1. Le son, les ondes et la fréquence
1.1 Définitions
Le Son:
Un son pur correspond à une onde sinusoïdale (une courbe représentant des arches semblables à celles de la sinusoïde) dont la fréquence et l'amplitude maximale sont constantes au cours du temps.
Au contraire, certains sons sont dit complexes, ils se composent de plusieurs sons purs de fréquences et d'amplitudes différentes.
L'Onde:
Une onde sonore est une perturbation mécanique qui se propage dans un milieu matériel.
Les fréquences audibles par l’être humain s’étendent de 20 Hz à 20 000 Hz (20 KHz). En dessous de 20Hz, il s’agit d’infrasons, au-dessus de 20KHz, il s’agit d’ultrasons.
La Fréquence:
La fréquence est le nombre de fois qu’un phénomène se reproduit en une seconde. Elle est symbolisée par la lettre f et est exprimée en hertz (Hz).
L'Intensité Sonore:
L'intensité sonore est la grandeur qui permet de caractériser la "force" du son. Elle est exprimée en Watt par mètre carré (W/m²) et correspond donc à un débit d'énergie par unité de surface. Elle est notée I. Plus l'intensité sonore est élevée et plus le son perçu est fort.
L'oreille humaine peut en moyenne percevoir des sons ayant une intensité sonore supérieure à 10-12 W/m²
Le seuil de douleur correspond à une valeur d'environ 10 W/m2.
1.2 Propriétés du son
Le son est produit par des vibrations (cordes vibrantes, cordes vocales, membrane d’un haut- parleur, …). Ces vibrations font déplacer des particules dans un milieu comme par exemple l’air ou l’eau. Le son ne se propage pas dans le vide. La vitesse de la propagation du son, autrement dit la célérité notée c va dépendre de la densité du milieu de propagation et de la température.
Le son peut être caractérisé par trois paramètres :
- La fréquence (ou sa hauteur)
- L’intensité (ou le niveau sonore)
- Le timbre (la « richesse » du son)
Plus le milieu est dense, plus la vitesse de propagation du son sera importante et plus le milieu est chaud, plus la vitesse de propagation sera augmentée.
La formule pour calculer la vitesse de propagation du son est : c = f x λ
f est la fréquence exprimée en Hz
c correspond à la célérité exprimée en m/s.
λ correspond à la distance entre les crêtes de vagues successives exprimée en m.
Le niveau d'intensité sonore
Entre le seuil d'audibilité (10-12 W/m²) et le seuil de douleur (10 W/m²), l'intervalle de l'intensité sonore est très large. Pour réduire cet interalle et avoir des grandeurs plus simples à interpréter, on définit le niveau d'intensité sonore à l'aide du logarithme (fonction qui réduit les grandeurs, par exemple log 10 = 1, log 100 = 2, log 1000 = 3, etc...).
Cette grandeur se note L et s'exprime en décibel (dB).
Elle se calcule de la manière suivante: L = 10 x log ( I/I0 )
L en Décibel (dB)
I, l'intensité sonore de la source en W/m²
I0, le seuil d'audibilité: I0 = 10-12 W/m²
Pour I = I0:
L = 10 x log (I0/I0)
= 10 x log 1
= 0 dB
Pour I = 10 W/m²:
L = 10 x log (10/10-12)
= 10 x log 1013
= 10 x13
= 130 dB
Les valeurs du niveau d'intensité sonore entre le seuil de douleur se situent entre 0 dB et 130 dB.
