Chapitre

Rappels

Le son se propage dans l'air, dans l'eau, dans le métal, dans les roches, mais pas dans le vide. Plus la distance entre une source sonore et un auditeur est grande, plus il s'écoulera de temps entre l'émission et la réception du son (le son est perçu avec du retard). L'oreille humaine n'est pas capable de capter tous les sons. Il existe notamment des sons inaudibles dont les fréquences sont très basses, les infrasons, et Inversement des sons inaudibles dont les fréquences sont très élèvées, les ultrasons.
Des sons trop puissants peuvent exposer l'oreille à des dommages parfois irréversibles, et cela d'autant que l'exposition à ces sons est répétée et prolongée.

Émission et propagation du son

Une cloche qui tinte, une notification sur le portable, une touche de piano, la voix d'un ami : les sons sont omniprésents dans notre quotidien. Quel point commun entre toutes ces sources sonores ? Elles produisent des ondes lorsqu'un objet entre en vibration : le métal de la cloche frappé par le battant, la membrane du haut-parleur dans le téléphone qui oscille, la corde du piano qui vibre, les cordes vocales dans le larynx. Les musiciens utilisent beaucoup les vibrations pour produire des sons : la corde des instruments à corde (guitare, violon, piano, ...), la vibration de l'air dans les instruments à vent (flûte, orgue, clarinette, ...), la vibration de tiges ou de plaques dans les instruments à percussion (cymbales, batterie, xylophone). Pour accorder un instrument, on emploie un diapason : c'est une pièce métallique en forme de U dont les vibrations émettent un son pur qui sert de comparaison.

Vidéo illustrant le fonctionnement d'un diapason

De nombreux instruments possèdent une caisse de résonance, comme la guitare ou le violon par exemple dont le rôle est de sélectionner et d'amplifier les ondes sonores. C'est aussi le cas des cordes vocales : la caisse de résonance est composée des voies aériennes supérieures : le larynx, l'oropharynx, la bouche, etc.

Comment le son se propage-t-il ?
Pour parvenir jusqu'à nos oreilles, les ondes sonores voyagent depuis leur source dans un milieu de propagation. Le son peut voyager dans l'air, dans l'eau, dans un métal, etc. Les vibrations de la source se communiquent aux points du milieu placés à côté qui vibrent à leur tour. Ces vibrations se communiquent de nouveau aux points voisins, etc, de proche en proche et chaque seconde, les vibrations s'éloignent de leur source d'une certaine distance : le son se propage avec une certaine vitesse. Dans l'air, le son progresse à la vitesse de 340 m/s, soit près de 1 000 km/h.

Vidéo illustrant que le son n'est pas instantané mais qu'il voyage avec une certaine vitesse

Signal sonore périodique

Un bruit et un son, ça n'est pas la même chose. Pour faire la différence, on peut par exemple brancher un microphone à un ordinateur et enregistrer un bruit, comme un papier qu'on froisse, et un son, comme une note de musique : l'enregistrement d'un bruit montre un signal brouillé, désordonné, irrégulier tandis que le signal d'un son est régulier et reproduit un motif qui se répète. Un tel signal est appelé signal périodique.

Enregistrement d'un La₃ d'un diapason. Le temps est en ms.

La période du signal désigne la durée d'un motif élémentaire, c'est-à-dire la plus petite durée après laquelle le motif élémentaire se reproduit à l'identique. La période se mesure en seconde. Quand un piano joue un La₃, le motif du signal se reproduit avec une période de 2,27 millisecondes. Si le piano joue cette note durant une seconde, le motif pourra alors se répéter 440 fois dans cet intervalle de temps : la corde du piano vibre 440 fois par seconde : c'est la fréquence de la note. Elle se mesure en Hertz, de symbole Hz : f_La₃ = 440 Hz.

Vidéo illustrant les signaux de différentes notes

Perception du son

L'oreille est l'organe capable de capter les sons : le signal sonore est traduit en un message nerveux que le cerveau peut interpréter. Une oreille se comporte comme un microphone. L'oreille humaine n'est pas capable d'entendre tous les sons présents dans la nature. Pour qu'un son soit audible, il doit posséder un certain niveau sonore et une certaine fréquence.

Vidéo qui illustre l'influence de la fréquence d'un son sur la perception de l'oreille

Plus la fréquence d'un son est importante, plus le son est aigu à l'oreille. La gamme de fréquence des sons audibles par l'Homme s'étend de 20 Hz à 20 kHz, même si ces valeurs sont différentes pour chaque personne. Hors de cette gamme, on parle d'infrasons (fréquence inférieure à 20 Hz) ou bien d'ultrasons (fréquence supérieure à 20 kHz). Deux instruments peuvent jouer la même note, un La₃ par exemple, l'oreille saura distinguer s'il s'agit d'un piano ou d'un violon. Cela s'explique par la forme du motif élémentaire qui sera différente pour chaque instrument : on parle du timbre de l'instrument.

Un son dont l'amplitude serait trop faible ne serait pas perçu par l'oreille. En effet, l'amplitude d'un signal sonore est liée à son intensité. Le niveau d'intensité sonore se mesure en déciBels (dB). L'oreille est fragile : l'exposition prolongée à un niveau d'intensité sonore trop élève (supérieur à 100 dB) provoque des dommages qui peuvent aller jusqu'à la surdité.