Définition d'un son
Une onde sonore, ou onde mécanique est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation de la pression. En effet, il y a un phénomène de dilatation et de compression de manière périodique, qui se répète dans le temps et sur une distance.
Elle transporte de l'énergie sans pour autant transporter de la matière. Le son est une onde mécanique produite par la vibration d'un support gazeux, fluide ou solide.
On appelle le son la partie audible par l'oreille humaine du spectre sonore allant de 20Hz a 20kHz.
On appelle le son la partie audible par l'oreille humaine du spectre sonore allant de 20Hz a 20kHz.
Expérience de la corde :
L’énergie exercé par la perturbation appliqué sur une extrémité de la corde va être transmise par celle-ci pour arriver à l’autre extrémité.
L’énergie exercé par la perturbation appliqué sur une extrémité de la corde va être transmise par celle-ci pour arriver à l’autre extrémité.
Expérience du ressort :
L’énergie exercé par la perturbation appliquée sur une extrémité du ressort va être transmise par celui-ci pour arriver à l’autre extrémité par compression successive de chaque anneau du ressort.
L’énergie exercé par la perturbation appliquée sur une extrémité du ressort va être transmise par celui-ci pour arriver à l’autre extrémité par compression successive de chaque anneau du ressort.
Bien que l’énergie ait été transmise, il n’y a pas eu de déplacement de matière. En effet, le premier anneau reste dans sa position initiale, ainsi que tous les autres anneaux du ressort.
Représentation graphique d'une onde sonore
Le son est donc une variation de la pression en un point donné au cours du temps ainsi qu'une variation de la pression à un instant t en différents endroits.
Un son peut ainsi être schématisé par deux modèles :
Un son peut ainsi être schématisé par deux modèles :
Schématisation d'un son en fonction du temps Ici, la pression est exprimée en fonction du temps en un point donné. La courbe obtenue est sinusoïdale et crée une période p qui se répète au cours du temps. Schématisation d'un son en fonction de la distance Ici, la pression est exprimée en fonction de la distance en un instant t. La même courbe est obtenue, mais le phénomène se répète dans l'espace et non dans le temps. |
Une onde sonore est donc un phénomène périodique et est donc traditionnellement défini par plusieurs caractéristiques qui déterminent ses propriétés :
L’amplitude d’un phénomène périodique est l’intensité maximale atteinte à un de ses pics. Elle se note A et s’exprime dans une unité propre au contexte auquel se rapporte le phénomène périodique, généralement en décibels (dB) ou en pascals (Pa).
La période d'un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se répète. Elle se note T et s'exprime en secondes.
La fréquence d'un phénomène périodique représente le nombre de phénomènes par seconde notée f et son unité est le Hertz (Hz)
La période d'un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se répète. Elle se note T et s'exprime en secondes.
La fréquence d'un phénomène périodique représente le nombre de phénomènes par seconde notée f et son unité est le Hertz (Hz)
La longueur d’onde d’un phénomène périodique correspond à la distance parcourue en une période. Elle est couramment associée à la distance séparant deux pics. Elle se note λ ou l et s’exprime en mètres.
La fréquence et la période sont liées par le rapport suivant :
f=1/T
avec f la fréquence en Hz ;
T la période en secondes
La longueur d’onde se calcule à l’aide de la formule suivante :
λ=V.T
avec T la période en seconde ;
V la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;
λ la longueur d’onde en m
On en déduit la formule suivante liant la longueur d’onde et la fréquence de l’onde:
λ=V/f
avec f la fréquence en Hz ;
V la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;
λ la longueur d’onde en m
La fréquence et la période sont liées par le rapport suivant :
f=1/T
avec f la fréquence en Hz ;
T la période en secondes
La longueur d’onde se calcule à l’aide de la formule suivante :
λ=V.T
avec T la période en seconde ;
V la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;
λ la longueur d’onde en m
On en déduit la formule suivante liant la longueur d’onde et la fréquence de l’onde:
λ=V/f
avec f la fréquence en Hz ;
V la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;
λ la longueur d’onde en m
Différents types de sons
- Son aigu, son grave
Un son, peut être plus ou moins aigu. Cela dépend de sa fréquence. Plus la fréquence d'un son est élevée, plus celui-ci est aigu; au contraire, plus elle est faible, plus le son est grave.
Ici sont représentées sur une même échelle la variation de pression au cours du temps d’un son aigu et d’un son grave, pour une même durée ∆t (On remarque qu’un plus grand nombre de périodes fait varier la fréquence).
- Son pur, son complexe
Tous les sons présentés ci dessus ne sont que des sons dits purs. C'est-à-dire qu'ils ne sont composés que d'une seule fréquence régulière. Dans la nature, ils sont impossibles à reproduire, même si certains instruments comme le diapason tentent de s'en rapprocher. Le diapason émet généralement une onde, dont la fréquence se rapproche au plus possible de 440 Hz (le LA musical).
En réalité, un son est composé de plusieurs fréquences qui s'additionnent entres elles pour former le son final. Le son ainsi obtenu est appelé son complexe.
Ce schéma représente un son complexe formé par l’addition de trois sons purs dont les fréquences sont différentes.
En réalité, un son est composé de plusieurs fréquences qui s'additionnent entres elles pour former le son final. Le son ainsi obtenu est appelé son complexe.
Ce schéma représente un son complexe formé par l’addition de trois sons purs dont les fréquences sont différentes.
La pression du son complexe est la somme des pressions de chacun des sons purs.
Durant les expériences que nous avons réaliser nous avons pu observé des sons purs et des sons complexes :
Durant les expériences que nous avons réaliser nous avons pu observé des sons purs et des sons complexes :
Mesure réaliser lors de l'émission d'une onde sonore par un haut parleur dans l'air. Nous pouvons constater que l'onde sonore émise par le haut parleur est un son pur. En effet l'onde observé est sinusoïdale et a une période fixe. Mesure réaliser dans l'eau lors d'un choc contre la paroi d'un aquarium. Nous pouvons constater que l'onde sonore émise par le choque contre la paroi de l'aquarium est un son complexe. En effet ce son est un bruit, nous ne pouvons donc pas identifier la fréquence caractéristique de cette onde. |
La différence entre un son agréable et un bruit se situe dans les harmoniques qui les composent. En effet, pour un son agréable, la fréquence des harmoniques est un multiple de celle de la fondamentale. À l’inverse, les fréquences des harmoniques d’un bruit ne sont pas liées à celle de la fondamentale.
Un son est généralement composé d’une onde fondamentale, que l’on entend le plus, et d’harmoniques. Celles-ci sont moins présentes lors de l'écoute, mais leur addition avec la fondamentale forme le timbre du son final, et permet de différencier les voix de deux personnes ou le son de deux instruments différents par exemple.