Fiche de révision : Les ondes sonores

📋 Plan du Cours

1. Origine et définition du son
2. Propagation et célérité du son
3. Amplitude et intensité sonore
4. Réflexion et phénomène d’écho
5. Période et fréquence
6. Hauteur et timbre du son

📖 1. Origine et définition du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son : Vibration périodique de matière qui se propage de proche en proche exclusivement dans un milieu matériel, sans transport de matière mais avec transport d’énergie.

★ À maîtriser

📌 Le bruit est une sensation acoustique sans harmonie, tandis que le son musical est une sensation acoustique qui présente une harmonie.

• Un son peut être produit par:
  • frottement
  • pincement
  • frappement
  • variation de pression
  • stimulation électrique

Compléments

• Un récepteur sonore contient une membrane sensible aux vibrations acoustiques et transforme généralement ces vibrations en signal électrique, comme un microphone ou une oreille.

💡 Astuce mémo

Bruit sans harmonie, son musical avec harmonie

📖 2. Propagation et célérité du son

★ À maîtriser

📐 Formule — La célérité du son vérifie $v = \frac{d}{\Delta t} = \frac{AB}{t_B-t_A}$.

• Dans l’air à 15 °C, la célérité du son est d’environ 340 m·s⁻¹, alors que la lumière se déplace à 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹.

• La célérité du son dépend du milieu traversé et augmente généralement dans les milieux élastiques condensés selon l’ordre solide, liquide, gaz.

Compléments

• Les célérités approximatives sont de 330 m·s⁻¹ dans l’air à 0 °C, 340 m·s⁻¹ dans l’air à 15 °C, 1500 m·s⁻¹ dans l’eau, 5200 m·s⁻¹ dans l’acier et 0 m·s⁻¹ dans le vide.

💡 Astuce mémo

Milieu condensé → propagation plus rapide

📖 3. Amplitude et intensité sonore

★ À maîtriser

• L’intensité sonore dépend de l’amplitude des variations de pression acoustique : plus l’amplitude est élevée, plus le son est perçu comme fort, indépendamment de sa fréquence.

• L’intensité sonore se mesure en watt par mètre carré et le seuil d’audibilité vaut $I_0 = 1{,}0 \times 10^{-12}\ \mathrm{W\,m^{-2}}$.

📐 Formule — Le niveau d’intensité sonore vérifie $L = 10 \times \log\left(\frac{I}{I_0}\right)$ et se mesure en décibels avec un sonomètre.

Compléments

• Multiplier l’intensité sonore par 10 augmente le niveau d’intensité sonore de 10 dB.

• Il faut:

  • porter des protections auditives
  • réduire la durée d’exposition
  • espacer les expositions

💡 Astuce mémo

Amplitude forte = son plus intense, fréquence différente = hauteur

📖 4. Réflexion et phénomène d’écho

🔑 Notions clés & Définitions

• Écho : Réception retardée du signal sonore réfléchi par un obstacle, après un trajet aller-retour entre l’émetteur et l’obstacle.

★ À maîtriser

• Une onde sonore peut être:
  • transmise
  • absorbée
  • réfléchie

📐 Formule — La distance entre l’émetteur et l’obstacle se calcule avec $d = \frac{v\times\Delta t}{2}$, car le son effectue un aller-retour.

Compléments

• Pour un retard de 110 µs dans l’air à 340 m·s⁻¹, l’obstacle se situe à 1,87 × 10⁻² m, soit 1,87 cm, de l’émetteur.

• L’amplitude et la forme du signal réfléchi renseignent sur la nature du milieu traversé, notamment en échographie pour distinguer les tissus mous et les masses osseuses.

💡 Astuce mémo

Émission → réflexion → réception retardée

📖 5. Période et fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal périodique : Signal possédant un motif élémentaire qui se répète régulièrement dans le temps.

★ À maîtriser

📐 Formule — La période $T$ est la durée du motif élémentaire et la fréquence vérifie $f = \frac{1}{T}$, avec $T$ en secondes et $f$ en hertz.

Compléments

• Un son pur de période 2,0 s possède une fréquence de 0,5 Hz, tandis qu’un son complexe de période 12,5 ms possède une fréquence de 80 Hz.

💡 Astuce mémo

Motif → période → fréquence

📖 6. Hauteur et timbre du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Timbre : Caractéristique de la forme du signal sonore complexe qui permet de distinguer une même note jouée par deux instruments différents.

★ À maîtriser

• L’oreille humaine entend les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz, soit 20 kHz.

📌 La fréquence propre d’une source caractérise la hauteur du son : une fréquence faible donne un son grave et une fréquence élevée donne un son aigu.

Compléments

📌 Un son pur possède une forme sinusoïdale, tandis qu’un son complexe possède une forme quelconque résultant d’un mélange de composantes.

💡 Astuce mémo

Fréquence = hauteur, forme du signal = timbre

📊 Tableaux de synthèse

Caractéristiques des sons selon la fréquence