Thème 4–Son et musique, porteurs d’information

L’être humain perçoit le monde à l’aide de signaux dont certains sont de nature sonore. De l’Antiquité jusqu’à nos jours, il a combiné les sons de manière harmonieuse pour en faire un art, la musique, qui entretient des liens privilégiés avec les mathématiques. L’informatique permet aujourd’hui de numériser les sons et la musique. La compréhension des mécanismes auditifs s’inscrit dans une perspective d’éducation à la santé.

En introduction, C’est pas Sorcier sur le bruit (26′)

4-4 Entendre la musique

L’air qui vibre n’est musique que parce que notre oreille l’entend et que notre cerveau la perçoit comme telle. Mais l’excès de sons, même s’il est musical, est une forme de perturbation de l’environnement.

Comment les ondes sonores sont-elles transmises aux récepteurs sensoriels ?

Repérer également les différentes parties sur la maquette du labo.

L’oreille externe canalise les sons du milieu extérieur vers le tympan.

Chez les Chouettes et Hiboux, c’est le disque facial qui assure ce rôle.

Cette membrane vibrante transmet ces vibrations jusqu’à l’oreille interne par l’intermédiaire de l’oreille moyenne.

Lire le livre p222-223 pour voir comment les différentes étapes de transmission du son au travers de l’oreille externe et moyenne ont été mises en évidence historiquement.

1. Indiquez la localisation des récepteurs sensoriels dans l’oreille (doc. 1).
2. Indiquez le rôle de l’oreille externe (docs 1, 2 et 3).
3. Expliquez comment la structure de l’oreille moyenne permet la transmission des ondes sonores du tympan à l’oreille interne (docs 4 et 5).
4. Indiquez comment les variations de pression de l’air sont converties dans l’oreille interne (doc. 6).

Résumer, sous la forme d’un schéma, comment les ondes sonores sont transmises aux récepteurs sensoriels.

• le casque auditif du général Wellington
• Article « Une greffe d’oreille guérit la surdité du receveur »

exercice 5p231 : Tournesol et son cornet

1. D’après vos connaissances, proposez des hypothèses sur la cause de la surdité du professeur Tournesol.
2. Le cornet acoustique a un rôle similaire à une partie de l’oreille. Précisez laquelle et son rôle

exercice 7p232 : otite moyenne aiguë

Aide :

1. Expliquer ce qui se passe dans une oreille saine (donner les valeurs chiffrées du doc1 + vos connaissances sur la transduction du signal sonore de l’air ambiant jusqu’à l’oreille interne)
2. Constater les différences dans le cas d’une oreille avec OMA (donner les valeurs chiffrées).
3. Relier ces différences avec les symptômes de l’OMA.
4. Exploitez le document et utilisez vos connaissances pour expliquer la perte temporaire de l’audition lors d’une otite moyenne aiguë.

Les sons audibles par les humains ont des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz.

• Voir cette vidéo (extrait) sur l’influence des sons sur les Cétacés
• Voir cette vidéo (6’20 ») sur l’écholocalisation des Chiroptères

Comment fonctionne l’oreille interne et comment certaines pratiques d’écoute peuvent-elles l’endommager ?

Test auditif en ligne (à faire chez soi, avec un casque)

L’être humain peut percevoir des sons de niveaux d’intensité approximativement compris entre 0 et 120 dB.

Pour les risques, voir cette vidéo à partir de 1’17

Pour récapituler (en anglais)

Comment le cerveau interprète-t-il notre univers sonore ?

TP aires cérébrales

• • l’aire de Wernicke est associée à la compréhension de ces mots
    • l’aire de Broca est la zone associée à la production des mots parlés.

  Cependant, d’autres zones associées au langage ont été identifiées et les fonctions du traitement du langage sont davantage distribuées à travers toutes ces zones.

  Certaines aires permettent, après apprentissage, l’interprétation de l’univers sonore (parole, voix, musique, etc.).

  • • Article de Planet-Vie « Comment le cerveau décode-t-il la musique ?« 
    • Implant cochléaire et normes entendantes Pour une pédagogie critique du handicap
    • exercice 8p232 : perception sons par cerveau
    • Lien vers un master en bioacoustique
    • Source TP Utiliser ÉduAnat2 pour mettre en évidence les aires cérébrales impliquées dans l’audition
    • Musique de film pour lequel c’est la première fois qu’une musique de film est produite. Devinez laquelle ? et pour quel film ?
    • Vidéo 5’50 » France Culture « l’origine des sons de notre quotidien »

    

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    Les parties suivantes sont faites en physique :

    4-1 Le son, phénomène vibratoire

    La banalité du son dans l’environnement cache une réalité physique précise.

    Vidéo la règle musicale

    Un son pur est associé à un signal dépendant du temps de façon sinusoïdale.

    Un signal périodique de fréquence f se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquences multiples de f. Le son associé à ce signal est un son composé. f est appelée fréquence fondamentale, les autres fréquences sont appelées harmoniques. La puissance par unité de surface transportée par une onde sonore est quantifiée par son intensité.

    Son niveau d’intensité sonore est exprimé en décibels selon une échelle logarithmique. Une corde tendue émet en vibrant un son composé dont la fréquence fondamentale ne dépend que de ses caractéristiques (longueur, tension, masse linéique). Dans les instruments à vent, un phénomène analogue se produit par vibration de l’air dans un tuyau.

    4-2 La musique ou l’art de faire entendre les nombres

    Comment l’analyse mathématique du phénomène vibratoire du son aboutit-elle à une production artistique ? La musique et les mathématiques sont deux langages universels. Les Grecs anciens les ont dotés d’une origine commune puisque la théorie pythagoricienne des proportions avait pour but de percer les secrets de l’harmonie musicale. Depuis, les évolutions de la musique et des mathématiques se sont enrichies mutuellement.

    En musique, un intervalle entre deux sons est défini par le rapport (et non la différence) de leurs fréquences fondamentales. Deux sons dont les fréquences sont dans le rapport 2/1 correspondent à une même note, à deux hauteurs différentes. L’intervalle qui les sépare s’appelle une octave. Une gamme est une suite finie de notes réparties sur une octave. Dans l’Antiquité, la construction des gammes était basée sur des fractions simples, (2/1, 3/2, 4/3, etc.). En effet, des sons dont les fréquences sont dans ces rapports simples étaient alors considérés comme les seuls à être consonants. Une quinte est un intervalle entre deux fréquences de rapport 3/2. Les gammes dites de Pythagore sont basées sur le cycle des quintes. Pour des raisons mathématiques, ce cycle des quintes ne « reboucle » jamais sur la note de départ. Cependant, les cycles de 5, 7 ou 12 quintes « rebouclent » presque. Pour les gammes associées, l’identification de la dernière note avec la première impose que l’une des quintes du cycle ne corresponde pas exactement à la fréquence 3/2. Les intervalles entre deux notes consécutives des gammes dites de Pythagore ne sont pas égaux, ce qui entrave la transposition. La connaissance des nombres irrationnels a permis, au XVIIe siècle, de construire des gammes à intervalles égaux.

    4-3 Le son, une information à coder

    Le son, vibration de l’air, peut être enregistré sur un support informatique. Les techniques numériques ont mis en évidence un nouveau type de relations entre les sciences et les sons, le processus de numérisation dérivant lui-même de théories mathématiques et informatiques.

    Pour numériser un son, on procède à la discrétisation du signal analogique sonore (échantillonnage et quantification). Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée et la quantification est fine, plus la numérisation est fidèle, mais plus la taille du fichier audio est grande. La reproduction fidèle du signal analogique nécessite une fréquence d’échantillonnage au moins double de celle du son. La compression consiste à diminuer la taille d’un fichier afin de faciliter son stockage et sa transmission. Les techniques de compression spécifiques au son, dites « avec perte d’information », éliminent les informations sonores auxquelles l’oreille est peu sensible.