1. PRODUCTION ET PROPAGATION

1.1. Production : le son est produit par des corps en vibration . Les vibrations

provoquent alors une perturbation de la pression du milieu . Exemple : la vibration des branches dun diapason provoque alternativement compression et dilatation des tranches dair proximit de ces branches

1.2. Propagation : Ce mouvement vibratoire se propage de proche en proche aux couches suivantes : londe sonore est LONGITUDINALE : la direction de propagation et la direction de la perturbation sont les mmes.

1.3. Caractristiques dun son :

* Frquence f : les sons audibles pour lhomme se situent dans le domaine 20 Hz (son grave) < f < 20.000 Hz (son aigu).

Ce quon appelle la hauteur dun son est directement li sa frquence : Exemples : clavier de piano : 25 Hz 5000 Hz

Violon : 200 Hz 4000 Hz * Vitesse de propagation : clrit

Pour les gaz, on dmontre que : Pour lair : c = 330 m.s1 Pour une temprature de O C Pour les liquides et les solides : Csol > Cliq > Cgaz Ceau = 1600 ms

1 ; Cpierre = 4000 ms1 ;

* Longueur donde dans lair : ll = cf c = 340 m.s1 temp. ambiante

si f = 20 Hz alors l = 34020

= 17 m

si f = 500 Hz alors l = 340500

= 0,68 m

Ces valeurs montrent limportance des phnomnes de diffraction pour le son. Les ouvertures (portes et fentres) sont de lordre de grandeur de la longueur donde l : ces ouvertures jouent donc le rle de sources secondaires qui remettent dans toutes les directions de lespace.

* Timbre dun son : il est directement li la nature du son :

On distingue : - son pur : cest une vibration dite simple qui correspond une vibration

sinusodale ; la pression scrit : p = pm sin (2pf t + ) - son quelconque : cest une vibration dite complexe, priodique. Mais toute

vibration priodique peut se dcomposer en une somme de fonctions sinusodales de frquence f , 2f , 3f , , kf (dcomposition de FOURIER)

LES ONDES SONORES

g =CpCv

R = Cte gaz parfaitsM = masse molaire T = temprature

c = gg R TM

2Quand le mme son (mme frquence fondamentale et mme amplitude) est produit par un instrument de musique diffrent, la forme donde est diffrente.

Le diapason met un son correspondant une vibration harmonique simple (cest dire sinusodale) Le violon et le hautbois mettent des sons complexes : Les formes donde sont priodiques mais pas sinusodales . Un son complexe est la superposition de vibrations sinusodales : superposition de la vibration fondamentale de frquence f avec dautres vibrations simples de frquence 2f, 3f, , kf,

ANALYSE DUN SON COMPLEXE :

Certaines oreilles sensibles sont capables de reconnatre la prsence dharmoniques. Cest HEMHOLTZ (physicien allemand 1821-1894) qui a mis au point un systme de rsonateurs pour analyser un son complexe Les progrs de llectronique ont permis de mettre au point des circuits qui filtrent les harmoniques captes par un micro : frquence et intensit correspondante.

La figure 265 ci-dessus reprsente lanalyse du timbre du basson, instrument au son trs timbr jusqu la 10ime harmonique.

T

3

On reprsente le rsultat de cette analyse sous la forme dun spectre acoustique. (figure 266) La figure ainsi obtenue porte en abcisses le numro des harmoniques et en ordonnes lintensit de chacune delles On obtient alors une srie de raies acoustiques correspondant au son mis par le basson.

2. GRANDEURS LIEES A LINTENSITE DUN SON 2.1. Pression acoustique ou pression sonore :

p = pm sin (2pT . t + ) . On dfinit la pression efficace : Ps =

1T

0 T p2dt

Le seuil daudibilit correspond la pression minimale en dessous de laquelle loreille ne peroit plus le son Ps0 = 2.10

5 Pa Le seuil de douleur correspond la pression maximale supportable par loreille : Psmax = 63 Pa

2.2. Intensit sonore ou intensit acoustique : I en W.m2 * relation entre intensit et pression : I = k. Ps2

* relation entre intensit sonore et loignement : cest le phnomne daffaiblissement du son.

Seuil daudibilit : Io = 10

12 W.m2 Seuil de douleur : Imax = 10

2 W.m2 2.3. Niveau sonore ou niveau acoustique en dB (dcibels)

On peut dfinir trois types de niveau acoustique :

NIVEAU DINTENSITE ACOUSTIQUE : (en dB) Si I = Io alors NI = 0 dB (seuil daudibilit)

Quand on sloigne dune source sonore donne, le son saffaiblit cause de la distance. Si la source sonore met dans toute les directions de lespace, les couches dair successives concernes par londe sonore sont des sphres de rayon R. On dit que le son se propage par ONDES SPHERIQUES.

I= P4ppR2

* P : correspond puissance de la source (en W)

* 4pR2 reprsente la surface de la sphre (en m2)

* I : reprsente lintensit sonore la distance R de la source (en W.m2)

NI = 10 log IIo

On peut crire :

4 NIVEAU DE PRESSION ACOUSTIQUE : (en dB) NIVEAU DE PUISSANCE ACOUSTIQUE : (en dB)

2.4. Niveau acoustique li plusieurs sources : On peut additionner les intensits sonores en un point donn. On calcule alors : Itot = I1 + I2 + I2 partir des niveaux N1 , N2 , N3 , .. Le niveau Ntot sera calculer par la formule donnant NI .

2.5. Niveau acoustique de SENSATION SONORE : en phones ou dB(A) Loreille humaine na pas la mme sensibilit toutes les frquences. Elle est plus

sensible aux sons entre 2000 Hz et 5000 Hz (phnomne de rsonance avec le tympan) et beaucoup moins sensible aux basses et aux hautes frquences.

Niveau de rfrence : f = 1000 Hz alors L (en phones) = N (en dB) Tous les autres niveaux des frquences diffrentes sont compars ce niveau On peut alors tracer, pour les diverses frquences, des courbes dEGAL NIVEAU

ACOUSTIQUE (Courbes de FLECHTER et MUNSON) :

NP = 20 log PsPso

NW = 10 log WWo