1- Qu'est ce qu'un son ?
Un son est une forme d’ondes sonores produites par la vibration mécanique* d’un fluide** (eau, gaz, air) avec un transport d'énergie sans transport de matière. Le son implique l'existence de trois éléments : une source à l’origine d’un son, un milieu de propagation et un récepteur pour capter les ondes sonores comme une oreille ou un micro.
La source à l’origine d’un son est une vibration d'un mouvement d’un corps, une corde de guitare par exemple.
La création d’un son se fait par la déformation du fluide traversé permettant au son de se propager sous forme d’ondes longitudinales***. Ce phénomène physique se nomme la vibration mécanique d’un fluide.
Ainsi lorsque qu’un son est produit, les molécules se compressent (compression) avant de se détendre (la dépression). Elles s'entrechoquent ce qui crée un mouvement qui est transmis de molécule en molécule.
Schéma des molécules d’air en interaction
Schéma récapitulatif de la propagation du son
Ce schéma nous récapitule les étapes de la propagation du son (émetteur, propagation et récepteur).
2 - Evolution du son dans des milieux de propagation
Le son a besoin d’un milieu de propagation comme l’air ou l’eau... En effet, le son étant composé d’ondes mécaniques périodiques****, sa célérité varie en fonction des milieux traversés.
La densité des matériaux influence la vitesse du son. La densité dépend aussi de la température, de la pression et de la compressibilité du matériau. En effet plus un matériau est froid et dur, plus la vitesse du son est importante.
Sur le tableau ci-dessus nous voyons que le son se propage à 1460 m/s dans de l’eau douce (liquide) tandis que dans un solide comme le verre le son se propage à 5500 m/s.
Nous pouvons aussi remarquer dans le tableau que le son se propage 15 fois plus rapidement dans un solide que dans l’air, du fait de la forme serrée des molécules.
La vitesse des ondes mécaniques se calcule par V= d/t :
- V est la vitesse en m/s ;
- d est la distance en mètre ;
- t est le temps en seconde.
Par contre, un son ne peut être émis dans le vide car il n'y a aucune molécule dans le vide donc aucun fluide pour faire une vibration mécanique, nous en avons fait l'expérience avec un réveil mis sous vide.
Expérience du réveil (ici nous avons repris une vidéo sur internet)
Le saviez-vous ?
Phénomène de l'impédance
Parfois un son peut avoir des difficultés à traverser d'un milieu à un autre. En effet, chaque milieu possède une résistance plus ou moins grande, c‘est l’impédance.
Exemple : à la plage, si vous avez la tête sous l'eau, vous n'entendrez pas la personne qui parle à côté de vous. Par contre, vous entendrez parfaitement les sons émis dans l'eau, comme le moteur d'un bateau qui passe à 100 mètres de vous !
3 - Caractéristiques d’un son
On classe les sons par rapport à leurs fréquences, leurs timbres, et leurs intensités.
*Fréquences
Les ondes sonores possèdent toutes des fréquences différentes. Une fréquence est le nombre de période d’un son en une seconde. Celle-ci se mesure en hertz notée Hz. Une période est la distance entre deux maximas***** successifs de la courbe.
Une fréquence se calcule par la formule : F= 1/T
F est la fréquence en hertz (Hz)
T est le temps en seconde (s)
Une fréquence définit aussi la hauteur d’un son, soit : les sons graves et aigus.
Plus la fréquence est grande, plus un son est aigu.
Exemple de son aigu
Plus un son est grave, plus la fréquence est petite.
Exemple de son grave
*Intensité
L’intensité d’un son permet de distinguer un son “faible" d’un son “fort”. L’intensité d’un son est liée à l’amplitude d’une onde sonore. L’amplitude d'un son est définie par une énergie créée par la vibration de ce son. L’intensité s’exprime en décibel (dB).
Plus l’amplitude est grande,, plus le son est “fort”.
Exemple d’un son “fort”
Plus l’amplitude est basse, plus le son est “faible".
Exemple d’un son “faible “
Le document ci dessous montre une échelle d’intensité sonore ou les différents seuils de danger pour l'ouïe sont mis en évidence.
L'appareil de mesure de l'intensité sonore s’appelle un sonomètre.
*Timbre
On parle de timbre quand on a deux sons qui possèdent la même fréquence et la même intensité .Seule la forme de l’onde change. A la perception le son est différent.
Sur ce schéma, les deux courbes ont la même intensité (dB), la même fréquence (Hz)
mais la forme de la courbe a) n’est pas identique à celle de la courbe b).
Schéma de deux courbes représentant un timbre différent.
4 - Les différents types de son
Il existe deux types de sons : les sons purs et les sons complexes.
Un son pur est une onde sonore qui possède une seule fréquence et un mouvement vibratoire simple : la sinusoïde.
Avec les instruments de musique, le son émis est pur. Dans le langage courant on parle aussi de son simple.
Exemple d’un son pur
Ce graphique montre un son pur (ou son simple). Nous constatons que son amplitude et son intensité sont régulières.
Un son complexe est composé de plusieurs sons purs avec des fréquences et des amplitudes différentes. Une onde sonore est périodique mais non sinusoïdale.
Exemple d’un son complexe
Sur ce graphique nous constatons des variations de la fréquence et des amplitudes.
Le son est avant tout une onde mécanique complexe qui dépend de plusieurs facteurs pour être créée.
C’est grâce à ce son que va naître la musique.
GLOSSAIRE
*Vibration mécanique : mouvement d ‘oscillation mécanique autour de sa position d'équilibre
**Un fluide : Milieu dont les molécules ont peu d ‘adhésion pouvant se déformer sans effort et qui ne possède pas de forme propre. L’air, le gaz sont des fluides
***Onde longitudinale : type d‘onde se caractérisant par son déplacement sous forme de compression et de dépression dans le sens de propagation d ‘onde
****Onde mécanique périodique : Une perturbation qui se propage dans toutes les directions .Une onde périodique est une onde qui se répète dans le temps et l’espace
*****Maxima : Point culminant d’une courbe
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