Un son est ce que nous entendons. Il fait partie de notre vie puisque nous l’utilisons en permanence par la communication orale, par la musique ou encore par les signaux sonores.
Le son est produit par la vibration d’objets. La vibration d’objets comprime (les molécules sont rapprochées) ou détend (les molécules sont éloignées) l’air qui nous entoure. Ces variations de pression, qui vont être détectées par l’oreille, se propagent sous forme d’ondes dans l’air (ou dans un autre milieu : eau, solide) et produisent un son.
Exemple de production d’ondes sonores : un coup de baguette sur un tambour
Un son est caractérisé par des propriétés physiques. Il faut un émetteur pour que se crée un son et il faut un récepteur pour entendre ce son.
Un son peut être défini par 3 paramètres : la hauteur, l’intensité et le timbre.
La hauteur est ce qui distingue un son grave d’un son aigu. Elle est liée à la fréquence des vibrations de l’air (la fréquence d’un son, c’est le nombre de vibrations par seconde. L’unité de fréquence est le Hertz (Hz). 1 hertz = 1 vibration de l’air par seconde). Plus la fréquence est élevée plus le son est aigu, et plus la fréquence est basse plus le son est grave. Nous pouvons émettre des sons de fréquences comprises entre 85 Hz et 1100 Hz mais nous percevons des sons de fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz.
En musique, la hauteur correspond à la position de la note sur la portée. Toutes les notes d’une gamme sont perçues différemment par l’oreille : elles ont chacune une hauteur différente.
Son medium : le « La3 » ou « La440 » note de référence du diapason. Le diapason produit 440 vibrations par seconde : le son émis a donc une fréquence de 440 Hertz.
Son grave : le « La2 »
L’intensité acoustique d’un son correspond à la puissance avec laquelle il est émis. C’est son volume. C’est l’intensité qui nous fait distinguer un son fort d’un son faible.
L’intensité sonore s’exprime en Décibels (dB). Lorsque l’intensité d’un son est doublée, nous gagnons 3dB.
Exemple : si le son d’une trompette est de 60dB et que l’on rajoute une autre trompette, le nombre de décibels sera de 63dB et non 120dB. L’intensité du son est doublée, mais pas le nombre de décibels.
L’intensité d’un son est déterminée par l’amplitude de l’onde sonore. Elle augmente avec l’amplitude.
L’amplitude de l’onde sonore :
Onde sonore de faible amplitude:
Vibrations de faible amplitude des molécules de l’air: les molécules frappent faiblement le tympan, nous percevons le son comme faible.
Onde sonore de forte amplitude:
Vibrations de grande amplitude des molécules de l’air: les molécules frappent avec force le tympan, nous percevons le son comme fort, intense.
Onde sonore d'intensité variable.
C’est la qualité particulière du son, qui dépend de la source sonore. Il différencie deux sons de même hauteur et de même intensité. Le timbre d’un son permet à l’oreille de distinguer les différents instruments de musique (reconnaître qu’une même note est jouée à la flûte ou au hautbois) ou de reconnaître une voix familière. Le timbre d’un son dépend de la forme de l’onde.
Exceptionnellement, dans le cas du diapason, l’allure de la vibration est très simple : il s’agit d’une sinusoïde. On parle alors de son pur.
Onde sonore du diapason (sinusoïdale)
Dans les autres cas, on parle de son complexe.
Onde en "dents de scie"
Onde en "carré"
Le timbre des instruments de musique dépend du matériau, de la taille ou de la famille de l’instrument (bois, cuivre, cordes, percussions..).
Pour qu’un son se crée, il faut des émetteurs sonores, ou sources sonores. C’est la source qui est à l’origine de la vibration. Les émetteurs sonores sont des surfaces, des objets vibrants. Ensuite, ces vibrations se transmettent de proche en proche par l’intermédiaire du milieu (l’air, l’eau…), ce qui donne naissance à un son. Ce sont donc les vibrations d’un corps qui produisent les sons.
Dans le vide, le son ne se propage pas puisqu’il n’y a pas de milieu matériel, donc aucune variation de pression.
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Les cordes vocales : Le son de la voix est produit par les vibrations des cordes vocales dans notre gorge sous la poussée de l’air qui sort des poumons. La gorge et la cavité bucco nasale servent de structure résonnante. | |
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Le saxophone : le saxophone émet un son quand l’anche de l’instrument est mise en vibration par le souffle de l’instrumentiste. | |
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La guitare : la guitare émet un son quand on pince une de ses cordes. | |
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La trompette : la trompette émet un son quand les lèvres du musicien se mettent à vibrer sur l’embouchure. | |
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Le verre : le verre émet un son dès qu'on le frappe avec un objet (un autre verre, un couvert...). |
Les sources et émetteurs sonores ne manquent pas.
Le son provient toujours d’une source, puis il se propage. Mais pour s’en rendre compte, on doit obligatoirement disposer d’un récepteur.
Voyons deux récepteurs sonores : l’oreille et le microphone.
L’oreille humaine est un système d’analyse du son remarquablement complexe, capable de détecter des sons sur une échelle incroyablement large en fréquence et en intensité.
Le tympan joue un rôle de membrane, qui vibre en recevant l’onde sonore (c'est-à-dire la vibration de l’air). Ce dernier envoie ensuite le « message » délivré par le son, que le cerveau va traduire ensuite.
Fonctionnement de l’oreille :
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L'oreille externe comprend le pavillon, le canal auditif et le tympan. Elle sert de conduit qui guide les sons environnants vers le système auditif. Le pavillon "capte" les ondes sonores et les transmet au tympan, via le conduit auditif. |
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L'oreille moyenne est une cavité remplie d'un mélange gazeux proche de l'air. Elle contient les trois os les plus petits du corps humain (le marteau, l'enclume et l'étrier). Ils sont reliés d'un côté au tympan et de l'autre à l'oreille interne par une fine membrane. De plus, la trompe d'Eustache met l'oreille interne en communication avec la gorge. Sa fonction principale est d'égaliser la pression de l'air dans l'oreille moyenne avec celle de l'air ambiant. |
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L'oreille interne se compose de la cochlée et des canaux semi-circulaires. La cochlée est responsable du traitement du signal et les canaux semi-circulaires de l'équilibre. Le canal cochléaire, rempli de liquide, est muni de fines cellules ciliées sur toute sa longueur. Les vibrations des osselets de l'oreille moyenne se propagent dans le liquide et excitent les cellules ciliées. Celles-ci activent à leur tour le nerf auditif. Les informations sonores sont ainsi transmises au cerveau pour être traitées et interprétées. |
La bande passante de l’oreille couvre l’intervalle 20Hz-20kHz. Elle diminue avec l’âge, car le tympan en vieillissant a tendance à s’épaissir et à se rigidifier, ce qui fait qu’il capte moins bien les sons aigus.
Le microphone fait exactement ce que fait l’oreille. Il traduit un son acoustique en son électrique (il transforme l’énergie des ondes sonores en énergie électrique) L’oreille envoie le son au cerveau et le micro envoie le son dans des équipements électroniques. Le microphone possède un diaphragme, comme l’oreille, qui réagit aux variations de l’air.
On trouve, à l’intérieur du microphone, un aiment permanent et un diaphragme qui comme le tympan, vibre suivant les changements de pression d’air. Les vibrations du diaphragme et l’aimant permanent convertissent les changements de pression d’air en variations de la tension électrique. Lorsque la pression d’air augmente, le diaphragme qui se trouve dans le microphone est poussé vers le fond de l’appareil, ce qui provoque une tension électrique ; lorsque la pression diminue, le diaphragme s’éloigne du fond du microphone, ce qui entraîne une tension électrique opposée.
Le microphone peut capter des sons venant d’une certaine direction : c’est la directivité d’un microphone. Ainsi un microphone omnidirectionnel captera le son tout autour de lui-même tandis qu'un microphone unidirectionnel captera le son qui est devant lui.
Exemples de directivité des microphones:
Un microphone peut être plus où moins sensible. La sensibilité est une grandeur qui illustre la capacité du microphone à convertir les variations de pression en différences de potentiel. Elle est exprimée en millivolt par microbar (mV.µbar-1). Plus cette valeur est grande, plus le microphone est sensible, c'est-à-dire apte à capter des sons d’intensité très faible.
Il ne faut pas croire que l’oreille humaine est capable de percevoir tous les sons. Les sons audibles par l’oreille humaine sont ceux compris entre 20 et 20 000 Hz. Les sons dont la fréquence est supérieure à 20 000Hz sont dits « ultrasons » et ils sont trop aigus pour être entendus. Les sons dont la fréquence est inférieure à 20Hz sont dits « infrasons et ils sont trop graves pour être entendus.
Les ultrasons ont de nombreuses applications : en physique, en chimie, en technologie et en médecine.
Il est important de savoir que les infrasons sont un phénomène fréquent et naturel qui fait partie de notre vie quotidienne et de notre environnement. Leur perception suivant la hauteur, a une action évidente sur notre organisme ; les phénomènes naturels sont eux-mêmes de puissants générateurs d’infrasons : chute d’eau, vent, aurores boréales, tonnerre, séismes, éruptions volcaniques, vagues océaniques…… Certains séismes génèrent de grands déplacements verticaux de la surface du sol de plusieurs centimètres à chaque pulsion martelée par les infrasons ; des ondes infra soniques que les animaux ressentent particulièrement. Certaines personnes sensibles ressentent aussi ce martèlement des ondes sismiques infra soniques, qui provoquent chez elles anxiété et nausées. L’éléphant est capable de percevoir des infrasons inaudibles par l’homme.