CHAPITRE 1 : signaux sonores

Objectifs :

— Décrire le principe de l’émission d’un signal sonore et expliquer le rôle joué par le milieu matériel dans sa propagation.
— Citer une valeur approchée de la vitesse de propagation du son dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesse couramment rencontrées.
— Définir et déterminer la période et la fréquence d’un signal sonore notamment à partir de sa représentation temporelle.
— Citer les domaines de fréquence des sons audibles, des infrasons et des ultrasons.
— Relier qualitativement la fréquence à la hauteur d’un son audible. Relier qualitativement intensité sonore et niveau d’intensité sonore.
— Relier qualitativement intensité sonore et niveau d’intensité sonore.

I. Émission et propagation d'un signal sonore

Pour émettre un signal sonore, il faut faire vibrer un objet appelé émetteur.
Exemples : membrane d’un haut-parleur, cordes vocales, branches d’un diapason, cordes d’un instrument.
La propagation d’un signal sonore est due au déplacement de proche en proche d’une perturbation dû à des différence de pression dans un milieu matériel élastique. Plus le milieu est dense, meilleure est la propagation. Un son ne peux donc pas se propager dans le vide.

II. Caractéristiques d'un son

Un signal sonore périodique est constitué d’un motif élémentaire qui se répète identique à lui-même au cours du temps.
La période T (en seconde) d’un signal sonore correspond à la durée d’un motif élémentaire. La fréquence f (en hertz) d’un signal sonore correspond au nombre de motifs élémentaires par seconde.
La période et la fréquence sont reliées mathématiquement :
$$f = \frac{1}{T} \ \ ou \ \ T = \frac{1}{f}$$
Avec f en hertz (Hz) et T en seconde (s).

III. Vitesse de propagation du son

La vitesse de propagation du son dépend de la nature du milieu de propagation. Plus le milieu est dense plus la vitesse du son est importante.
On détermine la vitesse de propagation d’un son à partir de la relation suivante :
$$v = \frac{d}{\Delta t}$$
Avec v la vitesse du signal sonore (en m·s−1), d la distance parcourue par le signal sonore ( en m) et ∆t la durée du parcourt (en s).
La valeur de vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air à θ = 20 °C est environ égale à 340 m·s-1.

IV. Perception d'un son


On distingue plusieurs types de signaux sonores :
— Les infrasons (f < 20 Hz) — Les sons audibles (20 Hz ≤ f ≤ 20 kHz) — Les ultrasons (f > 20 kHz)
La hauteur d’un son correspond à la fréquence du signal sonore. Plus la fréquence est élevée, plus le son produit est aigu. A l’inverse, plus la fréquence est basse, plus le son émis est grave.
Le timbre est l’identité d’un instrument de musique ou d’une voie. Il dépend de la forme du motif élémentaire. Ainsi, deux instruments jouant la même note ne donneront pas le même son car si la période reste la même, le motif élémentaire est lui différent.
L’intensité sonore I (en W·m−2) est reliée à l’amplitude du signal sonore : plus le son est fort, plus l’amplitude est importante.
Le niveau d’intensité sonore est lié à l’intensité sonore. Il traduit en décibel le niveau sonore perçu par l’oreille. Quand l’intensité sonore double, le niveau sonore augmente de 3dB. Le niveau sonore n’augmente pas de façon linéaire. L’échelle de niveau sonore s’étend de 0 dB (seuil d’audibilité) à 140dB (douleur et dommage de l’oreille) : le niveau d’intensité sonore permet de classer les sons selon leur dangerosité.

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