Fiche de révision : Propriétés des ondes sonores

📋 Plan du Cours

1. Production et propagation sonore
2. Fréquence et domaines sonores
3. Intensité sonore
4. Niveau d’intensité sonore
5. Atténuation du son
6. Sensibilité de l’oreille

📖 1. Production et propagation sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde sonore : Engendrée par un système vibrant et transportant de l’énergie sans déplacement de matière.
• Onde longitudinale : Onde longitudinale de compression-dilatation dont la grandeur physique propagée est la surpression acoustique p.

★ À maîtriser

• Une onde sonore nécessite un milieu matériel et ne se propage pas dans le vide.

• La vitesse du son vaut 340 m.s⁻¹ dans l’air, 1500 m.s⁻¹ dans l’eau et 5000 m.s⁻¹ dans l’acier.

Compléments

• La réception sonore transforme une surpression acoustique p en une tension électrique u grâce à un microphone ou à un récepteur d’ultrasons.

💡 Astuce mémo

Émission → propagation → réception

📖 2. Fréquence et domaines sonores

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence : Nombre de répétitions d’un phénomène périodique par seconde et s’exprimant en hertz.

★ À maîtriser

• Les domaines de fréquences sonores sont:
  • infrasons : fréquence inférieure à 20 Hz
  • sons audibles par l’Homme : fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz
  • ultrasons : fréquence supérieure à 20 kHz

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

Compléments

• Une corde de guitare émettant un La à 440 Hz vibre 440 fois par seconde.

💡 Astuce mémo

Infrasons graves, ultrasons aigus

📖 3. Intensité sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Intensité sonore : Puissance acoustique P reçue par unité de surface.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’intensité sonore vérifie $I = \frac{P}{S}$, avec I en W·m⁻², P en W et S en m².

📐 Formule — Pour une source ponctuelle émettant dans toutes les directions, l’intensité à la distance R vérifie $I = \frac{P}{4\pi R^2}$.

• L’oreille humaine perçoit des intensités sonores allant de 10⁻¹² W.m⁻² au seuil d’audibilité à environ 1 W.m⁻² au seuil de douleur.

Compléments

• Les intensités sonores s’ajoutent.

💡 Astuce mémo

Surface croissante → intensité décroissante

📖 4. Niveau d’intensité sonore

🔑 Notions clés & Définitions

• Niveau d’intensité sonore : Le niveau d’intensité sonore L traduit la sensation auditive liée à une intensité sonore et se mesure en décibels avec un sonomètre.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le niveau d’intensité sonore vérifie $L = 10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$, où I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W·m⁻² est l’intensité de référence correspondant au seuil d’audibilité à 1 000 Hz.

📐 Formule — L’intensité sonore se déduit du niveau par $I = I_0 \times 10^{L/10}$.

• Les niveaux d’intensité sonore ne s’ajoutent pas et leur échelle s’étend approximativement de 0 à 140 dB.

💡 Astuce mémo

Intensité physique I, sensation sonore L

📖 5. Atténuation du son

🔑 Notions clés & Définitions

• Atténuation géométrique : Diminution du niveau sonore due à l’augmentation de la surface sur laquelle la puissance acoustique se répartit lorsque l’on s’éloigne de la source.

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’atténuation entre un niveau initial Li et un niveau final Lf est $A = L_i - L_f$, et A s’exprime en décibels.

• Une onde sonore rencontrant une paroi peut être:
  • transmise
  • réfléchie
  • absorbée

📐 Formule — L’atténuation par absorption d’un matériau vérifie $A = L_{incident} - L_{transmis}$ et s’exprime en décibels.

💡 Astuce mémo

Distance ou absorption → diminution du niveau sonore

📖 6. Sensibilité de l’oreille

🔑 Notions clés & Définitions

• Courbes isosoniques : Courbes reliant les niveaux sonores produisant la même sensation auditive à différentes fréquences.

★ À maîtriser

• Vers 3000 Hz, la sensibilité de l’oreille humaine est maximale et le niveau minimal audible est autour de 0 dB.

• Un son de 50 dB à 50 Hz produit la même sensation auditive qu’un son de 20 dB à 300 Hz.

Compléments

• À 50 Hz, un son commence à être entendu pour un niveau sonore d’environ 50 dB.

• Autour de 300 Hz, le niveau sonore minimal audible est d’environ 20 dB.