Signaux Sonores
Cours · physique (seconde), chapitre 4 · seconde générale, physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Ce chapitre aborde l'étude des ondes acoustiques. Nous étudierons comment les sons sont émis par des systèmes vibrants, comment ils se propagent dans différents milieux matériels, puis nous détaillerons les caractéristiques physiques des signaux sonores périodiques (période, fréquence) et la façon dont ils sont perçus par l'oreille humaine (hauteur, timbre, niveau d'intensité sonore).
4.1 Émission et Propagation d'un Son
Un signal sonore est une onde mécanique progressive qui transporte de l'énergie sans transport global de matière.
4.1.1 Émission d'un son
Un son est émis par la vibration d'un objet matériel appelé la source (ex : membrane d'un haut-parleur, cordes vocales, corde d'une guitare, anche d'une clarinette). Cette vibration mécanique se transmet de proche en proche aux molécules du fluide environnant (généralement l'air), créant des variations locales de pression (successions de compressions et de dilatations).
La membrane vibre et crée des zones de compression (arcs rapprochés) et de dilatation (zones espacées) qui se propagent de proche en proche : c'est l'onde sonore.
4.1.2 Propagation du son
- Milieu matériel indispensable : Les ondes sonores ne peuvent pas se propager dans le vide car il n'y a pas d'atomes ou de molécules pour transmettre la perturbation mécanique. Le son nécessite un milieu matériel solide, liquide ou gazeux pour se propager.
- Vitesse de propagation (célérité) : La vitesse du son dépend de l'élasticité et de la densité du milieu de propagation. Elle est plus élevée dans les solides et les liquides que dans les gaz car les molécules y sont plus proches et transmettent plus rapidement la vibration :
- Dans l'air (à la température de ) : .
- Dans l'eau liquide : .
- Dans l'acier : .
Contrairement à la lumière (dont la vitesse dans l'air, , est presque un million de fois plus grande), le son met un temps appréciable à parcourir de grandes distances. Il faut environ au son pour parcourir dans l'air. C'est ce décalage qui explique l'écho, le retard du tonnerre après l'éclair, ou le fonctionnement d'un sonar.
Méthode : Calculer une distance ou une durée de propagation
La célérité relie la distance parcourue par le son à la durée du trajet :
Pour l'appliquer sans erreur :
- Convertir en unités du système international : en mètres (), en secondes (), en .
- Isoler la grandeur cherchée à partir de la relation .
- Cas d'un écho ou d'un sonar : le son effectue un aller-retour. La distance parcourue vaut alors deux fois la distance à l'obstacle : , donc .