Derrière chaque voix humaine, chaque chant d’animal, chaque musique se cache cette imperceptible énergie que les ondes transportent sur toutes sortes de fréquences et qui nous atteint à divers degrés. La science et la technologie apportent une couleur particulière à l’étude des sons, car elles nous permettent d’en maîtriser la production, la diffusion et la perception. C’est ainsi que les élèves seront amenés à découvrir les aspects quantitatifs et qualitatifs des ondes sonores en vue de la fabrication d’un prototype d’instrument capable de produire des sons d’une fréquence ou d’une amplitude déterminées.
Les élèves se familiarisent d’abord avec les modèles scientifiques associés aux ondes sonores, soit la théorie ondulatoire et la représentation des ondes mécaniques. Ils effectuent une recherche afin de découvrir qui sont les scientifiques à l’origine de ces modèles, à quel moment ils ont été élaborés et dans quelles circonstances. L’enseignante ou l’enseignant leur présente deux des principaux paramètres qui caractérisent les sons, c’est-à-dire la fréquence et l’amplitude.
Les élèves sont ensuite invités à concevoir des prototypes d’instruments produisant des vibrations sonores. Il peut s’agir de tubes cylindriques sur lesquels ils frappent ou encore de coupes de verre remplies d’eau sur le pourtour desquelles ils glissent leur doigt. Les élèves identifient les paramètres qui influencent la fréquence et l’amplitude des ondes générées par leur dispositif. Puis, ils tentent de produire des notes bien précises en ajustant, dans un cas, la longueur ou le diamètre des cylindres et, dans l’autre cas, le niveau d’eau dans les coupes. L’emploi d’un diapason et d’un accordeur affichant la fréquence des sons émis serait à envisager afin de calibrer le dispositif. Si les élèves parviennent à produire suffisamment de notes à l’aide de leur prototype, une œuvre musicale pourrait être interprétée.
À travers la création de leur dispositif, les élèves approfondissent leurs connaissances scientifiques et technologiques concernant la nature ondulatoire du son. Ils comprennent également comment la fréquence et l’amplitude d’une onde sonore peuvent être mesurées et, par le fait même, modulées. Cette activité pourrait intégrer des notions abordées en 3e secondaire en ce qui concerne le fonctionnement de nos récepteurs sensoriels, l’hygiène que nécessite le système auditif ou encore le traitement de l’information par le cerveau. En 4e secondaire, elle pourrait se poursuivre avec l’analyse technologique d’un écouteur ou d’un haut-parleur. Cette activité est également susceptible de mener à une réflexion concernant les effets d’un volume sonore trop élevé sur l’audition. Enfin, les élèves pourraient explorer l’influence qu’a la musique sur nos émotions par l’activité Ondes porteuses.
Ressources complémentaires
- Audiomaniac, La physique du son
- Centre de développement pédagogique pour la formation générale en science et technologie (situation d’apprentissage et d’évaluation L’écouteur)
- Heinrich Rudolf Hertz (Wikipédia)
- PISTES, Le haut-parleur (situation d’apprentissage et d’évaluation)
- Son (physique) (Wikipédia)
- Allô prof
