Fiche de révision : Le son et ses caractéristiques

📋 Plan du Cours

1. Propagation et vitesse du son
2. Fréquence et domaine audible
3. Son pur et signal sinusoïdal
4. Période et fréquence
5. Harmoniques et spectres
6. Sons composés et instruments
7. Intensité et niveau sonore
8. Risques et exposition sonore
9. Applications numériques du niveau sonore

📖 1. Propagation et vitesse du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Propagation du son : Nécessite un milieu matériel entre un émetteur et un récepteur.

★ À maîtriser

• La vitesse du son vaut 340 m/s, soit 1220 km/h.

Compléments

• La propagation du son peut être ralentie par la pluie, l’altitude et la température.

💡 Astuce mémo

Milieu matériel → propagation du son

📖 2. Fréquence et domaine audible

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence : Nombre de répétitions d’un signal pendant une seconde et se mesure en hertz, noté Hz.

★ À maîtriser

• L’oreille humaine entend approximativement les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.

Compléments

📌 Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz et les ultrasons une fréquence supérieure à 20 000 Hz.

💡 Astuce mémo

Infrason et ultrason encadrent l’audible

📖 3. Son pur et signal sinusoïdal

🔑 Notions clés & Définitions

• Son pur : Son qui possède une seule fréquence et dont le signal temporel est sinusoïdal.

★ À maîtriser

• Le diapason produit un son pur correspondant à la note La, de fréquence fondamentale 440 Hz.

Compléments

• Dans un signal temporel, l’axe horizontal représente le temps en secondes et l’axe vertical représente l’amplitude, notamment en volts.

💡 Astuce mémo

Un diapason trace une sinusoïde unique

📖 4. Période et fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Période : Durée d’un motif du signal et vérifie $T=t_f-t_i$.

★ À maîtriser

📐 Formule — La fréquence f est l’inverse de la période T : $f=\frac{1}{T}$, avec f en hertz et T en secondes.

Compléments

• Pour une période de 0,002275 s, la fréquence vaut environ 440 Hz selon $f=\frac{1}{T}$.

• Pour déterminer la période sur plusieurs motifs, on mesure la durée totale puis on la divise par le nombre de motifs.

💡 Astuce mémo

Motif → période → fréquence

📖 5. Harmoniques et spectres

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence fondamentale : Fréquence du premier pic principal et correspond à la hauteur, donc à la note, du son.

★ À maîtriser

📌 Les fréquences harmoniques sont des multiples entiers non nuls de la fréquence fondamentale, selon $f_n=nf_1$.

Compléments

• Les fréquences harmoniques citées sont:

  • 880 Hz
  • 1757 Hz
  • 2644 Hz
  • 3516 Hz

• À partir d’un spectre en fréquence, la période se déduit de la fréquence fondamentale par $T=\frac{1}{F}$.

💡 Astuce mémo

H1, H2, H3 : les multiples de la fondamentale

📖 6. Sons composés et instruments

★ À maîtriser

📌 Un son composé possède un signal temporel périodique non sinusoïdal et un spectre présentant plusieurs pics de fréquence.

• Les instruments produisent généralement des sons composés, constitués d’une fréquence fondamentale et de fréquences harmoniques.

Compléments

• Pour Flûte_Note1, la période vaut 0,011 s et la fréquence fondamentale vaut 90,90 Hz.

• Les pics de Flûte_Note1 sont:

  • f1 = 880 Hz
  • f2 = 1742 Hz
  • f3 = 2652 Hz
  • f4 = 3521 Hz

• Pour Flûte_Note2, la période vaut 0,013 s et la fréquence fondamentale vaut 76,9 Hz.

💡 Astuce mémo

Son pur : un pic ; son composé : plusieurs pics

📖 7. Intensité et niveau sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Grandeur qui s’additionne et s’exprime en watts par mètre carré, W·m⁻².

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le niveau d’intensité sonore L se calcule par $L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$.

• L’intensité de référence détectée au seuil d’audibilité vaut $I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W·m^{-2}}$ et le niveau sonore s’exprime en décibels, dB.

💡 Astuce mémo

Intensité additive, niveau logarithmique

📖 8. Risques et exposition sonore

★ À maîtriser

📌 À partir de 80 dB, une exposition de 8 heures sans protection présente des risques auditifs, tandis qu’en dessous de 70 dB aucun risque auditif n’est considéré dans le problème.

📌 Pour se protéger, il est recommandé de diviser par deux la durée d’exposition chaque fois que le niveau sonore augmente de 3 dB.

Compléments

• Le seuil de risque indiqué est de 85 dB et la durée maximale d’exposition correspondante est de 8 heures par jour.

• Les durées maximales indiquées sont de 28 secondes à 115 dB et de 7 secondes à 121 dB.

• Le niveau sonore dépend:

  • du nombre de sources
  • de la distance à la source
  • de la durée d’exposition

💡 Astuce mémo

Niveau élevé → durée sûre plus courte

📖 9. Applications numériques du niveau sonore

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour calculer un niveau sonore à partir d’une intensité, on utilise $L=10\log\left(\frac{I}{1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W·m^{-2}}}\right)$.

Compléments

• Une voiture à 50 km/h produit une intensité sonore moyenne de 10^-5 W·m^-2, tandis qu’un poids lourd produit 10^-4 W·m^-2 dans les mêmes conditions.

• Une intensité sonore de 10^-2 W·m^-2 correspond à celle du marteau-piqueur dans l’exercice.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des sons purs et composés