ÷ 8 = 125 par seconde, 125 Hz : son GRAVE) et la corde fine une toutes les 2 ms (1 000 ÷ 2 = 500 par seconde, 500 Hz : son AIGU). Sur l’oscillogramme, l’onde serrée est celle de la fréquence élevée, donc du son aigu. Et n’oublie pas le domaine audible : l’oreille humaine entend environ de 20 Hz à 20 000 Hz — en dessous, les infrasons ; au-dessus, les ultrasons.
30 000 Hz > 20 000 Hz : un ultrason, hors du domaine audible humain.
Place 30 000 Hz sur l’échelle : c’est au-delà de 20 000 Hz, la limite haute de l’oreille humaine — un ULTRASON. Le maître ne peut donc pas l’entendre, quelle que soit la force de son souffle : souffler plus fort augmente le VOLUME (l’amplitude), pas la possibilité d’entendre — c’est la FRÉQUENCE, pas l’intensité, qui rend ce son inaudible pour lui. Le chien, lui, perçoit des fréquences plus élevées (jusqu’à ≈ 45 000 Hz) : il l’entend et accourt.
La hauteur dépend de la fréquence, le volume de l’amplitude : indépendants.
La phrase confond deux grandeurs. « Très aigu » parle de la HAUTEUR : une fréquence élevée, beaucoup de vibrations par seconde. « Très fort » parle du VOLUME, l’intensité : une grande AMPLITUDE, une vibration plus forte. Regarde la fillette qui chuchote : son aigu (onde serrée) et faible (petite amplitude). L’homme qui chante : grave (onde large) et fort (grande amplitude). Un son aigu peut donc être faible ou fort, un son grave aussi — hauteur et volume varient de façon indépendante.
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