1. EMISSION D’UN SIGNAL SONOREPour produire un son, un instrument de musique doit remplir deux fonctions: vibrer et émettre.

La voix peut être considérée comme un instrument. En effet, les cordes vocales (excitateur) vibrent et mettenten vibration l’air contenu dans le pharynx, le larynx et la bouche (résonateur) qui produisent le son.

De même pour le piane: la corde (excitateur) d’un piano à queue est tendue horizontalement et elle vibre sousl’action d’un «marteau» commandé par une touche du clavier. Le corps de l’instrument forme une magnifiquecaisse de résonance pour une émission sonore optimale.

THEME 3. ONDES & SIGNAUXCHAP 01. ONDE SONORE

2. PROPAGATION D’UN SIGNAL SONOREOn appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieumatériel sans transport de matière, mais avec transfert d’énergie.On utilise l’expresion onde progressive pour bien marquer le fait que la perturbation pogresse dans un milieu élastique.

Un signal sonore a besoin d’un milieu matériel pour se propager; il ne se propage pas dans le vide. Le milieu matérieltransmet une vibration qui se propage de proche en proche. Ce milieu peut être à l’état gazeux, liquide ou solide.

La propagation d’un signal sonore dans l’air est analogue à la propagation d’une déformation dans un ressort. On parle d’ondelongitudinale.

Cette valeur peut être comparée à d’autres valeurs de vitesse. Par exemple, la vitessede la Terre autour du Soleil a une valeur 87 fois plus grande que celle du son dans l’air.

3. VITESSE DE PROPAGATION D’UN SIGNAL SONOREUn signal sonore ne se porpage pas instantanément mais il a une vitesse de propagation.

La relation entre la vitesse v de propagation de l’onde sonore, la distance d parcourue par l’onde sonore et la durée t de propagationd

est la suivante: v =t

La célérité du son dans l’air, à 15°C et sous la pression de 1,0 bar est voisine de 340 m.s-1. Cette célérité est:- est différente dans un autre milieu de propagation (voir tableau)- dans l’air augmente lorsque la température croît. Ainsi dans l’air à 0°C, la célérité du son est de 331 m.s-1.

4. INTENSITE ET NIVEAU D’UN SON.Nous savons déjà que les ondes sonores sont des ondes mécaniques. Elles transportentde l’énergie et c’est le transfert d’une partie de cette énergie à notre système auditif qui estresponsable de l’audition d’un son.

Plus l’amplitude d’un signal sonore est élevée, plus l’intensité sonore I est grande. L’inten-sité sonore s’exprime en W.m-2.

Une grandeur liée à la sensibilité de l’oreille humaine et plus facile à maniuler est le niveaud’intensité sonore L (de l’anglais L: level). Il s’exprime en décibel (dB). Il se mesure à l’aided’un sonomètre.

L’intensité sonore n’est pas proportionnelle au niveau d’intensité sonore. On retiendra quesi l’intensité sonore est doublée, alors le niveau sonore augmente de trois décibels.

3. HAUTEUR D’UN SON ET FREQUENCE.3.1. CARACTERISTIQUES D’UN SIGNAL SONORE PERIODIQUE.

Un signal périodique dans le temps est un signal qui se reproduit à intervalles de temps égaux.

La période T est donc la plus petite durée au bout de laquelle le signal se reproduit identique à lui-même.

3.2. LA HAUTEUR D’UN SON.La qualité qui donne la sensation qu’un son est plus grave ou plus aïgu est appelée hauteur du son. La hauteur d’un son est mesuréepar la fréquence du fondamental: son grave si cette fréquence est faible, son aïgu si cette fréquence est élevée.

La fréquence F d’un signal représente le nombre de période du signal par seconde. Elle s’exprime en Hertz. On la calcule par la relation

1F =

T

Les sons de fréquence inférieure à 20 Hz sont appelées infrasons;Les sons de fréquence supérieure à 20 kHz sont appelées ultrasons.

A noter que ces fréquences dépendent des personnes (certaines oreilles sont «plus» entraînées que d’autres, certaines sont abîméessuite à des expositions à des bruits intenses ...) mais aussi de la fréquence du son.

3.3. TIMBRE D’UN SON.Les différents instruments composant un orchestre émettent des sons distincts, même s’ils jouent la même note. Ainsi, il est aisé dedifférencier un piano ou une guitare, une flûte d’un saxophone, un violon d’une harpe ou d’une contrebasse.

Deux sons de même fréquence donnent des sensations différentes, liées d’une part aux harmoniques présents dans le son et d’autrepart à la durée et à l’importance de ces harmoniques. On appelle timbre d’un son la propriété du son qui traduit ces différences.

L’oreille humaine est un capteur très sensible aux vibrations. Pourautant, elle ne peut entendre un son, même suffisamment fort, que sila fréquence de celui-ci est comprise entre deux valeurs délimitant ledomaine des fréquences sons audibles: l’oreille humaine perçoit lessons des fréquences comprises entre 20 Hz et 20 kHz environ.

60

70

80

90

100

110

120

Niveau sonore en dB

Danger: sons nocifs Limite de nocivité Pas risque

5. EXPOSITION SONORES’il existe un seuil en dessous duquel l’oreille n’est pas capable depercevoir un son, à l’inverse, dès que le niveau sonore augmente, lasensation devient vite gênante puis fatigante, voire dangereuse.

A ce niveau, la durée d’exposition joue un rôle sur les effets du bruit supporté: une exposition trop longue à des sons de niveau sonoretrop élevé peut entraîner des lésions plus ou moins graves, voire irréversibles au niveau dusystème auditif.