Après avoir expérimenté le Yaourtophone avec mes élèves, j’ai souhaité poursuivre l’aventure scientifique avec ce montage. Il a le mérite d’être ultra simple et amusant.
En effleurant un pot avec un doigt, ou encore mieux en plaçant un capteur piézoélectrique, on perçoit les vibrations longitudinales (Voir mon article pour davantage de détails).
Et pour les vibrations transversales ? C’est l’étonnement des élèves quand certains grattaient la corde du fil bien tendue entre les pots et leurs remarques pertinentes de la relation avec un instrument de musique que m’est venu l’idée du Guitayourt 😉
Brancher un casque ou un haut-parleur pour les vidéos qui suivent, c’est mieux 😉
Une présentation qualitative des vibrations :
Avec un oscilloscope ou du matériel d’Exao, la partie électronique du montage permet de « visualiser » les oscillations et faire des mesures :
La première courbe, avec un calibrage sur 200 ms/div, montre l’enveloppe des oscillations. On peut alors discuter de sa forme, de sa durée, de l’attaque, …
La deuxième courbe, avec un calibrage sur 50 ms/div, présente la forme des oscillations, leur nature périodique, … La mesure de période est alors envisageable. En réduisant le calibrage, on gagne, bien sûr, en précision.
Le choix d’une Del rouge est purement pédagogique. Une Del infrarouge aurait été plus efficace mais pour les élèves je pense que c’est plus « visuel ».
On peut imaginer, en complément, un T.P. pour les élèves avec un microcontrôleur afin de mesurer la période des oscillations (Je suis en train d’y travailler).
À quoi ça sert ?
- À montrer le principe de fonctionnement d’un instrument de musique
- À observer les vibrations sonores
- À parler des sons graves et aigus.
- À aborder les notions de périodes et fréquences
- À mesurer des périodes
- À calculer des fréquences
- …
Matériels nécessaires
2 pots de yaourt et un fil sont peut être suffisants pour aborder très succinctement ces notions. Le cout est donc quasiment nul, ici. Mais il faut tenir les pots, le fil est plus ou moins tendu …
Pour une analyse plus fiable, il faut construire un petit montage. La construction est simple mais nécessite quelques explications. J’ai donc écris un article dédié à sa fabrication.
Réglages et précautions
- Choisir un fil assez fin et marquer une distance de 37 cm entre deux points. Ce sera la position des nœuds. Percer bien au centre les pots puis faire passer le fil. Faire un nœuds aux extrémités en respectant au mieux la distance. Les pots doivent se positionner sur la tige facilement et le fil doit être à peine tendu.
- Pour « gratter » la corde, il faut maintenir la tige avec un doigt vers son centre, on évite ainsi les vibrations du socle. Gratter aussi modérément, là encore les vibrations parasites seront moins nombreuses.
- Marquer la tige permet de mieux se rendre compte du niveau de serrage. De la position de départ, on peut tracer un trait tous les 5 mm, par exemple :
- Quand on dévisse pour détendre la corde, il faut penser à appuyer sur la molette. En effet, la corde tendue arcboute le support et le coince comme dans un serre-joint :
- Pour pincer le fil, serrer avec la vis du bas afin de stabiliser le support. Avec la molette du haut, vous coincez le fil. Si celui-ci n’est pas à la bonne hauteur c’est que les pots sont mal insérés dans leur support ou alors les trous au fond des pots n’étaient pas bien centrer.
- Quand le capteur est en place, il suffit de placer son doigt dessus pour stabiliser le montage :
- Le phototransistor étant sensible à la lumière, principalement aux infrarouges, l’environnement lumineux est donc important.
Ne pas être sous un rayon de Soleil ou un éclairage de plafond très puissant ! Le petit cache noir permet de limiter l’influence des lumières parasites mais ce n’est pas parfait.
Certes un boitier davantage fermé serait plus performant mais le montage en deviendrait plus compliqué et les élèves distingueraient moins le capteur … c’est donc une question de compromis. Ici, je ne cherche pas une courbe parfaite mais surtout montrer les oscillations.
- Avec un oscilloscope ou du matériel d’Exao, jauger l’amplitude des oscillations en faisant passer la corde plusieurs fois devant le capteur avec de grandes amplitudes. Vous devriez obtenir à peu près la même amplitude mais selon la « pollution » lumineuse la moyenne peut nettement varier.
- Ne toucher plus à la corde, et avec la molette positionner le capteur avec précision de façon à obtenir la tension moyenne. ( Ici aux environs de 1V).
Ainsi, la courbe obtenue sera symétrique comme sur la deuxième vidéo à condition de « gratter » le fil de façon modéré (voir plus haut). Si ces conditions ne sont pas respectées un écrêtage sera visible.
Combien ça coute ?
Le montage est simple et n’a vraiment rien d’original mais je pense qu’il a surtout l’avantage d’être peu cher : un peu plus de 10 euros . Et surtout, il est facile à utiliser et fiable.
Mon article sur la fabrication donne tous les détails.
Exploitations possibles avec les élèves
Les activités possibles sont évidentes avec la mise en relation de la guitare.
Je proposerai un document pédagogique dès que je pourrais le tester avec les élèves.
Expérience assistée par l’Arduino
Les objectifs sont multiples :
- Montrer que l’informatique/électronique permet de réaliser des mesures qui ne sont pas accessibles à notre échelle.
- Montrer qu’une expérience nécessite des réglages.
- Réaliser une série de mesures et savoir éliminer les valeurs très éloignées.
- Calculer une moyenne de résultats pour avoir une valeur réaliste mais entachée d’incertitude.
- Mesurer une période / Calculer une fréquence.
- Confirmer ou infirmer ses impressions (sons graves ou aigus).
- …
Matériels nécessaires :
La fabrication, la préparation et les logiciels sont détaillés dans la partie « fabrication » (vers la fin) afin d’alléger cet article.
- Un microcontrôleur : plus spécifiquement une carte Arduino avec le câble adéquat.
- Le module à fabriquer.
- Le Guitayourt avec son capteur.
Document pédagogique
En cours d’élaboration…
Exemple de mesures :
Seule la partie supérieure correspond à la partie « logiciel ».
La vidéo insérée en bas montre les actions menées pendant la prise de mesures. Vous pouvez mettre la vidéo en plein écran pour mieux distinguer le texte.
Il est évident que le « logiciel » pourrait indiquer la moyenne directement ainsi que la fréquence mais ce serait dommage pédagogiquement. C’est le travail à réaliser par les élèves et c’est aussi un prolongement envisageable : comment améliorer le programme ?