Fiche de révision : Le son et sa numérisation

📋 Plan du Cours

1. Origine et propagation du son
2. Période et fréquence des sons
3. Analyse fréquentielle et timbre
4. Intensité et niveau sonore
5. Instruments et audition
6. Numérisation du son

📖 1. Origine et propagation du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Créé par une succession de compressions et de dépressions des molécules d’air.

★ À maîtriser

📌 Le son a besoin d’un milieu matériel pour se propager.

• La vitesse du son dépend du milieu, de la température et de l’humidité.

Compléments

• La vitesse du son est de 340 m/s dans l’air, de 1 500 m/s dans l’eau et de 5 000 m/s dans l’acier.

📖 2. Période et fréquence des sons

🔑 Notions clés & Définitions

• Son pur : Signal sinusoïdal caractérisé par son amplitude, sa fréquence et sa période.
• Son complexe : Signal périodique composé de plusieurs fréquences et correspondant à une addition de sons purs.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence et la période sont liées par $f = \frac{1}{T}$, avec la fréquence en hertz et la période en secondes.

• La fréquence d’un son audible est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz.

Compléments

• Une fréquence d’environ 200 Hz est indiquée comme valeur caractéristique de la voix.

💡 Astuce mémo

Le son pur est sinusoïdal ; le son complexe reste périodique mais combine plusieurs fréquences.

📖 3. Analyse fréquentielle et timbre

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence fondamentale : Fréquence la plus basse d’un son complexe.
• Fréquence harmonique : Multiple de la fréquence fondamentale.

📝 Points essentiels

• Un son complexe peut être représenté dans le domaine fréquentiel par plusieurs pics dans son spectre.

• Un son complexe peut être décrit par ses représentations temporelle et fréquentielle.

• Pour une période de 0,0023 s, la fréquence calculée est d’environ 434 Hz.

📖 4. Intensité et niveau sonore

★ À maîtriser

📐 Formule - L’intensité sonore en un point est le rapport de la puissance sonore à la surface de propagation : $I = \frac{P}{S}$, en W/m².

📐 Formule - Pour une propagation sphérique à la distance r, la surface est $S = 4\pi r^2$.

📌 À puissance constante, doubler la distance à la source divise l’intensité sonore par quatre.

📐 Formule - Le niveau d’intensité sonore est donné par $L = 10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$, en décibels.

• Doubler l’intensité sonore augmente le niveau sonore de 3 dB.

Compléments

• Le seuil d’audibilité indiqué est $I_0 = 10^{-12}\ \text{W·m}^{-2}$ et le seuil de douleur est associé à une intensité de 10⁰ W·m⁻².

📐 Formule - L’intensité sonore correspondant au niveau L est $I = I_0 \times 10^{L/10}$.

💡 Astuce mémo

Quand la distance double, l’intensité est divisée par quatre.

📖 5. Instruments et audition

★ À maîtriser

• Une fréquence plus élevée correspond à un son plus aigu.

Compléments

• Dans l’exercice sur un oscillogramme périodique non sinusoïdal, une période de 2,26 × 10⁻³ s correspond à une fréquence de 442,1 Hz.

📌 Un son fort peut endommager les cellules ciliées de l’oreille.

• Dans l’exercice, l’écart relatif entre la fréquence mesurée et la fréquence théorique est de 0,26 %.

📖 6. Numérisation du son

★ À maîtriser

📌 Un signal analogique est continu dans le temps, tandis qu’un signal numérique est échantillonné.

• La numérisation d’un son comporte deux étapes : l’échantillonnage, qui relève des valeurs du signal à intervalles réguliers, puis la quantification, qui convertit chaque valeur en une représentation binaire.

Compléments

• Un nombre binaire est écrit en base 2.

• En base 10, le nombre binaire 101 vaut 5.

• Un nombre binaire est codé à chaque échantillon.