Comprendre comment un son est produit, comment il se propage et quelles caractéristiques permettent à l’oreille de le percevoir.
Signal sonorePériodeFréquencePerception
01Identifier un émetteur et un récepteur sonore.
02Calculer une célérité, une période ou une fréquence.
03Relier fréquence, hauteur, timbre et niveau sonore.
Partie 1
Émission et propagation d’un signal sonore
Émettre un son, c’est mettre en vibration un objet appelé émetteur sonore. Une caisse de résonance peut transmettre ces vibrations à un plus grand volume d’air et amplifier le son.
ÉmetteurUne corde, une membrane ou des cordes vocales vibrent.
→
Milieu matérielLa perturbation se transmet de proche en proche.
→
RécepteurLe tympan ou un microphone détecte la vibration.
Un milieu matériel est indispensable
Le son a besoin d’un milieu matériel élastique — gaz, liquide ou solide — capable de se déformer. Il ne se propage pas dans le vide. Les zones de compression et de dilatation avancent dans le milieu sans transport global de matière.
GazPropagation la plus lente
LiquidesPropagation plus rapide
SolidesPropagation généralement la plus rapide
Vitesse de propagation
La célérité dépend de la nature et de l’état physique du milieu. Elle se calcule à partir de la distance parcourue d et de la durée de propagation Δt.
v = dΔtv en m·s⁻¹ · d en m · Δt en s
Dans l’air à environ 20 °C, la vitesse du son vaut approximativement 340 m·s⁻¹.
Pour aller plus loin : une explication illustrée de la propagation du son.
Un signal est périodique lorsqu’un même motif élémentaire se répète à intervalles de temps réguliers. La période T est la durée d’un motif.
La période se mesure entre deux points identiques consécutifs du signal.
La fréquence f représente le nombre de motifs élémentaires par seconde. Son unité est le hertz (Hz), équivalent à s⁻¹.
f = 1T et T = 1fT en secondes · f en hertz
Exemple : si T = 2,0 ms = 2,0 × 10⁻³ s, alors f = 1 / T = 500 Hz.
Partie 3
Perception d’un son
Pour une oreille humaine jeune et en bonne santé, un signal est généralement audible lorsque sa fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Infrasons < 20 Hz
Domaine audible 20 Hz à 20 kHz
Ultrasons > 20 kHz
Hauteur et timbre
La hauteur
Elle dépend de la fréquence fondamentale. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu ; plus elle est faible, plus il est grave.
Le timbre
Il dépend de la forme du signal et de ses harmoniques. Il permet de distinguer deux instruments jouant la même note.
Intensité et niveau sonore
L’intensité sonore I, exprimée en W·m⁻², augmente avec l’amplitude du signal. Le niveau d’intensité sonore L s’exprime en décibels (dB) et se mesure avec un sonomètre.
30 dBBibliothèque
60 dBConversation
85 dBRisque prolongé
120 dBSeuil de douleur
Protéger son audition : le danger dépend du niveau sonore mais aussi de la durée d’exposition et de la distance à la source. S’éloigner, réduire le volume et porter des protections limite les risques.
Pour aller plus loin : le mécanisme du son expliqué en vidéo.