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Physique-chimie · Seconde

Fréquence, période et perception du son : cours de 2de

Publié le 9 novembre 2026 · Mis à jour le 9 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un signal périodique se répète identique à lui-même ; sa période TT est la plus petite durée de ce motif, mesurée en secondes.4
  • La fréquence ff compte les répétitions par unité de temps, en hertz (Hz), et vaut l'inverse de la période : f=1Tf=\dfrac{1}{T}.4
  • Pour mesurer, on lit la durée de plusieurs périodes sur la représentation temporelle, on divise par leur nombre, puis on calcule ff.2
  • Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu : le son aigu a la plus petite période.23
  • Le timbre est lié à la forme du signal : deux sons de même hauteur mais de formes différentes ne sonnent pas pareil.2

Pourquoi parler de période et de fréquence ?

Quand tu joues une note de guitare ou que tu prononces une voyelle, l'air se met à vibrer. Cette vibration est un son.5 Ton oreille ne perçoit pas seulement qu'il y a du bruit : elle distingue un son grave d'un son aigu, une flûte d'un violon. Pour passer de cette impression à des mesures, la physique utilise deux grandeurs jumelles : la période et la fréquence.

Dans ce cours, tu vas apprendre à :

  • reconnaître un signal périodique et repérer son motif ;
  • définir la période et la fréquence, avec leurs unités ;
  • déterminer ces deux grandeurs à partir d'une représentation temporelle, comme celle d'un oscilloscope ou d'un logiciel d'enregistrement ;2
  • relier la fréquence à la hauteur d'un son et la forme du signal à son timbre.2

Tu as déjà vu comment un signal sonore est émis puis se propage. Ici, on s'intéresse à ce que ce signal contient : à quelle cadence il se répète, et comment cette cadence se traduit dans ce que tu entends.

Le signal périodique et sa période

Imagine un balancier qui va et vient. Une période correspond à un aller-retour complet : le balancier repasse au même endroit, dans le même sens. Pour un signal sonore, c'est pareil : on cherche la durée au bout de laquelle la courbe recommence exactement la même forme.

Un signal sinusoïdal de période 2 msCourbe sinusoïdale en fonction du temps en millisecondes, avec deux maxima à 0,5 ms et 2,5 ms séparés par une période.0.511.522.533.54-1.5-1-0.50.511.50s(t)Maximum à 0,5 msMaximum à 2,5 ms
Un signal sinusoïdal de période 2 ms · Entre deux maxima consécutifs, il s'écoule une période.

La fréquence : compter les répétitions

L'idée est intuitive : plus un phénomène se reproduit souvent, plus sa fréquence est grande.4 Un battement de cœur rapide a une fréquence plus élevée qu'un battement lent. Pour un son, une vibration très rapide correspond à une fréquence élevée.

Pourquoi cet inverse ? Si un motif dure T=0,01T=0{,}01 s, il tient 100100 fois dans une seconde. Le nombre de motifs par seconde est donc 10,01=100\dfrac{1}{0{,}01}=100, soit f=100f=100 Hz. Plus la période est courte, plus il y a de motifs par seconde, donc plus la fréquence est grande.

Passer de T à f et de f à T : conversions pas à pas

Quelques couples période – fréquence
Période TFréquence f
4 ms250 Hz
2 ms500 Hz
1 ms1 000 Hz
0,5 ms2 000 Hz
Quelques couples période – fréquence

Mesurer une période sur une représentation temporelle

En laboratoire, un microphone transforme la vibration de l'air en tension électrique. Un oscilloscope ou un logiciel d'acquisition affiche cette tension en fonction du temps : c'est la représentation temporelle du son. Le programme de Seconde demande de savoir y déterminer la période et la fréquence d'un signal sonore.2

Mesurer la fréquence d'un sonQuatre étapes : figer l'image, compter les périodes, calculer T, calculer f.1Figer l'imageObtiens une courbe stable à l'écran.2Compter N périodesLis la durée totale de N motifs.3Calculer TDivise la durée par N.4Calculer ff = 1/T, avec T en secondes.
  1. Figer l'imageObtiens une courbe stable à l'écran.
  2. Compter N périodesLis la durée totale de N motifs.
  3. Calculer TDivise la durée par N.
  4. Calculer ff = 1/T, avec T en secondes.
Mesurer la fréquence d'un son

Pourquoi mesurer sur plusieurs périodes et non sur une seule ? Parce qu'une lecture sur le graphique est toujours un peu imprécise : une erreur d'un demi-carreau pèse lourd sur une durée courte, beaucoup moins sur une durée longue. En divisant par NN, l'erreur est elle aussi divisée. Les consignes d'évaluation du programme demandent d'ailleurs que la mesure soit faite sur plusieurs périodes.2

De la fréquence à la hauteur du son

Un contrôle simple, souvent utilisé en classe : après avoir mesuré les périodes, on calcule les fréquences et on vérifie que le son perçu comme le plus aigu possède bien la période la plus petite.3 Perception et mesure doivent s'accorder ; si ce n'est pas le cas, c'est qu'une mesure ou une conversion est à revoir.2

Timbre, forme du signal et sons complexes

Sur un écran, deux enregistrements de même période peuvent donc présenter des motifs différents : l'un arrondi comme une vague régulière, l'autre plus anguleux. La période, et donc la hauteur, est identique ; la forme du motif change, et avec elle le timbre.

Du signal à ce que l'on entendCarte mentale reliant un signal sonore à sa période, sa fréquence, sa hauteur et son timbre.En secondesT = 1/fPériode TEn hertzf = 1/TFréquence fGrave ou aiguLiée à fHauteurForme du signalDosage d'harmoniquesTimbreSignal sonore

Signal sonore

  • Période T
    • En secondes
    • T = 1/f
  • Fréquence f
    • En hertz
    • f = 1/T
  • Hauteur
    • Grave ou aigu
    • Liée à f
  • Timbre
    • Forme du signal
    • Dosage d'harmoniques
Du signal à ce que l'on entend

Cette décomposition explique le timbre : chaque instrument mélange ses harmoniques en proportions différentes, ce qui donne à son signal une forme particulière. Une note de piano et une note de flûte de même hauteur ont la même fréquence fondamentale, mais pas le même dosage d'harmoniques, donc pas la même forme de signal.

Les pièges à éviter

Exercices corrigés

Exercice 1 Fréquence d'un signal enregistré

★☆☆Environ 8 min

Sur l'écran d'un logiciel d'enregistrement, tu comptes 4 périodes complètes d'un signal sonore sur une durée totale de 1010 ms.

  1. Calcule la période TT du signal.
  2. En déduis sa fréquence ff en hertz.
Indice 1

La période est la durée d'un seul motif : divise la durée totale par le nombre de périodes.

Indice 2

Convertis la période en secondes avant de calculer l'inverse.

Voir la correction pas à pas
  1. On divise la durée totale par le nombre de périodes : T=10 ms4=2,5T=\dfrac{10\ \text{ms}}{4}=2{,}5 ms.

  2. On convertit en secondes : T=2,5×10−3T=2{,}5\times10^{-3} s.

  3. On applique f=1T=12,5×10−3=400f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{1}{2{,}5\times10^{-3}}=400 Hz.

Le signal a une période de 2,52{,}5 ms et une fréquence de 400 Hz.

Exercice 2 De la fréquence à la période

★★☆Environ 8 min

Un son périodique a une fréquence de 250250 Hz.

Calcule sa période en millisecondes.

Indice 1

Utilise T=1fT=\dfrac{1}{f}.

Indice 2

Le résultat obtenu est en secondes : convertis-le en millisecondes.

Voir la correction pas à pas
  1. On écrit la relation : T=1fT=\dfrac{1}{f}.

  2. On remplace : T=1250=0,004T=\dfrac{1}{250}=0{,}004 s.

  3. On convertit : 0,004 s=40{,}004\ \text{s}=4 ms.

La période de ce son est de 4 ms.

Exercice 3 Quel son est le plus aigu ?

★★★Environ 12 min

On a enregistré deux sons. Le son A a une période de 22 ms, le son B une période de 0,50{,}5 ms.

  1. Calcule la fréquence de chaque son.
  2. Indique lequel est le plus aigu en justifiant.
  3. Calcule l'écart entre les deux fréquences, fB−fAf_B-f_A, en hertz.
Indice 1

Convertis chaque période en secondes avant de calculer.

Indice 2

Le son le plus aigu est celui qui a la plus grande fréquence.

Voir la correction pas à pas
  1. Pour A : TA=2×10−3T_A=2\times10^{-3} s, donc fA=12×10−3=500f_A=\dfrac{1}{2\times10^{-3}}=500 Hz.

  2. Pour B : TB=0,5×10−3T_B=0{,}5\times10^{-3} s, donc fB=10,5×10−3=2 000f_B=\dfrac{1}{0{,}5\times10^{-3}}=2\,000 Hz.

  3. B a la plus petite période et la plus grande fréquence : c'est le son le plus aigu.

  4. L'écart vaut fB−fA=2 000−500=1 500f_B-f_A=2\,000-500=1\,500 Hz.

Le son B est le plus aigu ; son écart de fréquence avec A est de 1 500 Hz.

Quiz

8 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Quelle relation lie la fréquence ff et la période TT d'un signal périodique ?

  2. Dans quelle unité du Système international exprime-t-on la fréquence ?

  3. Un signal a une période de 55 ms. Quelle est sa fréquence, en hertz ?

  4. Un son aigu a une période plus grande qu'un son grave.

  5. Deux instruments jouent la même note, avec la même fréquence, mais on les distingue sans peine. Quelle caractéristique du son explique cette différence ?

  6. Un signal a une fréquence de 22 kHz. Quelle est sa période, en millisecondes ?

  7. Pourquoi mesure-t-on la durée de plusieurs périodes plutôt que d'une seule ?

  8. Parmi ces affirmations, lesquelles sont exactes ? (plusieurs réponses)

    Plusieurs réponses possibles.

Les questions qu'on se pose

Comment savoir si un signal est périodique ?

Regarde si le même motif revient identique, à intervalles égaux, sur ta représentation temporelle. Si tu peux décaler la courbe d'une certaine durée et la faire se superposer à elle-même, le signal est périodique, et la plus petite durée de décalage est la période.4 Un bruit irrégulier, sans motif qui revient, n'est pas périodique.

Pourquoi la fréquence est-elle l'inverse de la période ?

La période est la durée d'un motif ; la fréquence est le nombre de motifs par unité de temps.4 Si un motif dure TT secondes, il en tient 1T\dfrac{1}{T} en une seconde. Un motif de 0,10{,}1 s tient donc 10 fois dans une seconde : f=10f=10 Hz.

Peut-on trouver la fréquence sans connaître la période ?

Oui, en comptant directement le nombre de motifs qui passent pendant une durée connue, puis en divisant par cette durée. Certains appareils, comme le fréquencemètre, le font automatiquement pour des signaux électriques périodiques simples.4 Sur un enregistrement, on passe plus souvent par la période, puis par f=1Tf=\dfrac{1}{T}.

Un son aigu est-il toujours plus fort qu'un son grave ?

Non. La hauteur dépend de la fréquence, alors que le fait d'être fort ou faible dépend du niveau d'intensité sonore, une autre caractéristique de la perception.21 Tu peux avoir un son aigu faible ou un son grave fort.

Que faut-il savoir faire à l'évaluation sur ce chapitre ?

Les attendus du programme portent sur quatre savoir-faire : lire une courbe de signal sonore, y repérer la période, en tirer la fréquence, puis rattacher la fréquence à la hauteur et la forme du signal au timbre.2 Pour t'y préparer, exerce-toi à convertir les unités, à appliquer f=1Tf=\dfrac{1}{T} et à classer deux sons du plus grave au plus aigu.

Sources

Programme visé : Programme de Seconde - Physique-chimie - Ondes et signaux · Éduscol - Ministère de l'Éducation nationale

  1. Programme de Seconde - Physique-chimie - Ondes et signaux, Éduscol - Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 9 novembre 2026.
  2. Fréquence et période des signaux périodiques, Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
  3. Perception du son et caractéristiques acoustiques, Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
  4. Fréquence, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
  5. Fréquence fondamentale, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.

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