Une corde de guitare pincée, une membrane de haut-parleur, tes cordes vocales : toute source sonore vibre. Cette vibration se transmet de proche en proche à l’air jusqu’à ton oreille. Ce chapitre décrit un son par sa fréquence, son spectre et son intensité, et explique comment les instruments produisent des notes.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Décrire la production et la propagation d’un son
- Distinguer son pur et son composé ; relier hauteur et fréquence fondamentale, timbre et harmoniques
- Calculer un niveau d’intensité sonore en décibels
- Relier la fréquence d’une corde vibrante à sa longueur, sa tension et sa masse linéique
1. Production et propagation
Un son est une onde mécanique : une perturbation (compression et dilatation du milieu) qui se propage de proche en proche, sans transport de matière. Il a besoin d’un milieu matériel : il ne se propage pas dans le vide.
| Milieu | Vitesse du son (ordre de grandeur) |
|---|---|
| Air (20 °C) | ≈ 340 m/s |
| Eau | ≈ 1 500 m/s |
| Acier | ≈ 5 000 à 6 000 m/s |
f =
L’oreille humaine perçoit les sons de fréquence comprise entre environ 20 Hz et 20 000 Hz. En dessous : infrasons ; au-dessus : ultrasons.
2. Son pur, son composé, hauteur et timbre
Son pur : Son dont le signal varie de façon sinusoïdale avec le temps (diapason, générateur basse fréquence). Son spectre comporte une seule fréquence.
Son composé : Son périodique non sinusoïdal. Il se décompose en une somme de sons purs de fréquences f₁ (le fondamental) et n × f₁ (les harmoniques).
fₙ = n × f₁
- La hauteur d’une note (grave ou aiguë) est liée à la fréquence du fondamental.
- Le timbre (ce qui distingue un violon d’une flûte jouant la même note) dépend des harmoniques présents et de leurs amplitudes, ainsi que de l’évolution du son dans le temps (attaque, extinction).
Lire un spectre
Le spectre d’un son présente des pics à 220 Hz, 440 Hz, 660 Hz et 880 Hz.
- Fondamental : f₁ = 220 Hz (plus petite fréquence)
- 440 = 2 × 220, 660 = 3 × 220, 880 = 4 × 220 : harmoniques de rangs 2, 3 et 4
C’est un son composé de hauteur 220 Hz (un la grave).
3. Intensité et niveau sonore
Intensité sonore I : Puissance transportée par l’onde par unité de surface, en W/m².
L = 10 log()
- Quand l’intensité est multipliée par 10, le niveau augmente de 10 dB.
- Quand l’intensité est multipliée par 2 (deux sources identiques), le niveau augmente d’environ 3 dB.
- Les niveaux ne s’additionnent pas : deux sources de 60 dB donnent environ 63 dB, pas 120 dB.
Calculer un niveau
Une conversation produit une intensité I = 1,0 × 10⁻⁶ W/m².
- = = 10⁶
- L = 10 × log(10⁶) = 10 × 6 = 60 dB
Le niveau sonore est de 60 dB.
4. Les instruments de musique
Un instrument associe un excitateur (archet, doigt, souffle), un vibrateur (corde, colonne d’air, membrane) et souvent une caisse de résonance qui amplifie le son en mettant en vibration une grande surface d’air.
f₁ = √()
- Corde plus courte (on appuie sur une frette) : son plus aigu.
- Corde plus tendue : son plus aigu (c’est ainsi qu’on accorde une guitare).
- Corde plus lourde (masse linéique plus grande) : son plus grave (cordes graves plus épaisses).
À retenir
- Le son est une onde mécanique : il ne se propage pas dans le vide ; ≈ 340 m/s dans l’air.
- Son pur : sinusoïdal ; son composé : fondamental f₁ et harmoniques fₙ = n × f₁.
- Hauteur ↔ fréquence du fondamental ; timbre ↔ harmoniques et leur amplitude.
- L = 10 log() ; × 10 en intensité ⟹ + 10 dB ; × 2 ⟹ + 3 dB.
- Corde : f₁ = √() : plus courte ou plus tendue ⟹ plus aiguë.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.