La flûte à bec : souffler n’est pas jouer…

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'épreuve pratique
Type : Épreuve pratique | Année : 2012 | Académie : Inédit
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La flûte à bec : souffler n’est pas jouer…
 
 

Épreuve expérimentale

Corrigé

55

pchT_1200_00_65C

 

Sujet zéro

Épreuve expérimentale n° 2

Ce sujet comporte 4 feuilles individuelles sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses. Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d’examen.

Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d’initiative tout au long de l’épreuve.

En cas de difficulté, le candidat peut solliciter l’examinateur afin de lui permettre de continuer la tâche.

L’examinateur peut intervenir à tout moment sur le montage, s’il le juge utile.

Matériel à disposition sur la paillasse

  • Un ordinateur muni d’un logiciel d’acquisition de données, d’un logiciel tableur-grapheur et d’un logiciel d’acquisition, et du logiciel libre Audacity. Ce logiciel est libre de droits donc si vous l’utilisez dans votre lycée, vous avez la possibilité de le télécharger chez vous pour vous entraîner.
  • Une interface d’acquisition de mesures.
  • Un oscilloscope numérique.
  • Un ensemble micro-casque audio branché sur l’entrée microphone et la sortie audio de la carte son de l’ordinateur.
  • Un microphone à électret et son module amplificateur avec sorties en fiches bananes.
  • Une flûte à bec d’étude soprano dont tous les trous sont bouchés avec du ruban adhésif et donc théoriquement capable de produire la note do4 avec un contrôle du souffle permettant de jouer juste.
  • Un paquet de lingettes antiseptiques et du papier absorbant.

Contexte du sujet

En France, on a longtemps enseigné la flûte à bec à l’école (CM1, CM2), au collège (6e à la 3e) dans les cours de musique. Son usage a été progressivement abandonné à partir de 2008 et elle a disparu à la rentrée scolaire 2011.

D’après : Wikipédia.

But de la manipulation

Le but de cette épreuve est d’analyser et d’expérimenter certaines des causes probables de l’abandon de la pratique systématique de la flûte à bec dans le domaine de l’enseignement : la justesse et la tenue des notes produites associées au contrôle du souffle.

Documents mis à disposition du candidat

Document 1

La justesse d’une note est associée à la précision de la hauteur de la note produite. La tenue d’une note caractérise une note dont la hauteur ne varie pas dans le temps. La hauteur d’une note de musique correspond, en physique, à la fréquence de l’onde sonore périodique associée à cette note.

On donne ci-dessous le tableau permettant d’établir la correspondance entre la hauteur et la fréquence associée de quelques notes de la gamme tempérée (les notes produites par un clavier électronique par exemple) que l’on peut jouer avec une flûte à bec.

 

Hauteur de la note

la3

la#3

si3

do4

do#4

4

#4

mi4

fa4

fa#4

sol4

sol#4

la4

la#4

si4

Fréquence (Hz)

440

466

494

523

554

587

622

659

698

740

783

831

880

932

988

 

Deux notes successives dans le tableau, par exemple si3 et do4, sont séparées par la hauteur d’un demi-ton en musique, ce qui correspond à un rapport de fréquences de 523494=212=1,06.

Deux notes sont à l’octave l’une de l’autre si le rapport de leurs fréquences vaut 2. Par exemple, la note la4 est à l’octave supérieure de la note la3 car 880440=2.

Document 2

Technique de souffle

L’intonation est directement liée à la force du souffle envoyé dans l’embouchure (pression faible = sons bas, pression forte = sons hauts). Par la seule force du souffle, on peut obtenir plus d’un demi-ton de variation pour un même doigté. Maîtriser cet aspect technique demande donc beaucoup de savoir-faire et de subtilité pour obtenir l’intonation adéquate et la qualité de timbre désirée.

Document 3

Les bois octaviants

La flûte, le saxophone, le hautbois, et encore bien d’autres instruments, sont prédisposés au saut d’octave. Ils octavient. On entend alors une note dont le nom est le même mais plus aiguë d’une octave.

D’après : http://fr.wikipedia.org/

Octavier : en musique, se dit d’un instrument qui fait entendre par accident l’octave supérieure d’un son au lieu de ce son lui-même.

D’après : http://www.mediadico.com

Travail à effectuer

1 Analyse du problème et formulation d’un protocole expérimental

Durée conseillée : 30 minutes.

1. Analyse du problème

Àpartir des documents 1, 2, 3 et de la liste des matériels, on souhaite réaliser une expérience permettant de vérifier une des informations contenues dans les documents 2 ou 3 concernant la justesse ou la tenue d’une note produite par la flûte à bec.

Pour les documents 2 et 3, identifiez avec précision les effets possibles d’un mauvais contrôle du souffle sur la hauteur de la note produite et les conséquences sur la fréquence associée.

 

Effet d’un mauvais contrôle du souffle sur la hauteur de la note

Conséquence de l’effet sur la fréquence de l’onde sonore associée à la note

Document 2

Document 3

 

2. Formulation d’un protocole expérimental

À partir de la liste des matériels, proposer un protocole expérimental ayant pour but de réaliser une expérience permettant l’acquisition (ou l’enregistrement) de sons produits par la flûte et la vérification d’un seul des effets identifiés dans le tableau précédent.

Remarque : le protocole expérimental doit expliciter la façon dont on va utiliser le matériel et les logiciels, les mesures, ainsi que les éventuels calculs à effectuer pour vérifier l’effet retenu. Un schéma pourra également être proposé.

Attention ! Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental (appel 1).

2 Réalisation du protocole expérimental proposé

Durée conseillée : 20 minutes.

Mettre en œuvre le protocole.

Attention ! Appeler le professeur pour lui présenter les résultats expérimentaux (appel 2).

3 Communication sur le travail réalisé et sur les résultats obtenus

Durée conseillée : 10 minutes.

En utilisant l’ensemble micro-casque et le logiciel Audacity, enregistrer un fichier audio d’une durée n’excédant pas trois minutes dans lequel vous devrez :

  • indiquer votre nom et prénom ;
  • faire un résumé concis précisant la technique utilisée pour la réalisation de l’expérience et les mesures réalisées ;
  • formuler une conclusion cohérente avec le problème, en utilisant un vocabulaire scientifique adapté à propos du travail que vous avez réalisé.

Le fichier audio devra être enregistré dans le dossier E.C.E. Flûte disponible sur le bureau de l’ordinateur, en lui donnant comme nom de fichier votre nom.

Attention ! Appeler le professeur pour lui présenter votre fichier audio (appel 3).

Défaire le montage et ranger la paillasse.

Notions et compétences en jeu

Connaître les caractéristiques des sons, la notion de fréquence et de période ; savoir de quoi elles dépendent • Connaître la notion d’harmonique.

Les conseils du correcteur

Document 1

Rappel : 212=2112. Les rapports sont théoriques ; les valeurs expérimentales conduiront à des résultats approchés. Par exemple, une marge de 5 Hz sur un signal de 440 Hz représente 1 % d’erreur donc totalement acceptable pour une donnée expérimentale.

Matériel à disposition

Le matériel que vous utiliserez dépend de ce que vous avez utilisé pendant l’année. Le logiciel Audacity est libre de droits donc, si vous l’utilisez dans votre lycée, vous avez la possibilité de le télécharger chez vous pour vous entraîner.

Travail à effectuer

Un chronométrage des tâches est donné afin de vous permettre de vous organiser.

11. Soyez précis dans vos idées pour obtenir une rédaction claire. Reprenez bien les deux documents à disposition comme il est précisé dans l’énoncé.

12. Dès que le matériel est listé, le protocole peut être écrit sous forme d’étapes numérotées. Une fois celui-ci écrit, vérifiez le matériel cité avec le matériel que vous aviez listé. Vous ne devez vérifier qu’un seul des effets identifiés.

3 Le cahier des charges est précis ; respectez tout ce qui est écrit. Faites des phrases courtes pour ne pas perdre le fil. Si vous avez quelques minutes d’avance, pensez à écrire votre communication.

Le démontage de la paillasse et le rangement rapportent des points.

Corrigé

11. Analyse du problème

 

Les documents 2 et 3 mettent en évidence une variation de la fréquence du son émis suivant la force du souffle et précisent comment le contrôle du souffle peut modifier la hauteur d’une note produite par une flûte à bec.

Le tableau ci-dessous rempli par le candidat indique, à l’examinateur, comment le candidat a appréhendé la situation. Il peut également lui permettre de cibler son questionnement.

2. Formulation d’un protocole expérimental

Lors de l’appel n° 1, l’examinateur évalue globalement ce que lui présente le candidat. Il attend donc de la part de celui-ci :

  • qu’il propose un protocole expérimental pertinent, réalisable au laboratoire.

Par exemple, le protocole devra toujours indiquer qu’il s’agit d’enregistrer, à l’aide d’un microphone, un ou plusieurs sons produits par la flûte lorsque l’on souffle dedans, puis de mesurer, à partir de cette acquisition, la période ou la fréquence associée à la note produite par l’instrument.

  • qu’il soit capable de préciser le matériel et les logiciels qu’il souhaite utiliser.

Si certains points du protocole sont flous ou manquent, l’examinateur pourra vous les faire préciser à l’aide de questions ouvertes. Ces interventions servent de relance pour vous faire réagir et vous permettre d’avancer afin d’évaluer chez vous d’autres compétences.

Pour la correction, trois protocoles sont proposés ; le candidat n’en a qu’un seul à présenter.

Protocole utilisant une interface
d’acquisition Orphy GTS2 et le logiciel Regressi

 

Effet d’un mauvais contrôle du souffle sur la hauteur de la note

Conséquence de l’effet sur la ­fréquence de l’onde sonore ­associée à la note

Document 2

Exemple de réponse possible :

La hauteur de la note peut augmenter de plus d’un demi-ton lorsque l’on souffle faiblement, puis plus fortement.

Exemple de réponse possible :

La fréquence de l’onde sonore peut augmenter d’un rapport de plus de 1,06, soit une variation de 6 %.

Document 3

Exemple de réponse possible :

Si l’on souffle trop fort dans la flûte alors la note produite se retrouve une octave plus haut que la note attendue.

Exemple de réponse possible :

Si l’on souffle trop fort dans la flûte alors la fréquence de l’onde sonore produite sera deux fois plus élevée que la fréquence attendue.

 
 

Le point délicat après avoir listé le matériel est de bien régler le logiciel lié à la carte d’acquisition. Tous les logiciels ont trois paramètres à régler :

  • le nombre de points : il correspond au nombre de prises de mesures effectuées (100 par période) ;
  • la fréquence d’échantillonnage ou durée d’échantillonnage : nombre de points par seconde ou durée séparant deux prises de mesure ;
  • la durée totale : elle est obtenue par le produit du nombre de points par la durée d’échantillonnage. Prendre une durée totale correspondant à 5-10 périodes.
  • Brancher le microphone sur le module amplificateur et relier les deux bornes de sortie du module sur les deux bornes de l’entrée EAD1 de l’interface Orphy GTS2.
 

Pour le réglage, il faut donc que vous connaissiez la période T du phénomène afin de régler le logiciel pour visualiser 5 à 10 périodes ( T=1f, f étant fréquence en Hz). Il est, en effet, plus précis de mesurer plusieurs périodes et moyenner le résultat.

  • Ouvrir le logiciel Orphy GTS2 et régler les paramètres comme suit :
  • sensibilité voie EAD1 : + 3 V et − 3 V ;
  • mode temporel ;
  • synchronisation manuelle ;
  • durée d’acquisition égale à environ 5 périodes soit 10 ms pour la note do4 et 5 ms pour la note à l’octave do5 ;
  • nombre maximal de points (soit 1 000 points pour 10 ms et 500 pour 5 ms avec une fréquence d’échantillonnage de 100 kHz).
  • Souffler dans la flûte de manière régulière et modérément afin d’obtenir une note tenue et juste puis déclencher simultanément l’acquisition.
  • Contrôler le signal de l’acquisition sur l’écran et recommencer si nécessaire.
  • Exporter les mesures sous Regressien cliquant sur le bouton

    .

 

On peut aussi utiliser le réticule de Régressi.

  • Utiliser le curseur « donnée » (2 curseurs) pour mesurer la durée d’un maximum de périodes à l’écran.

 

Ci-contre, le motif considéré définissant une période suivant t (axe des abscisses).

 

Mesurez plusieurs périodes et ramenez votre mesure à la mesure d’une période. La période est la plus petite durée séparant deux événements (ou motifs) identiques.

En déduire la valeur de la période et calculer la fréquence correspondante.

 

Pour le calcul de la fréquence, convertir la période en s.

Le nombre de chiffres significatifs est donné par la valeur indiquée sur l’écran par Regressi.

Sur l’acquisition ci-dessous, la mesure de 10 périodes donne : 10 T1= 18,52 ms soit T= 1,852 ms.

Donc f1=1T1=11,852 × 103=540,0 Hz.


 
 

C’est une comparaison scientifique qu’il faut faire. Un calcul d’un écart relatif en pourcentage est demandé avec utilisation de la formule

valeur obtenuevaleur théoriquevaleur théorique×100.

Un écart de 10 pour une valeur expérimentale est tout à fait acceptable ; au-delà de 15, ça ne l’est plus.

  • Comparer à la valeur attendue et conclure.

ER=540,0  523523×100=3,25

ER < 10 donc la valeur obtenue est acceptable.

 

Un calcul est demandé afin de confirmer la variation d’un demi-ton ou d’une octave.

  • Recommencer à partir de l’étape 3 jusqu’à l’étape 7 en soufflant cette fois-ci, soit plus fort pour faire octavier la flûte, soit très doucement pour obtenir une note de hauteur instable.

 

En soufflant plus fort, on obtient :

20 T2= 18,24 ms soit T=18,2420=0,9120 ms.

D’où  f2=1T2=10,920×103=1 096 Hz.

La question que vous devez vous poser : y a-t-il eu changement d’un demi-ton ou d’une octave ?

f2f1=1096540=2,029, valeur pratiquement égale à 2.

On en déduit qu’en soufflant plus fort, la flûte a octavié.

Protocole utilisant le logiciel Audacity,
le logiciel Regavi et le logiciel Regressi

  • Brancher le microphone à électret directement sur l’entrée micro de la carte son de l’ordinateur ou, mieux encore, utiliser le microphone de l’ensemble micro-casque déjà branché sur l’entrée micro de la carte son.

 
  • Ouvrir le logiciel Audacity et faire un essai d’enregistrement rapide pour contrôle du niveau d’entrée en soufflant dans la flûte.
  • Souffler dans laflûte de manière régulière et modérée pour obtenir une note tenue et juste puis déclencher simultanément l’enregistrement pendant quelques secondes.
  • Contrôler le signal de l’acquisition sur l’écran et recommencer si nécessaire.

 
  • Ouvrir le logiciel Regavi et importer le fichier .wav précédemment enregistré.

 
  • Ouvrir le module de Fourier et réaliser le spectre sur tout le signal en sélectionnant uniquement les huit premiers harmoniques.

 
  • Relevez la valeur de la fréquence du fondamental qui correspond à la hauteur de la note. On obtient f= 519 Hz.
 

Calculez un écart relatif.

  • Comparer à la valeur attendue et conclure.

ER=523 519523×100=0,765< 10.

La valeur est donc acceptable.

  • Recommencer à partir de l’étape 3 jusque 8 en soufflant cette fois-ci soit très fort pour faire octavier la flûte, soit très doucement pour obtenir une note de hauteur instable.

Protocole utilisant l’oscilloscope numérique

 

La mise en pratique avec l’oscilloscope numérique est plus délicate.

  • Brancher le microphone à électret sur le module amplificateur et relier les bornes de sortie du module aux deux bornes d’entrée de la voie de l’oscilloscope.
 

Réglage pour avoir une amplitude suffisante.

  • Régler la sensibilité de la voie d’entrée pour obtenir un signal optimal soit 0,2 V · div−1.
 

La fréquence étant de l’ordre de 500 Hz soit une période de l’ordre de 2,0 ms, ce réglage permet de visualiser deux périodes pour 10 divisions.

  • Régler l’oscilloscope sur la base de temps pour une durée d’acquisition égale d’au moins une période soit 0,5 ms · div−1 pour la note do4 et 0,2 ms · div−1 pour la note à l’octave do5.
  • Souffler dans la flûte de manière régulière et modérée pour obtenir une note tenue et juste puis déclencher simultanément l’acquisition à l’aide du bouton STORE.
  • Contrôler le signal de l’acquisition sur l’écran et recommencer si nécessaire.
  • Sélectionner deux curseurs dans le mode CURSOR et repérer une période.
  • Lire directement sur l’écran la valeur de la période et de la fréquence associée.
  • Comparer la valeur de la fréquence à la valeur attendue et conclure.
  • Recommencer à partir de l’étape 3 jusque 8 en soufflant cette fois-ci soit plus fort pour faire octavier la flûte, soit très doucement pour obtenir une note de hauteur instable.

2 Lors de l’appel n° 2, l’examinateur attend de la part du candidat qu’il lui présente des résultats expérimentaux corrects. Pour cela, vous devez être capable :

 

Il ne faut pas hésiter à faire des modifications par rapport au protocole que vous aviez élaboré mais vous devez toujours le faire remarquer par écrit sur votre compte-rendu, ou oralement à l’examinateur. Cela peut concerner les réglages des paramètres ou la nécessité de s’adapter au matériel que vous avez.

  • de suivre le protocole proposé, c’est-à-dire :
  • de brancher le microphone sur l’ordinateur, sur l’interface d’acquisition ou sur l’oscilloscope numérique ;
  • de souffler dans la flûte conformément aux objectifs fixés ;
  • d’obtenir des acquisitions de données exploitables ;
  • de traiter ces acquisitions avec l’outil informatique ou l’oscilloscope numérique.
  • d’utiliser convenablement le matériel expérimental, c’est-à-dire de régler correctement l’oscilloscope ou les paramètres logiciels de l’interface d’acquisition afin de créer un fichier de données exploitables par le tableur grapheur à partir d’un fichier audio.
  • d’effectuer des mesures correctes avec le logiciel tableur-grapheur ou l’oscilloscope numérique.

3 Lors de l’appel n° 3, l’examinateur apporte toute l’aide technique nécessaire au candidat pour l’enregistrement de son fichier audio sans le pénaliser.

L’évaluation du fichier audio n’est pas effectuée pendant l’épreuve mais après la sortie du candidat.

 

Vous devez dans votre conclusion parler de vos difficultés (elles font partie intégrante du travail de l’expérimentateur).

L’examinateur attend de la part du candidat :

  • qu’il rende compte de ses observations et des résultats de son travail de manière concise par le biais d’un fichier audio d’une durée maximum de trois minutes ;
  • qu’il formule une conclusion cohérente, complète et compréhensible ;
  • qu’il utilise un vocabulaire adapté.