OS01 – Le son 2nde

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OS01 – Le son

I– Qu'est-ce que le son ?

1) Les 5 sens Le son a une grande importance pour nous humains car c'est un des phénomènes captés par un de nos 5 sens. En effet, nous percevons notre environnement à travers 5 sens (d'autres sens peuvent exister mais je prends une définition

simple) qui correspondent chacun à un organe de notre corps :

L'ouïe (capte et analyse le son) grâce aux oreilles

La vue (capte et analyse la lumière) grâce aux yeux

Le goût (capte et analyse des molécules) grâce à la langue. L'odorat (capte et analyse des molécules) grâce au nez (le goût et l'odorat sont liés entre eux)

Le toucher (capte et analyse des informations par contact avec les objets) grâce à la peau. Nos différents capteurs (oreilles, yeux, langue, …) ne perçoivent pas tous les signaux : ils perçoivent seulement une partie des signaux (son, lumière, odeur, …) qui nous entourent. De plus, entre les humains, nous n'aurons pas les mêmes sensations face à la réception de signaux identiques (une même molécule peut être agréable pour les uns et très agréable ou quelconque pour les autres, par exemple). Concernant le son, ce sera la même chose, même si on ne prend pas en compte les problèmes de surdité partielle ou totale, nous ne percevons pas les sons exactement de la même façon. De plus, les humains ne perçoivent pas tous les sons ! Ainsi, nos capteurs (yeux, oreilles, langue, etc …) ne sont pas des capteurs fiables : nous aurons donc recours à des instruments de mesure. Mais avant, il faut comprendre ce qu'est un son …

2) Mais alors qu'est ce que le son ? L’émission d’un son (un signal sonore) par un objet résulte de la vibration de cet objet. Exemple : les cordes vocales, les cordes d’une guitare, les feuilles d’un arbre avec du vent, l'air sortant d'une trompette, etc … Tous ces objets vibrent : les molécules de ces objets bougent autour d'une position d'équilibre avant de revenir à cette position d'équilibre … La "quantité de vibration en une seconde" va influer sur la fréquence (aigu ou grave) du son et l'amplitude du mouvement (la vibration est plus ou moins grande) va influer sur le "volume" du son (nous emploierons d'autres termes plus tard).

Que se passe-t-il dans l'air (ou dans un gaz plus généralement) ? A un instant donné, les molécules se compriment dans une zone (zones de compression A) et se dilate dans la zone à côté (zones de dilatation B). L'instant suivant, ces zones se sont déplacés (vers la droite sur le schéma) et ainsi la zone de compression devient zone de dilatation et inversement et ainsi de suite. La vibration des molécules se déplace de proche en proche et permet la propagation du signal sonore. ATTENTION : dans l'exemple, aucune molécule ne part au contact du diapason à gauche pour aller dans l'oreille à droite : les molécules vibrent sur elles-mêmes et c'est la vibration qui se déplace du diapason vers l'oreille !

Et dans l'eau (ou dans un liquide) ? C'est la même chose que dans l'air mais les molécules des gaz de l'air sont remplacées par les molécules contenues dans le liquide.

Et dans les solides ? Oui, le son se propage dans les solides. Si ce n'était pas le cas, nous n'entendrions par les bruits extérieurs dans une voiture ou dans un appartement ! Les atomes ou molécules constituant le solide vibrent eux aussi sur place mais sans se déplacer (elles ne pourraient pas le faire dans un solide).

Conclusions :

Le son a besoin de matière (molécules, atomes) pour se déplacer (pour se propager). La propagation d’un signal sonore (d'une onde sonore) ne peut donc pas se faire dans le vide.

Un phénomène qui correspond à une vibration qui se déplace sans transport de matière global est appelé une onde : le son est donc une onde (une onde sonore). Si cette onde ne peut se propager que dans la matière, c'est une onde mécanique (le son est une onde mécanique).

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OS01 – Le son 2nde

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II– Quels sons entend-t-on ?

1) Comment entend-t-on ? (cf. schéma de la coupe ci-contre de notre oreille)

L'onde sonore (la vibration) va entrer par le pavillon de l'oreille, se propager dans le conduit auditif avant de venir "frapper" le tympan

(membrane ressemblant à un tambour) qui va vibrer à son tour de la même façon qu'elle-même. Cette vibration est transmise aux os de l'oreille moyenne (marteau, étrier, enclume) qui vont faire vibrer un liquide dans la cochlée (oreille interne). Ce mouvement de ce liquide fait vibrer des cils (comme des petits poils) à l'intérieur de la cochlée. La vibration de ces cils crée des signaux électriques qui sont conduits par le nerf auditif au cerveau. Ce dernier interprète les signaux électriques : nous entendons un son …..

2) Période T du son On peut représenter la vibration de molécules autour de leur position d'équilibre par un graphique représentant l'amplitude du mouvement en fonction du temps : amplitude = f(t) L'instrument de mesure qui permet d'enregistrer un son est un micro (qui enregistre des tensions donc l'unité de l'amplitude est en Volt). Si la courbe de l' amplitude=f(t) est une sinusoïdale parfaite comme sur le graphique ci-contre, on parle d'un son pur (les sons purs n'existent pas dans la nature mais un diapason en produit un).

En réalité, les sons que nous percevons sont des sons complexes (cela correspond à une somme de sons purs) : le graphique représentant l'amplitude en fonction du temps peut ressembler au graphique ci-contre.

Si le son est constitué d'une somme très importante, de différents sons purs on parle alors de bruit (cf. graphique ci-contre)

Dans les 2 premiers graphiques, on constate que le signal se reproduit identique à lui-même au bout d'un certain temps : la

période T. L'unité de la période T est la seconde (s).

Plus généralement, la période T est la plus petite durée au bout de laquelle un phénomène se reproduit identique à lui-même. Pour mesurer une période T, il est nécessaire d'en mesurer plusieurs (2, 5, 10, n) et de diviser par ce

nombre. On mesure donc t =n.T et on calcule T = Δt

n

Une onde qui se reproduit identique à elle-même au bout d'un certain temps est une onde périodique : le son est une onde mécanique périodique.

Exercice 6* page 216

3) Fréquence f du son Dans le I-2), il est fait mention de la "quantité de vibration en une seconde" : c'est, en fait, la fréquence f. En réalité, la fréquence f est le nombre de période en une seconde. Elle est mesurée en Hertz (Hz).

f =1

T avec f en Hz et T en s et donc T =

1

f

En musique, la fréquence est appelée la hauteur.

On considère qu'un être humain entend les fréquences entre 20 Hz et 20 kHz. Entre 0 et 20 Hz, des sons existent mais ils ne sont pas audibles par l'Homme : ce sont des infrasons Au-delà de 20 kHz, les sons existent aussi, non audibles par l'Homme : ce sont des ultrasons.

Exercices 7, 8*, 20 page 216-219

son pur

son complexe

bruit