Un son est créé par la vibration rapide d’un objet. Cette vibration est souvent d’amplitude micrométrique à millimétrique et provoque des sons de faible intensité.
Pour résoudre ce problème, beaucoup d’instruments et d’êtres vivants sont dotés
d’une caisse de résonance qui amplifie et sélectionne les sons.
B
La propagation du son
Un son est produit par une source. Entre cette source et l’oreille, il y a propagation du son.
La vibration initiale est transmise de proche en proche au niveau microscopique (entre molécules ou entre atomes), sans que l’objet qui vibre ne se déplace lui-même.
Un signal sonore est un phénomène de déplacement d’une perturbation de proche en proche dans un milieu matériel et sans transport de matière.
L’onde sonore nécessite un milieu de propagation pour se déplacer (air, bois, eau, etc.).
C
Vitesse de propagation du son : la célérité
Dans un milieu donné, le son se propage avec une vitesse caractéristique appelée célérité.
La célérité dépend de la nature du milieu et de la température. Dans l’air, vers 20 °C, la célérité du son est voisine de 340 m⋅s-1.
Milieu
Air
Eau liquide
Verre
Acier
v (m⋅s-1)
340
1 500
5 300
5 800
2
Des sons particuliers : les sons périodiques
A
« Voir » un son
Un signal sonore peut être transformé en signal électrique à l'aide d’un microphone. Une fois converti, ce signal est visualisable sous la forme d’un graphique.
Les tensions observées sont proportionnelles à l’intensité de l’onde sonore.
B
Période et fréquence d’un son
La période d’un signal périodique est la durée du plus court « motif » qui se répète identique à lui-même, exprimée en seconde (s).
La fréquencef du son représente le nombre de périodes de ce signal par seconde. Elle se calcule par f=T1 et s’exprime en hertz (Hz) si T est en seconde (s).
C
Hauteur d’un son, timbre
Un son de fréquence élevée donne un son aigu, une fréquence basse donne un son grave : la fréquence définit la hauteur d’un son.
En musique, des sons de même hauteur représentent la même note : deux instruments qui jouent la même note, ils sont différentiables car leur timbre est différent.
Le timbre d’un son est l’ensemble des caractéristiques du signal permettant de distinguer ce son d’un autre son de même hauteur.
3
Le son et l'oreille
A
Le domaine des fréquences audibles
L’oreille humaine ne perçoit que certaines fréquences sonores, comprises entre
20 Hz et 20 kHz (variable en fonction de l'individu et réduction du domaine avec l'âge)
En deçà de 20 Hz, on se situe dans le domaine des infrasons.
Au-delà de 20 kHz, il s’agit d’ultrasons.
B
Intensité et niveau sonores
Un son est deux fois plus intense si la source sonore vibre avec une amplitude deux fois plus grande. Pourtant, il ne sera pas perçu deux fois plus fort par l’oreille qui ne réagit pas proportionnellement à l’intensité I de l’onde sonore.
Pour modéliser cette réalité, on définit le niveau d’intensité sonore
L, exprimé en décibel (dB), qui n’est pas proportionnel à l’amplitude et peut être mesuré grâce à un sonomètre.
C
Perception des sons par l’oreille
L’onde sonore peut représenter un danger pour l’oreille si son
niveau d’intensité sonore est trop élevé.
Le niveau 0 dB est le niveau en dessous duquel une oreille moyenne ne détectera pas le son.
Une échelle de niveau sonore précise les conséquences de l’exposition de l’oreille à des sons de différentes intensités.