COURS - CARACTERISTIQUE DU SON

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Secteur Sciences
Son et Lumière
Leçon N°4
Les caractéristiques du son
Introduction :
L’objectif de cette séquence de cours est de permettre aux étudiants de comprendre les caractéristiques d’un son (mesures et
mises en valeur), ainsi que de leur apprendre comment on utilise ces caractéristiques dans la vie courante (divers montages
acoustique et protection).
Nous verrons en préambule la différence entre son et bruit et nous allons commencer par demander aux élèves de nous donner
des valeurs en dB de sons de la vie courante :
bruit de fond grand magasin : 60 dB
Klaxon automobile : 75 dB
Moto de course à 2m. : 100 dB
Désert : 7 dB
Grotte : 2 dB
Périphérique int/ext : 110 dB
Discothèque 120 dB
Réacteur d’avion 130 dB.
1. Les caractéristiques physiologiques d’un son
1.11.21.3-
L’intensité d’un son
La hauteur d’un son
Le timbre d’un son
2. Les autres caractéristiques
2.12.22.3-
La fréquence d’un son
La longueur d’onde d’un son
La vitesse du son ou célérité
3. Utilisation de l’acoustique dans la vie courante
3.13.23.3-
Intensité acoustique
Niveau d’intensité acoustique
Vers l’isolation phonique
Synthèse
224.04 : Les caractéristiques du son
Cours
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
Document n°1 : L’échelle de bruit.
1. Les caractéristiques physiologiques d’un son
Elles se différentient des autres caractéristiques physiques par le simple fait qu’elles sont directement liées à ce que nous
percevons.

Expérience :
L’expérience consiste ici à envoyer un signal sinusoïdal vers un haut parleur puis à observer ce qui se produit :
Matériel :
un GBF,
un oscilloscope,
un haut parleur,
des
fils
électriques.
Montage :
On effectue le montage
suivant :
On peut alors découvrir
ensemble (avec les élèves)
les
différentes
caractéristiques d’un son.
1.1-
L’intensité d’un son
1.2-
La hauteur d’un son
1.3-
Le timbre d’un son
Lorsque l’on augmente l’amplitude du signal sinusoïdal que nous envoyons vers le haut parleur d’un son, on remarque que le
son est plus fort.
 Le son est d’autant plus fort que l’amplitude des vibrations de la membrane du haut parleur sont
importante.
Lorsque l’on augmente la fréquence du signal sinusoïdal que nous envoyons vers le haut parleur d’un son, on remarque que le
son est aigu.
 Le son est d’autant plus aigu que la fréquence des amplitudes des vibrations de la membrane du haut
parleur est importante.
Lorsque nous n’envoyons plus un signal sinusoïdal mais triangle ou carré, on remarque que le son change, se modifie. Dans ce
cas précis, ni la fréquence ni l’amplitude n’ont été changées, on définit alors le timbre d’un son qui correspond à la forme du
signal émis.


Le timbre définit la qualité d’un son, c’est ce qui permet à l’oreille de différentier des sons complexes de
même hauteur et de même fréquence (la même note) produit par des instruments différents.
Le timbre d’un son dépend de la forme de la vibration sonore.
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Remarque :
Afin d’évoquer cet exemple, on peut donc tout simplement demander aux élèves grâce à quel caractère physique d’un son, il
faut la différence entre un piano, une guitare ou un flûte.
Une expérience sympa consiste à brancher avec EXAO ou ORPHY un microphone et lui envoyer une note d’un piano ou d’un
autre instrument dont nous disposons au labo et à montrer aux étudiants la différence avec un son non complexe avec les
transformées de FOURIER. Même si ils ne comprennent pas tout ils voient la différence entre un son simple et un son complexe
et appréhendent les fréquences (sur un la par exemple).
2. Les autres caractéristiques
2.1
La fréquence d’un son
Expérience :
L’expérience consiste ici à envoyer un signal sinusoïdal vers un haut parleur puis à observer ce qui se produit :
Montage :
On effectue le même montage que précédemment un branchant en voie B un microphone et on observe à l’oscilloscope le
signal suivant :
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
-12 -10 -8 -6 -4 -0,1
-2 0
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
-0,7
-0,8
-0,9
-1
-1,1
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Dessiner l’oscillogramme obtenu sur le graphique suivant :
Déterminer la période et la fréquence du signal obtenu.
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
Document n°2 : Applications
On se propose de créer expérimentalement une note connue de musique : le LA. Pour cela, nous savons que le LA440 a une
fréquence f= 440 Hz.
1- Calculer sa période.
2- En fonction du balayage choisi, retrouver cette note.
3- Vérifier le résultat obtenu avec un diapason.
2.2-
La longueur d’onde d’un son
Préambule :
Pour toute onde, on sait qu’il existe une période temporelle, que nous venons d’évoquer, mais aussi une période spatiale que
nous allons maintenant évoquer.
Définition :
Pour toute onde sonore (son), la longueur d’onde , c’est à dire la distance parcourue par cette onde pendant la période T, est
donnée par la relation :
  c T
ou

C
f
Remarque :
Les unités :
c est en fait la valeur de la vitesse de la lumière dans l’air (METRE/SECONDE : m/s),
 est la longueur d’onde (METRE : m),
T est la période temporelle (SECONDES : s),
f la fréquence du son (Hertz : Hz).

Document n°3 : Applications
On donne la note LA pour une fréquence de 440 Hz. Calculer sa longueur d’onde dans l’air à 20 °C.
Même question pour le DO dont la fréquence est de 261,6 Hz.
2.3-
La vitesse du son ou célérité
Préambule :
On peut dire à ce niveau qu’il existe plusieurs méthodes pour calculer cette célérité qui peuvent être réparties en deux grandes
familles :
Les mesures directes (elles sont en général accompagnées d’une acquisition via un interface informatique),
Les mesures indirectes (qui sont plus simples) qui utilisent les différentes caractéristiques d’une sonde sonore
notamment la longueur d’onde.

Expérience :
On utilise encore le même montage que précédemment.
Le but de cette manipulation est ici la mesure indirecte de la vitesse du son dans l’air à 20 °C.
Principe :
Le principe est simple :
On place le microphone face au HP de manière à ce que les signaux obtenus sur l’oscilloscope soient en phase, et on
note la position du microphone,
On recule le microphone jusqu’à l’obtention nouvelle de deux signaux en phase,
On note la distance entre les deux positions du micro cette distance donne directement ,
On mesure la période T à l’oscilloscope,
On calcule alors la célérité du son avec la formule :

224.04 : Les caractéristiques du son
C
f
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3. Utilisation de l’acoustique dans la vie courante
Dans cette dernière partie assez courte, nous allons voir une des exploitations principales des ondes sonores (car il existe aussi
le principe du sonar qui peut aussi permettre de faire le lien avec l’optique) qui est l’isolation phonique.
Donc dans cette troisième partie nous allons présenter le TP qui permet de déterminer les qualités d’isolants phoniques de
certaines matières (plastique, verre, bois,…) en les comparant les unes avec les autres.
Mais pour cela nous devons définir les unités afin que notre expérimentation ne soit pas qu’expérimentale (« c’est un bon
isolant, c’est un mauvais isolant »).
Pour cela, il faut évoquer l’intensité acoustique ainsi que les niveaux d’intensités acoustiques.
3.1-
Intensité acoustique
Définition :
L’intensité acoustique est la valeur moyenne de la puissance transmise dans une direction donnée par unité de surface. Elle est
notée I et elle vaut :
I
Unités :
I : intensité acoustique en W/m²,
P : puissance acoustique transmise en W,
S : Surface en m².
3.2-
P
S
Niveau d’intensité acoustique
Définition :
Le niveau d’intensité acoustique se mesure à l’aide d’un sonomètre. Il se mesure en décibel (dB), il se note L et vaut :
L  10 log
Unités :
L : intensité acoustique en dB
IO : intensité acoustique de référence IO = 10-12 W/m²,
(Cette valeur correspond au minimum audible pour l’oreille humaine)
3.3-
I
Io
Vers l’isolation phonique
Voir le TP de FMB
Synthèse
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