Effet longueur/diamètre tube et température moyenne sur la note émise par un tube
Introduction
Cette animation vise à comprendre l'effet de la longueur du résonateur et de la température sur la hauteur de la note produite par ce résonateur.
Observations
Faites varier la température et la longueur du tube sur l'animation ci-dessous.
Comment interprétez-vous la relation entre la longueur du tube L et la hauteur de la note émise?
Comment interprétez-vous la relation entre la température de l'air T présent dans le tube et la hauteur de la note émise?
Dans le cas d’un instrument à anche comme la clarinette, que pouvez-vous en conclure concernant son accord ?
Explications scientifiques
La hauteur de la note perçue par l'oreille est directement liée à la fréquence fondamentale de la note émise en frappant sur la colonne d'air.
Sachant que la fréquence fondamentale f d'un tube de longueur L fermé à une extrémité (en l’occurrence par la main à l'entrée) et ouvert à l'autre est donnée par où c est la célérité du son dans l'air au repos. La célérité du son dépendant de la température de l'air t(exprimée en degrés Celsius) suivant la loi
où c0 = 331,3 m/s et T0 = 273,15 ° C.
La fréquence fondamentale générée par le tube s'écrit ainsi
L'analyse de l'équation ci-dessus montre que :
• la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur du tube : plus le tube est court et plus la fréquence est élevée, c'est à dire plus la note émise est haute ;
• La fréquence est proportionnelle à la racine carrée de la température : plus la température est élevée et plus la fréquence est élevée. La note émise est donc plus haute lorsqu'il fait chaud.
Cette caractéristique a un effet important pour les musiciens pour qu'ils puissent jouer juste :
- ils doivent allonger la longueur de la clarinette lorsqu'il fait chaud (en pratique en déplaçant le barillet vers le haut)
- ils doivent raccourcir la clarinette lorsqu'il fait froid. Ce dernier point est quelquefois difficile à réaliser ce qui fait que les clarinettes peuvent jouer faux, notamment en extérieur en hiver (lorsqu'il fait très froid).
Plan
Effet du diamètre, de la hauteur et de la position du trou latéral sur la note émise par un tube
Notion de réponse impulsionnelle d'un tuyau sonore
Relation entre la fréquence de résonance et la fréquence de jeu d'un musicien
Séquence réalisée par André Almeida, Bruno Gazengel, Joël Gilbert
