Les sons, fréquence, intensité, champ auditif, ultrasons

Conception : Antoine Lorenzi Marie Camilleri Benjamin Chaix

Nous entendons des sons : c'est-à-dire des vibrations, propagées dans l'air ou dans l'eau, qui stimulent notre oreille.
Dans la nature, tout ce qui vibre génère un son : les feuilles agitées par le vent, l'eau qui coule, les cordes d'un violon ou d'une guitare, les cordes vocales ...

Qu'est-ce qu'un son ?

Une onde sonore est une vibration des molécules autour de leur position d'équilibre (ou état de repos) qui se propage à la suite de la perturbation du milieu, le plus souvent l'air, mais qui peut aussi être solide ou liquide. Captée par notre oreille, cette vibration met en mouvement le tympan, point de départ de la stimulation de l'oreille et de la perception de l’information sonore.

Les sons et les bruits. Dans le langage usuel, ces deux termes sont souvent utilisés l'un pour l'autre. En général, on qualifie de bruits les vibrations sonores complexes qui ne sont ni de la musique, ni de la parole, ni des cris d'animaux.

Mais on parle de bruit de fond pour qualifier les sons de l'environnement, comme une conversation ou une musique en sourdine. On donne aussi au bruit une connotation de gêne qui peut-être très subjective : la pluie qui tombe sur la baie vitrée est une mélodie pour certains, un bruit désagréable pour d'autres!

Enfin le bruit est souvent associé au caractère nocif des sons trop intenses : les sons musicaux deviennent bruits à forte intensité.

Caractéristiques d’un son : fréquence, intensité, durée

La fréquence correspond au nombre de vibrations par seconde : s'il y en a peu on entend un son grave, s'il y en a davantage on entend un son aigu. On exprime la fréquence en Hertz (Hz).

L’intensité dépend de l’amplitude de la vibration : plus elle est importante, plus le son est fort ; plus l’amplitude est faible, plus le son est faible. On l’exprime couramment en décibel (dB).

La durée dépend du temps pendant lequel le milieu est perturbé. L’unité utilisée est la seconde(s).

Son aigu

Son grave

Champ auditif humain

L'oreille de homme est sensible à des fréquences et intensités différentes ( voir page suivante)

Influence du milieu sur le son

Vitesse de propagation de l'onde

L'onde acoustique se propage dans l'air à 340 m/s, dans l'eau à 1500 m/s et à des vitesses encore supérieures dans les matériaux plus denses (3500 m/s dans l'os et jusqu'à 6000 m/s dans l'acier!). Dans le vide, dépourvu de matière, aucun son ne se propage.

Exemple : si on met une source sonore sous une cloche, on entend le son. En revanche, si on fait le vide sous la cloche, le son disparait puisqu'il n'y a plus de molécules d'air.

D'autres facteurs tels que le taux d'humidité, la température influencent la vitesse de propagation de l'onde.

Notion d'impédance

Une onde sonore peut éprouver des difficultés à passer d'un milieu à un autre car chaque milieu impose une résistance plus ou moins importante appelée impédance. Ainsi une onde qui se propage dans l'air aura du mal à être perçue dans l'eau car celle-ci à une forte impédance.

Exemple : à la plage, si vous avez la tête sous l'eau, vous n'entendrez pas la personne qui parle en marchant à côté de vous. Par contre, vous entendrez parfaitement les sons émis dans l'eau, comme le moteur d'un bateau qui passe à 100m de vous!

Quelques sons courants

Notre environnement est composé d'une grande variété de sons plus ou moins fréquents : quatre exemples sont présentés ici.

Son pur Un son pur est un son d’une seule fréquence. Exemple, le LA des musiciens qui est aussi la tonalité de référence du téléphone fixe.	Bruit blanc Un bruit blanc est composé de l’ensemble des fréquences de manière relativement uniforme : Exemple, un bec de gaz, la vapeur qui s’échappe d’une chaudière, etc.
Son musical Le son musical varie avec la mélodie, le morceau choisi et avec l’instrument utilisé : ici le saxo.	Parole Les sons de la parole sont aussi complexes et variés : chacun a sa propre voix , grave ou aiguë, avec un timbre particulier, etc. Ici le mot « cochlée » est prononcé par une voix masculine et claire.

Autres propriétés liées à la propagation des sons

Lorsqu'une onde sonore est émise, elle tend à être modifiée par des paramètres tels que la distance ou d'éventuels obstacles.

Atténuation. En champ libre, c'est-à-dire dans un espace où aucun obstacle ne perturbe la propagation de l'onde sonore, son intensité acoustique diminue quand on s'éloigne de la source sonore.
Réflexion. Lorsqu'une onde sonore rencontre un obstacle tel que la paroi d'un local, une certaine quantité de l'énergie est réfléchie et revient dans la pièce : c'est la réflexion. Les réflexions successives constituent la réverbération.
Absorption. Une autre quantité de l'énergie est absorbée en partie par les matériaux constituant la paroi : les hautes fréquences étant plus facilement atténuées que les basses.
Transmission. Une partie de l'énergie est transmise dans la pièce voisine par le biais de la paroi, qui agit comme une source sonore secondaire.

Évolution du son dans un environnement clos

Dans le cas présent, le son d'une batterie se réfléchit sur les murs et cloisons de la pièce. Une des cloisons est prise en exemple pour montrer qu'elle absorbe une partie de l'énergie sonore et en transmet une autre.

Dans la pièce à côté, l'intensité du son résiduel dépendra de la capacité de la paroi à absorber. Théoriquement, le son doit être moins fort, sinon c'est que la paroi est inefficace.