Fiche de révision : Le son et ses caractéristiques

📋 Plan du Cours

1. Propagation et domaine des sons
2. Période et fréquence d’un signal
3. Amplitude et nature du son
4. Puissance et intensité sonore
5. Niveau d’intensité sonore
6. Spectre et timbre des sons
7. Cordes vibrantes et hauteur
8. Intervalles et octave musicale

📖 1. Propagation et domaine des sons

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Créé par la vibration d’un objet appelé émetteur, il se propage de proche en proche dans un milieu matériel.

📝 Points essentiels

• Le son ne peut pas se propager dans le vide.

• Le domaine audible est situé entre 20 Hz et 20 000 Hz ; en dessous se trouvent les infrasons et au-dessus les ultrasons.

💡 Astuce mémo

Son audible entre infrasons et ultrasons

📖 2. Période et fréquence d’un signal

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal périodique : Se répète à l’identique à intervalles réguliers.
• Période : Durée du motif élémentaire, exprimée en secondes.
• Fréquence : Nombre de répétitions du motif élémentaire en une seconde, exprimé en hertz (Hz).
• Motif élémentaire : Partie d’un signal périodique qui se répète.

📝 Points essentiels

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

📖 3. Amplitude et nature du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Amplitude : Dans l’air, correspond aux variations de pression de l’onde, généralement mesurées comme l’écart maximal par rapport à la valeur médiane.

★ À maîtriser

📌 Un son pur possède un motif élémentaire sinusoïdal, tandis qu’un son complexe ou impur possède un motif élémentaire non sinusoïdal.

• La forme du motif élémentaire dépend de l’instrument et caractérise le timbre du son.

Compléments

• Dans les exemples du cours, les périodes de 4 ms, 9 ms et 0,02 s correspondent respectivement à des fréquences de 250 Hz, 111 Hz et 50 Hz.

💡 Astuce mémo

Sinusoïde pure, motif déformé complexe

📖 4. Puissance et intensité sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Puissance transportée par l’onde sonore par unité de surface, exprimée en W·m⁻².
• Puissance sonore : Puissance d’une source, exprimée en watts (W), représentant l’énergie fournie au phénomène à chaque instant.

📝 Points essentiels

• Lorsqu’on s’éloigne de la source sonore, l’intensité diminue car la puissance se répartit sur une surface de plus en plus grande.

📌 Les intensités de plusieurs sources sonores s’additionnent ; deux sources identiques d’intensité $I$ produisent une intensité résultante de $2I$.

💡 Astuce mémo

La propagation répartit la puissance sur une surface croissante → l’intensité diminue

📖 5. Niveau d’intensité sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Niveau d’intensité sonore : Le niveau d’intensité sonore $L$ exprime l’intensité sur une échelle logarithmique et se mesure en décibels (dB).

📝 Points essentiels

📐 Formule - Le niveau sonore est donné par $L = 10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$, où $I$ est l’intensité sonore et $I_0$ l’intensité de référence.

• L’intensité sonore de référence vaut $I_0 = 10^{-12}\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}$.

📖 6. Spectre et timbre des sons

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence fondamentale : Fréquence du premier pic du spectre d’un son composé, correspondant à la hauteur de la note jouée.
• Analyse spectrale : Décomposition d’un signal périodique en une somme de signaux sinusoïdaux.

★ À maîtriser

• Le spectre d’un son pur comporte un seul pic, tandis que celui d’un son composé comporte plusieurs pics.

• Dans le spectre d’un son composé, les autres fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale.

Compléments

• Deux instruments peuvent produire la même note tout en ayant des timbres différents, car la forme du signal dépend de l’instrument.

📖 7. Cordes vibrantes et hauteur

★ À maîtriser

• La fréquence fondamentale d’une corde vibrante dépend de ses caractéristiques : sa longueur, sa tension et sa masse par unité de longueur.

Compléments

• Dans un instrument à vent, le son est produit par la vibration de l’air dans un tuyau, selon un phénomène analogue à celui d’une corde vibrante.

📌 La hauteur d’une note émise par une corde vibrante est reliée qualitativement à la fréquence fondamentale, qui dépend notamment de la longueur de la corde.

📖 8. Intervalles et octave musicale

🔑 Notions clés & Définitions

• Intervalle musical : Rapport des fréquences fondamentales de deux sons.
• Gamme : Suite finie de notes réparties sur une octave.

📝 Points essentiels

📌 Deux sons dont les fréquences fondamentales sont dans le rapport $2/1$ correspondent à la même note à deux hauteurs différentes ; l’intervalle qui les sépare est une octave.