Hoja de repaso: Émission et perception d’un son

📋 Plan du Cours

1. Création d’un signal sonore
2. Propagation et vitesse du son
3. Signaux sonores périodiques
4. Période et fréquence
5. Fréquences audibles et hauteur
6. Timbre, intensité et niveau sonore

📖 1. Création d’un signal sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal sonore : Créé par la vibration rapide d’un objet.

📝 Points essentiels

• Les cordes d’une guitare, les ailes d’un insecte, la membrane d’un haut-parleur et les cordes vocales peuvent produire un signal sonore par vibration.

• Une caisse de résonance permet d’amplifier le signal sonore produit par une vibration.

💡 Astuce mémo

Vibration → son → résonance

📖 2. Propagation et vitesse du son

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Un signal sonore a besoin d’un milieu matériel, comme l’air, l’eau ou un solide, pour se propager et ne peut pas se propager dans le vide.

🔄 Processus — Dans l’air, un signal sonore se propage sous la forme d’une succession de compressions et de dilatations des molécules d’air.

📐 Formule — La vitesse de propagation vérifie v = d/Δt, d = v × Δt et Δt = d/v, avec v en m·s⁻¹, d en mètre et Δt en seconde.

• À température ambiante, la vitesse du son est de 340 m·s⁻¹ dans l’air, d’environ 1 500 m·s⁻¹ dans l’eau et d’environ 5 800 m·s⁻¹ dans l’acier.

Compléments

• Un signal sonore parcourant 100 m dans l’air met environ 0,294 s, car Δt = 100/340.

💡 Astuce mémo

Milieu matériel, puis vitesse

📖 3. Signaux sonores périodiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal périodique : Un signal sonore périodique est constitué d’un motif qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.
• Période : T d’un signal périodique est la durée d’un motif élémentaire et se mesure en seconde.

📝 Points essentiels

• Les sous-multiples courants de la seconde sont la milliseconde, avec 1 ms = 10⁻³ s, et la microseconde, avec 1 μs = 10⁻⁶ s.

• Une période de 6 ms correspond à 6 × 10⁻³ s et une période de 20 μs correspond à 20 × 10⁻⁶ s.

💡 Astuce mémo

Un motif qui se répète

📖 4. Période et fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence : F correspond au nombre de motifs élémentaires par seconde et se mesure en hertz.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📐 Formule — La fréquence et la période sont liées par f = 1/T et T = 1/f, avec T exprimée en seconde et f en hertz.

Compléments

• Les multiples courants du hertz sont le kilohertz, avec 1 kHz = 10³ Hz, le mégahertz, avec 1 MHz = 10⁶ Hz, et le gigahertz, avec 1 GHz = 10⁹ Hz.

• Une période de 40 ms, soit 0,040 s, correspond à une fréquence de 25 Hz.

• Une fréquence de 50 Hz correspond à une période de 0,02 s.

💡 Astuce mémo

f et T sont inverses

📖 5. Fréquences audibles et hauteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Hauteur d’un son : Liée à la fréquence de son signal et est repérée par une note de musique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

• L’oreille humaine perçoit normalement les signaux sonores dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz.

📌 Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz, tandis que les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 kHz.

📌 Un son aigu possède une fréquence plus élevée qu’un son grave.

Compléments

📌 Le domaine des fréquences audibles peut varier selon les individus et se réduit avec l’âge.

• La note La de fréquence 440 Hz correspond à 440 vibrations de la corde d’une guitare par seconde.

💡 Astuce mémo

Fréquence → hauteur

📖 6. Timbre, intensité et niveau sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Timbre : Lié à la forme des motifs élémentaires et constitue l’identité sonore d’un instrument de musique ou d’une voix.
• Intensité sonore : L’intensité sonore I est proportionnelle à l’amplitude du signal et permet d’indiquer le volume d’un son.
• Niveau sonore : L augmente avec l’intensité sonore sans lui être proportionnel et se mesure en décibels avec un sonomètre.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Plus l’intensité sonore est grande, plus l’amplitude du signal est grande et plus le son perçu est fort.

📌 Les sons présentent des risques dès 85 dB, tandis que la sensation douloureuse apparaît vers 120 dB.

Compléments

• Les intensités sonores perceptibles s’étendent de 10⁻¹² W·m⁻² à 100 W·m⁻².

📌 Une exposition sonore trop importante peut provoquer une perte d’audition partielle ou totale.

💡 Astuce mémo

Forme, amplitude, décibels

📊 Tableaux de synthèse

Paramètres d’un son

Paramètre	Dépend de	Perception
Fréquence	Nombre de motifs par seconde	Hauteur : grave ou aigu
Forme du motif	Allure du signal	Timbre de l’instrument ou de la voix
Amplitude et intensité	Amplitude du signal	Force ou volume perçu
Niveau sonore	Intensité sonore et sensibilité de l’oreille	Valeur en décibels

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Un signal sonore ne correspond pas à un objet immobile.
2. Le son, contrairement à la lumière, ne se propage pas dans le vide.
3. Un signal qui se répète sans régularité n’est pas périodique.
4. La fréquence est exprimée en hertz, alors que la période est exprimée en seconde.
5. La limite de 20 kHz concerne la limite supérieure de l’audition humaine, pas celle des infrasons.
6. Deux instruments peuvent jouer la même note avec la même fréquence mais des timbres différents.
7. La caisse de résonance amplifie le signal mais ne crée pas la vibration initiale.