III.011Environnements conceptuels du TP3

Le TP3 approfondit la mise en relation du champ sonore (domaine de la perception) et du champ mécanique de la vibration (domaine du modèle physique); pour ce faire, la vibration est étudiée par l’intermédiaire de la tension électrique qui la génère via le haut-parleur.

Le TP2 a dû préparer les élèves à cette démarche de mise en relation. Il a dû donner aux élèves les moyens de comprendre ou de se représenter des phénomènes invisibles :modèle microscopique de la propagation, ou inobservables parce que trop rapides : stroboscopie.

Dans ce TP3, l’observation de la tension délivrée par le GBF au HP est un moyen d’accéder aux caractéristiques physiques -amplitude, fréquence- de la vibration de l’émetteur, celles-ci n’étant pas observables directement; on donne ici aux élèves l’occasion de réinvestir utilement leurs connaissances du cours d’électricité pour la découverte d’un nouveau domaine (la mécanique), tout en reliant ce domaine à celui de la perception sonore. Il est essentiel que les élèves puissent établir les liens entre la fréquence et de l’amplitude, et la perception sonore. Il est également essentiel qu’ils établissent des liens entre les diverses représentations de la fréquence et de l’amplitude (indications sur le GBF, graphes sur l’oscilloscope), et la perception sonore.

On voit là la complexité des connaissances à apprendre pour les élèves. L’explicitation de ces liens est nécessaire pour l’apprentissage, en particulier quand on connaît les risques de confusion voire de fusion entre l’action sur un appareil électrique et la perception sonore associée (fusion véhiculée par exemple par des expressions du type ’augmenter le son’), ou la facilité à traiter les grandeurs physiques comme fréquence et amplitude pour elles-mêmes sans lien avec la perception ou le comportement du milieu matériel.

La première activité de sensibilisation présentée comme un rappel va plus loin qu’au TP1 dans la mesure ou on insiste, au moment de l’expérience, sur l’action au niveau du GBF et que l’on questionne à propos du HP et de la perception sonore; on veut donc aider l’élève à construire une relation entre des trois domaines (électrique, mécanique, son) alors qu’au TP1, on se contentait de ’montrer’ la membrane sans insister sur les actions consistant à faire varier l’amplitude et la fréquence de la tension.

L’activité avec l’oscillo renforce cette approche: la mise en relation électricité - phénomène sonore est favorisée mais la tension électrique n’est cependant toujours qu’un outil car la conclusion de l’activité met en relation le phénomène sonore et la vibration de l’émetteur:

hauteur d’un son (caractère aigu/grave) ←→ fréquence de vibration

volume d’un son (caractère fort/faible) ←→ amplitude de vibration

Le microphone est introduit comme élément récepteur d’une chaîne sonore et comme outil pour ’traduire’ le son en un point de l’espace; son principe de fonctionnement, inverse de celui du HP sera d’autant mieux accepté que les mises en relation précédentes auront été satisfaisantes pour les élèves.

Les dernières activités mettent en oeuvre les moyens précédents pour accéder à l’objectif de connaissance :

le phénomène du son est associé à une vibration caractérisée par sa période (ou sa fréquence) et son amplitude. La propagation peut modifier l’amplitude mais non la fréquence.