100, rue Duquet Sainte-Thérèse (Québec) J7E 3G6 Téléphone : (450) 430 3120 Télécopieur : (450)971 7883 Internet : www.clg.qc.ca PLAN DE COURS Session Automne 2015 Professeurs Titre Science de la musique et de la couleur Normand Beaumont Jacques Bridet S-337 S-346 2467 2683 No de cours 203-Z12-LG Pondération 2-1-3 Programme Formation générale complémentaire Culture scientifique et technologique Discipline Physique Préalable Aucun Code du document 1A15-053 1. OBJECTIFS GÉNÉRAUX Notre expérience quotidienne nous met continuellement en contact avec les phénomènes sonores et lumineux : Bruit de l environnement urbain, bruits naturels (tonnerre, chant des oiseaux, ), voix, chant, musique. Éclat du Soleil, arc-en-ciel, couleurs innombrables des plantes et des animaux, couleurs fabriquées par l être humain (peinture, télévision, cinéma, ) Ce cours vise à expliquer les notions élémentaires qui permettent de comprendre une partie des phénomènes cités plus haut. Objectif final d intégration : à partir d expériences d interférences sonores et lumineuses, établir le caractère ondulatoire du son et de la lumière. 2. OBJECTIFS SPÉCIFIQUES Son : (i) Décrire sommairement les phénomènes ondulatoires : source, propagation, réflexion, diffraction, interférences, absorption. (ii) Expliquer ce sont les modes naturels de vibration d un corps et les phénomènes d amortissement, de résonance et de couplage. (iii) Appliquer qualitativement les principes de la synthèse et de l analyse de Fourier aux sons complexes : notions de bruit, de fondamental, d harmonique et de partiel. (iv) Identifier les paramètres physiques liés aux sensations d intensité, de hauteur absolue, de hauteur relative et de timbre produites par un son musical (v) Identifier le système excitateur, le corps sonore et la courbe de réponse pour un instrument à corde, à vent et pour la voix. (vi) Reconnaître les différentes caractéristiques d une bonne salle de concert. Lumière (i) Connaître les principales composantes du spectre électromagnétique. (ii) Expliquer le mécanisme de production de lumière par les atomes (ondes et photons). (iii) Expliquer les principales lois de l optique : réflexion et réfraction. (iv) Expliquer ce qu on entend par la composition spectrale d une source lumineuse et la synthèse par addition et par soustraction. (v) Décrire l interaction la lumière et les objets : couleur par réflexion, réfraction, dispersion, absorption, diffusion et interférence. 4. MÉTHODOLOGIE Les séances de cours se dérouleront de la façon suivante : Les élèves se procurent à la COOP les notes de cours : «La science de la musique et de la couleur» Code du document : 1A15-053 1
Explication des principaux concepts à l aide de démonstrations expérimentales, d expériences et de simulations sur ordinateur. Les élèves devront avoir avec eux à chaque séance les notes de cours en vente à la COOP. Les élèves devront participer en classe, soit en posant des questions, soit en répondant à des questions. Les élèves devront répondre par écrit à des questions reliées directement au contenu du cours. Les élèves devront effectuer des expériences en classe et en remettre les résultats 5. ÉVALUATION (la politique d évaluation est disponible sur mon site WEB) 3 Examens 3x20% = 60% Questions et résultats d expériences 20%+10%= 30% Participation en classe 10% Les examens ainsi que les séances de questions seront à livre ouvert. Les questions d examen seront du même ordre que celles posées pendant les séances hebdomadaires. La production finale d intégration est constituée par les résultats de toutes les expériences de laboratoire. 2
6. CALENDRIER DU COURS SCIENCE DE LA MUSIQUE ET DE LA COULEUR # Vendredi Théorie Laboratoires, démos, simulations, diaporamas, vidéos. ateliers Examens 1 28 août Présentation générale. Chap 1(début) Pour cette première journée, tous ces vidéos et toutes ces simulations ne pourront être vus. On poursuit lors de la journée 2. Questionnaire préliminaire Acoustique Belin Visualiser les ondes (#11: Échelle de perroquet) Transformer sa voix avec l hélium (#1) Le verre de Caruso (#13: briser un verre avec du son) Ondes en deux dimensions (#12: plaques Chladni) Simulations WEB sur les ondes progressives. site général #1 Transverse harmonic wave Longitudinal harmonic sound waves site général #2 Transverse and longitudinal waves site général #3(université de Salford) Wave introduction Tranverse waves Longitudinal waves Site général #4 (Dan Russel) What is a wave? 2 4 septembre Chap.1 Généralité sur les ondes 3 11 septembre chap2 Ondes stationnaires dans les cordes et les tuyaux Labo 1 MHS Simulations WEB et vidéos On poursuit avec les simulations et vidéos qui n ont pas été vus la journée 1. Labo 2 : Vitesse d une impulsion Simulations WEB:( Ondes stationnaires dans les cordes et les tuyaux) Site général #1 Standing waves (cordes de guitare) Interference caused by a path difference Site général #2 Forced oscillations and resonance Stationary waves 3 chap.1 chap.2
3 11 septembre Chap2 Site général #4(Dan Russel) Phase change upon reflection Reflection from impedance and the standing wave ratio Site de Walter Fendt 4 18 septembre Chap3 Labo 4: Vitesse du son. Son pur et son Simulations WEB chap.3 complexe Site général #2. Superposition of waves(onde carrée, triangulaire, ) Sound waves (synthèse de Fourier avec clavier d orgue) Site de Dan Russel Fourier decomposition Synthèse de Fourier Vidéo: son du cromorne (exemple de spectre très riche). 5 25 septembre Révision Examen 1 : Chap. 1,2 et 3 6 2 octobre Chap. 4 Instruments à corde et à vent Analyse des sons avec SOUND FORGE Piano (spectre et transitoires) Violon (spectre et transitoires) Clarinette (onde carrée, spectre et transitoires) Cromorne chap.4 1 ère partie Simulations WEB Forced oscillations and resonance(site général #2) Instruments de musique(hyperphysics) 6 Vidéos Résonance : le pont de Tacoma. Fabrication d instruments de musique. 7 9 octobre Chap.4 Diaporama : Oreille Simulations WEB : Oreille interne: structure, Oreille interne (animations 1 et 2) La cochlée chap.4 2 ème partie 8 16 octobre Chap.5 Instruments à percussion Labo 3: interférence des ultra-sons Simulation WEB: Vibration de membrane (site de Paul Falstad) Vidéos : Plaques Chladni (Belin #12, DVD de Richard Berg #21) 4 chap.5
9 23 octobre Chap.6 La voix humaine 10 10 30 octobre 30 octobre Chap.7 Acoustique architecturale Sons de xylophones et timbales Vidéos: Altération de la voix (DVD de Richard Berg #29 et Acoustique Belin #1) Cordes vocales, hexafluorure de soufre (site WEB) Simulation WEB: Appareil phonatoire humain (site de Paul Falstad) Labo 5: théorie de Sabine Diaporama : La galerie des soupirs (Cathédrale St-Paul) Simulations WEB: Modes propres en 3D (Paul Falstad) Vue panoramique de la salle Wilfrid Pelletier Room acoustics (Site de Dan Russel)(à vérifier) Vidéo : Acoustique Belin : Salle sourde et salle réverbérante (#7et 8) chap.6 chap.7 11 13 novembre Révision Examen 2 : Chap. 4,5, 6 et 7 12 20 novembre Chap.8 Labo 7 : optique La lumière Diaporama chap.8 dualité onde-corpuscule. la tache de Poisson(Fresnel) 12 20 novembre DVD de TV Ontario sur la lumière Simulation WEB: transitions dipolaires atomiques (Paul Falstad) 13 27 novembre Chap. 8 et 9 Labo 6 : Interférences lumineuses Questions des Diaporama: Lunette astronomique et microscope * chap.8 et 9 Simulations WEB Couleurs primaires, secondaires, tertiaires,. Synthèse additive et soustractive. 3 codes de couleur (RVB, CMJN et TSL) Arc en ciel Clarté des couleurs Calculateur RGB Couleurs des objets 5
14 4 décembre Chap 9 : les couleurs Labo 8: interférométrie Diaporama couleurs (pdf) * chap.9 15 11 décembre Révision Examen 3 : Chap. 8 et 9 6
7. BIBLIOGRAPHIE Son Initiation à l acoustique, A. Fischetti, Belin Acoustique et musique, E. Leipp, Masson. Son et musique, Bibliothèque pour la Science, Belin. Le son musical, J. Pierce, Pour la Science, Belin. Le son et l audition, Life, Le monde des sciences. The science of sound, T. Rossing, Addison-Wesley. Musical acoustics, D. Hall, Wadsworth Publishing Company. The physics of sound, E. Berg, D. Stork, Prentice Hall. Physics and the sound of music, J. Rigden, John Wiley. Fundamentals of musical acoustics, A. Benade, Oxford University Press. The acoustical foundation of music, J. Backus, W.W. Norton. Musical sound, M. Moravcsik, Paragon. Lumière Présence de la couleur, F. Gerritsen, Dessain et Tolra. Les molécules au quotidien, P. Atkins, Inter Éditions. La perception visuelle, Bibliothèque pour la science, Diffusion Belin L œil et la lumière, Life, Le monde des sciences Colors, H. Küppers, Van Nostrand, Reinhold Why the world isn t grey? H. Rossoti, Princeton University Press. The Color of Nature, P. Murphy, P. Doherty, Exploratorium de San Francisco 7