Le son qui voyage
1. Émettre et propager un son
Comment un son est-il produit ?
Un son est produit par la vibration d'un objet : une corde, une membrane, nos cordes vocales. Cette vibration met les molécules d'air en mouvement, et le son se propage de proche en proche.
L'objet frappé vibre et crée une zone où les molécules d'air se resserrent (compression), puis s'écartent (dépression). Cette zone se propage dans l'air. C'est le son.
Une caisse de résonance amplifie le son et le rend plus fort. C'est en partie parce que la caisse a une plus grande surface que l'objet qui vibre. Cette grande surface fait vibrer davantage l'air.
De quoi un son a-t-il besoin pour se propager ?
Pour se propager, un son a besoin d'un milieu matériel : l'air, l'eau ou un solide.
Dans le vide, un son ne se propage pas, car il n'y a pas de matière.
Exemple : dans l'espace, aucune explosion ne s'entend, car il n'y a pas d'air.
2. La vitesse du son
À quelle vitesse le son se propage-t-il ?
Dans l'air, le son se propage à environ 340 m.s⁻¹.
Le son se propage plus vite dans l'eau et dans les solides que dans l'air.
On calcule une vitesse avec la relation :
- v : vitesse du son (en m.s⁻¹) ;
- d : distance parcourue (en m) ;
- Δt : durée du trajet (en s).
Exemple : pendant un orage, on compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre pour estimer à quelle distance se trouve l'orage.
Qu'est-ce qu'un écho ?
Quand un son rencontre un mur ou une falaise, il se réfléchit et revient vers toi. Ce son qui revient s'appelle l'écho.
Le son fait alors un aller-retour. Il parcourt deux fois la distance d entre toi et l'obstacle. La distance d vaut donc la moitié de la distance parcourue par le son :
- Δt : durée entre l'émission du son et le retour de l'écho (en s).
Exemple : un sonar envoie des ultrasons vers le fond de la mer et mesure la durée de leur aller-retour. Il en déduit la profondeur.
3. Le signal sonore périodique
Qu'est-ce qu'un signal périodique ?
Un signal sonore est périodique lorsqu'il se répète à l'identique au cours du temps.
La durée d'un motif qui se répète s'appelle la période. Elle se note T et se mesure en secondes (s).
La fréquence f est le nombre de motifs par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz).
Signal périodique : la période T est la durée d'un motif qui se répète
Période et fréquence sont liées par :
- f : fréquence (en Hz) ;
- T : période (en s).
4. La hauteur et le timbre
De quoi dépend la hauteur d'un son ?
La hauteur d'un son (grave ou aigu) dépend de sa fréquence.
Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu. Plus la fréquence est petite, plus le son est grave.
Un son grave a une fréquence faible, un son aigu a une fréquence élevée
Qu'est-ce que le timbre ?
Deux sons de même hauteur se distinguent par la forme de leur signal. C'est ce qu'on appelle le timbre.
Un son pur correspond à une seule sinusoïde. Un son composé a une forme plus riche.
Un son pur est une sinusoïde simple ; un son composé a une forme plus riche
Exemple : une guitare et un piano qui jouent la même note ne sonnent pas pareil. Les deux sons ont la même hauteur, mais un timbre différent.
5. Sons audibles, infrasons et ultrasons
Quels sons l'oreille humaine perçoit-elle ?
L'oreille humaine perçoit les sons de 20 Hz à 20 000 Hz.
| Domaine | Fréquences | Un exemple |
|---|---|---|
| Infrasons | f < 20 Hz | séismes, éléphants, baleines |
| Sons audibles | de 20 à 20 000 Hz | voix, musique |
| Ultrasons | f > 20 000 Hz | chauves-souris, échographie, sonar |
6. L'intensité et le niveau sonore
Qu'est-ce qui rend un son fort ?
Plus l'amplitude du signal est grande, plus le son est fort. On dit alors que l'intensité sonore est grande.
Pour une même fréquence, une grande amplitude donne un son plus fort
Comment mesure-t-on le niveau sonore ?
Le niveau sonore se mesure en décibels (dB).
L'échelle des décibels est particulière, car chaque fois qu'on ajoute 10 dB, l'intensité du son est multipliée par 10.
⚠️ Attention : au-delà d'environ 85 dB, une exposition prolongée abîme l'oreille, et les dégâts sont irréversibles.
À RETENIR : un son est une vibration qui se propage dans un milieu matériel. On le décrit par sa hauteur, son timbre et son intensité. Il faut surveiller cette intensité pour protéger ses oreilles.