Qu'est-ce-que le son ?*
DIVERS
+ DE 2 ANS
Le 03/03/2005 à 15h59
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Question d'origine :
Pourquoi la farine ne fait-elle aucun bruit en tombant ?
Réponse du Guichet
anonyme
- Département : Équipe du Guichet du Savoir
Le 03/03/2005 à 17h45
L’acoustique est une manifestation répandue de la physique des ondes. La mécanique ondulatoire constitue le principale paradigme qu’utilise le physicien pour comprendre les phénomènes sonores.
Pour le voir, constatons d’abord que tout milieu est caractérisé par une certaine compressibilité, qui diminue à mesure que le milieu se solidifie. Les interactions électromagnétiques intermoléculaires à la source de la structure d’un milieu expliquent cette compressibilité. Plus les forces intermoléculaires sont faibles, plus la compressibilité est grande, moins un milieu est élastique et moins la propagation d’une onde acoustique est efficace. Le vide interstellaire est sourd et muet (mais pas aveugle !) : aucune propagation acoustique n’y est possible. Par ailleurs, le son se propage beaucoup mieux dans l’eau que dans l’air, d’où l'importance du silence à bord de sous-marins militaires.
Imaginons un petit volume d’air, à laquelle sont associées une pression et une température reflétant l’équilibre thermodynamique des particules composant l’air. Imaginons ensuite que pour une raison ou une autre, ce petit volume soit légèrement compressée ; alors, la pression instantanée augmente proportionnellement. Les particules d’air tendent alors à revenir à leur condition d’équilibre. Ceci cause le petit volume d’air à se décompresser, et donc, à compresser les petits volumes d’air adjacents. De proche en proche, il y aura une transmission de compression, puis de décompression d’air. Il y aura propagation d’une onde acoustique, à cause des forces de rappels que caractérisent la compressibilité de l’air.
Un son est une onde de pression propagée dans un milieu mécaniquement élastique. Une onde sonore est caractérisée par une amplitude de pression , par une fréquence de vibration et par une position spatiale.
Si le choc de pression à l’origine de la propagation est spatialement circonscrit en un point de l’espace, l’onde possède une symétrie sphérique : l’amplitude de pression est constante sur une sphère centrée sur le point source. Similairement, un choc de pression à symétrie longitudinale fera naître une onde plane.
Le son muscial: une relation privilégiée entre deux ondes sonores.
Une onde sonore est décrite par la donnée d'une amplitude de pression en fonction de la position et du temps. Cette fonction est tout à fait arbitraire. Qu'est ce qui distingue les sons graves des sons aigus? Pourquoi tel son serait-il harmonieux et tel autre, dissonnant?
Réduit à sa plus simple expression, une onde n'est qu'une oscillation qui se répète indéfiniment, à l'identique. On parle alors d'une onde plane, qui produit un son dit "pur".
Voici le graphique de l'équation suivante: y=sin(2Pi*5*x); il s'agit d'une onde plane d'amplitude 1 et de période 20. Ce graphique modélise un son sinusoïdal constant à 0.05 Hz. Sachant que l'oreille humaine n'entend pas en dessous de 40 Hz, ce son est inaudible. Mais il est important, parce qu'en le combinant avec d'autres sons, on montre qu'il est possible de reproduire une forme d'onde arbitraire.
Source : Introduction à l'acoustique, sur le site Yakoala.
Dans le domaine des sons audibles, l’intensité sonore varie de W.m (ou W.m pour certaines personnes)correspondant donc à 0 décibel, c’est le seuil d’audition, à entre 1 W.m et 25 W.m (seuil de douleur), correspondant elles à entre 120 et plus ou moins 135 dB.
Remarquons que l’oreille opère donc dans un très large domaine, de l’ordre de (entre W.m et 1 W.m ). C’est donc une plage de réception très étendue pour un récepteur. Elle est équivalente à celle d’un dispositif capable de mesurer, à la fois le diamètre d’un atome (de l’ordre de m) et la longueur d’une terrain de foot (10² m). L’oreille humaine est donc sensible à une très large plage de variation de l’intensité.
Tous les bruits entre ces deux extrêmes sont audibles : le pianissimo d'un morceau de musique tourne autour de 30 décibels, une conversation normale fait ses 40 décibels, un fortissimo d'orchestre atteint 90 décibels et un jet qui décolle frise les 110. On peut répertorier quelques approximations de niveau sonore dans un tableau.
source : Les décibels sur le site Les mathématiques et la musique.
Office Fédéral de Santé publique Suisse
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