Les ondes sonores

 

Le son peut être défini comme représentant la partie audible du spectre des vibrations acoustiques, de même que la lumière se définit comme la partie visible du spectre des vibrations électromagnétiques.

 

 

 

 

 

 

 

L'être humain peut entendre des sons dont les fréquences s'étalent de 20Hz à 20kHz environ. Les sons de basse fréquence sont les sons graves, les sons aigus sont des sons de haute fréquence.

 

• Un infrason est une onde acoustique de fréquence inférieure à 20 Hz. Les infrasons sont audibles par certains animaux, comme les éléphants, et leur permettent de communiquer.

• Un ultrason est une onde acoustique de fréquence supérieure à 20 kHz. Les ultrasons sont audibles par les chauves-souris, les chats, les dauphins.

 

L'audition prend essentiellement en compte deux paramètres des vibrations

acoustiques : la fréquence ou nombre de vibrations par seconde, en Hertz (Hz), qui définit les sons aigus et graves, et l'intensité ou amplitude de la vibration en décibel (dB), qui définit les sons forts ou faibles.

 

 

Une onde sonore est la propagation de proche en

proche d’une perturbation caractérisée par une

vibration des molécules du milieu autour de leurs

positions d’équilibre (ou état de repos).

 

 

 

En effet, suite à une perturbation, créée à l’origine par une source

mécanique, les molécules subissent de faibles variations de

pression (pression acoustique) ; elles s’entrechoquent entre elles

pour transmettre la déformation (perturbation) subissant ainsi de

micro-déplacements. Ces molécules reviennent à leur position

initiale une fois la perturbation passée ; c'est une propagation

d’énergie dans un milieu matériel sans transport de matière.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un phénomène périodique est traditionnellement défini par plusieurs caractéristiques qui déterminent ses propriétés.

 

La période d'un phénomène périodique, notée T, est la durée au bout de laquelle le phénomène se répète, qui s’exprime en secondes.

 

Cette courbe représente les variations de pression acoustique d’une onde pour une durée d’une seconde. La période est l’intervalle de temps entre deux points successifs ayant la même amplitude : par exemple, sur le graphe entre le 3e et le 4e maximum, la période est de 0,1 seconde.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La fréquence d'un phénomène périodique représente le nombre de phénomènes par seconde. Son unité est le Hertz (Hz). Elle se note généralement f.
 

Dans l’exemple choisi, la sinusoïde possède une période de 0,1 seconde. La fréquence correspond au nombre de période par seconde, c’est à dire le nombre de fois que le motif se répète, soit 10 fois. La fréquence est donc de 10 Hz. En appliquant l’inverse de la période on obtient également cette valeur : f=1/0,1=10 Hz. (Animation SWF fréquence)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’amplitude d’un phénomène périodique est  atteinte à un de

ses pics. Elle se note A et s’exprime dans une unité propre au

contexte auquel se rapporte le phénomène périodique.

 

La fréquence et la période sont liées par le rapport suivant :

                                                 

                                                 f  = 1 / T

 

• f la fréquence en Hz ;

• T la période en secondes

 

On en déduit la formule suivante liant la longueur d’onde

et la fréquence de l’onde :

                                                

                                                 λ = c / f

 

• f la fréquence en Hz ;

• V la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;

• λ la longueur d’onde en m

 

 

 

 

L'onde présente une périodicité spatiale de période λ appelée

longueur d'onde. Quelle que soit la position x considérée, la perturbation

est identique à un instant fixé aux positions x, x + λ, ..., x + nλ.

 

 

 

 

Il existe une relation entre la périodicité spatiale et la périodicité

temporelle. Si la célérité de l'onde est c, alors :

 

                                                  λ = c.T

 

• T la période en seconde ;

• c la vitesse de propagation de l’onde dans le matériau m.s-1 ;

• λ la longueur d’onde en m

 

 

L'onde présente donc une double périodicité:

• une périodicité temporelle de période T (exprimée en secondes).

• une périodicité spatiale de période λ (exprimée en mètres).

 

Une source sonore crée une variation de pression p (en Pascal). Cette variation est dite acoustique. Cette perturbation de pression (ou onde sonore) se propage longitudinalement par compression-dilatation du milieu dans lequel elle se propage.

On parle aussi d'ondes acoustiques pour les ondes sonores.

 

Un son n'est généralement pas une onde sinusoïdale pure, mais une onde périodique composée de la superposition de plusieurs ondes sinusoïdales.

 

Chacune de ces ondes sinusoïdales qui compose le son est appelée harmonique.

 

Comme toute fonction sinusoïdale, une harmonique sonore possède :

• Une amplitude ;

• Une fréquence (inverse de la période).

 

Plus la fréquence d'une harmonique est élevée, plus la note ressentie est aigue.

Plus la fréquence d'une harmonique est faible, plus la note ressentie est grave.