Le Son

Propagation du Son

Le son nécessite un milieu matériel pour se propager, avec des particules.
Dans le vide, il n’y a pas de propagation sonore car il n’y a rien à faire vibrer.
Les scènes d’explosions avec un son énorme dans l’espace au cinéma sont impossibles, car l’espace est un vide et donc il n’y a pas de son.

Pour créer un son, il faut différents éléments.
Un haut-parleur fonctionne avec une bobine mobile et un aimant fixe.
- Un courant alternatif dans la bobine crée un mouvement de va-et-vient.
- Ce mouvement fait vibrer une membrane, produisant un son.
- Les écouteurs utilisent le même principe mais avec une membrane plus petite et miniaturisée.

Les molécules d’air en mouvement créent une onde sonore.
L’onde sonore est un mouvement ordonné de particules avec une périodicité spatiale.
La longueur d’onde (λ) est la distance sur laquelle la vibration se reproduit dans l’espace.
Le mouvement aléatoire des particules est appelé mouvement brownien.

La vitesse du son dépend du milieu dans lequel il se propage.
- Dans l’air, elle est d’environ 330 m/s.
- Dans l’eau, elle est d’environ 1500 m/s.
- Dans un matériau comme le métal, elle est d’environ 5000 m/s.
Le son se propage plus rapidement dans les matériaux denses.
Un signal sonore périodique est à la base de la musique.

Un microphone fonctionne à l’inverse d’un haut-parleur.
Une membrane vibre sous l’effet des ondes sonores et convertit cette vibration en un signal électrique variable.

Les sons peuvent avoir la même fréquence et la même hauteur.
La fréquence est le nombre de fois qu’un motif se répète par seconde, mesurée en Hertz (Hz).
La hauteur d’une note est liée à sa fréquence.
- Une note aiguë a une haute fréquence, tandis qu’une note grave a une basse fréquence.
Les fréquences audibles pour l’oreille humaine se situent entre 20 Hz et 20 kHz.

Un son pur est un son avec une seule fréquence, comme celui d’un diapason.
- Le son pur a une forme sinusoïdale.
Un son complexe est composé de plusieurs fréquences, comme celui d’une guitare.
Le son complexe est composé d’une fréquence fondamentale et d’harmoniques.

L’intensité sonore est la puissance d’un son, mesurée en watt par mètre carré (W/m²).
Une échelle en décibel (dB) est utilisée pour mesurer le niveau d’intensité sonore.
L’échelle des décibels est une échelle logarithmique.
Une augmentation de 10 dB correspond à une multiplication par 10 de l’intensité sonore.
Une augmentation de 3 dB correspond à une multiplication par 2 de l’intensité sonore.
L’oreille humaine est très sensible, capable de détecter des intensités sonores très faibles (10^-12 W/m²).
Les sons trop intenses peuvent causer des dommages irréversibles à l’audition.

L’analyse de Fourrier permet de décomposer un signal sonore en ses différentes fréquences.
Pour un son pur, l’analyse de Fourrier montre un seul pic à la fréquence du son.
Pour un son complexe, l’analyse de Fourrier montre plusieurs pics aux différentes fréquences harmoniques.

Les instruments de musique sont classés en familles, avec différentes manières de produire des sons..
- Cordes (vibration de cordes) : guitare, violon.
- Bois et cuivres (souffle dans un tuyau) : flûte, clarinette.
- Percussions (taper sur des lames, des peaux tendues ou des symboles): xylophone, tambours, cymbales.

En TP, on peut observer le son d’un diapason et d’une guitare.
On peut modéliser la période et la fréquence d’un signal sonore.
On peut calculer la fréquence avec la formule : F = 1/T (où T est la période).
On a mesuré une fréquence d’environ 450 Hz pour un la 3.
En divisant par deux la longueur d’une corde, la fréquence double et on obtient la même note à l’octave supérieure.