I) Le Son et ses caractèristiques

LE SON

     

1) Définiton

 

Le son provient de la vibration de molécules ou d'atomes entre eux / elles. En science on appel l'étude d'un son une acoustique.

Le son est une onde mécanique qui se propage dans un milieu élastique, c'est-à-dire un milieu déformable par une contrainte mécanique, une force qui reprend sa forme initiale lorsque cette force disparaît.

Il est donc capable de se propager lorsqu'il y a un support matériel (liquide, solide, fluide ou gazeux) et ne peut se propager dans le vide car aucunes déformation peut avoir lieu.

Il est créé par une onde de compression longitudinale, c'est-à-dire qu'il se propage dans le même sens que l'onde.

Une compression longitudinale c'est le résultat de la compression ainsi que la dilatation des molécules du support matériel.

Cette oscillation est le résultat de deux cas :

La force de rappel : Si une molécule bouge, elle bouscule sa voisine qui elle même va bousculer sa voisine et ainsi de suite.

Inertie : Le milieu matériel freine le mouvement des molécules jusqu'à que celles-ci soient immobiles.

 


2)Vitesse du son

 

La vitesse du son correspond à la vitesse à laquelle se déplace les ondes sonores. Le son se déplace à une vitesse finie : la vitesse dépend de la densité du support, de la pression ainsi que de la température. Cependant, le principal facteur de la variation de la vitesse du son est la densité du milieu qu'elle traverse.

La mesure de la vitesse du son peut être utilisée à des fins professionels : On détermine la qualité d'un béton grâce à celle-ci : plus la vitesse du son sera rapide moins béton contiendra de l'air. 

 

Quelques exemples de vitesse dans des milieux différents :

Dans l'eau : 1480 m/s

Dans le béton : 3100 m/s

Dans le verre ( fenêtre ) : 5300 m/s

Dans l'air : 343 m.s-1

La vitesse du son est donc plus faible lorsque celui-ci se déplace dans un gaz.

 

Quelques exemples vitesse dans l'aire à des températures différentes :

-10°C : 325 m/s

+20°C : 340 m/s

+30°C : 350 m/s

On peut alors constater que plus la température est élevée, plus la vitesse du son augmente.

 

3)Fréquence

 

Elle se mesure en Hertz (Hz).

Sa formule :  f = 1/T avec T en seconde

Plus la fréquence est élevée, plus le son est aiguë donc les ondes rapprochées. (voir expériences)

Plus la fréquence est faible, plus le son est grave donc les ondes éloignées. (voir expériences)

L'oreille humaine est capable d'entendre entre 20 Hertz et 20 kHertz.

En deçà de 20 Hertz, on appel le son infrason

Au dessus de 20 kHertz On l'appel ultrason.

Cependant ces limites ne sont pas totalement exactes, car elles diffèrent pour chaque individus, et dépendent également de l'âge de l'individus.

 

4)Intensité

     

L'intensité du son est également appelé volume, permet de différencier un son fort d'un son faible.

L'intensité d'un son dépend de l'amplitude de vibration d'une onde. L'amplitude se mesure en Watt/m2, et son échelle en décibel ; 0decibel (dB) = 10E-12 Watt/m2.

Plus la vibration est grande, plus le choc des molécules entre elles est important.

Le seuil de douleur est de 130 dB mais cela n'empêche pas l'oreille de subir des dommages à partir de 80-90 dB.

 

5)Le timbre

Le timbre représente la couleur du son. Celle-ci est différente pour chaque source sonore et également pour l'oreille : deux sons peuvent être perçus à la même fréquence mais peuvent posséder un timbre différent. Il est très difficile de déterminer ce qu'est le timbre. On peut néanmoins dire ce qu'il n'est pas. Vers le milieu XXe S et plus précisément vers 1940, des instruments d'analyse du son comme le sonagraphe, à permit une étude du son plus précise notamment en partiel et en harmonique.

 

Quelques experiences pour confirmer et pour comprendre :

 

Matériel utilisé:

Un GBF: Générateur basse fréquence



Un sonomètre

 


Un micro

 


Un Haut-Parleur

 

 

 

Un ordinateur équipé du logiciel cassylab et de sa plateforme

     

 

 

 

 

Première experience : Les fréquences sont différentes :

744Hz

 

 

 

1400Hz

On remarque que plus la fréquence est élevée, plus la période  est courte.

 

Deuxième éxperience : Les décibels sont différents mais la fréquence est la même 615 Htz

 

76 dB

 

 

68,2 dB

 

On remarque que plus les décibels augmentent plus l'amplitude est élevée.

 

Troisième experience : On a comparé différents sons : une voix, deux instruments de musique, une salle vide   

 

Guitare 744 dB

 

 


Flute 82 dB

 

Lorsque les instruments sont différents, les signaux le sont également


Voix


Aucun de ces sons sont purs car leur courbe n'est pas sinusoïdale. En revanche, elle est périodique.

 


Salle vide ( 55 Hz )

 

 

Même une salle vide possède des vibrations.

 

 

Conclusion :

*Plus le niveau sonore est élevé, plus l'amplitude du signal est élevée.


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