La physique du son

De manière générale, nous utilisons le terme de « son » pour désigner une sensation auditive qui naît dans notre cerveau par l’intermédiaire de notre appareil auditif.

En physique, l’étude du son désigne en réalité l’étude de l’onde qui est à l’origine de la sensation auditive du « son ».


Le son en physique


Le son est une onde produite par les vibrations d’un milieu matériel (liquide, solide, corde de guitare, peau d’un tambour…), cette onde correspond à une perturbation de la  matière due à un transfert d’énergie et sans que la matière ne soit transportée. (Un son provenant d’un haut parleur ne produit pas de courant d’air…)

La propagation du son

Nous représentons ici les étapes de la propagation d’un son provenant de la vibration d’une membrane (par exemple de haut-parleur) dans l’air

Animation: propagation d’une onde sonore dans l’air( http://www.edumedia-sciences.com/fr/a538-haut-parleur)
 
Animation: propagation d’une onde sonore plane ( http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf)

 

  • Cette ondulation se propage dans l’air sous forme d’une suite de compressions et de dilatations du gaz contenu dans l’air, à la manière d’un accordéon ou d’un serpent.
  •  Seule la compression se déplace et non les molécules constituant le milieu de propagation.
  • Ainsi, plusieurs ondes peuvent se croiser sans engendrer de perturbations. C’est pourquoi plusieurs conversations peuvent se dérouler en même temps sans que les différentes ondes sonores se perturbent entre elles.
  • Au fur et à mesure de sa propagation, ce mouvement de heurt entre les particules s’attenue. Ce qui se traduit par une perte d’énergie et par le fait qu’en pratique, le son ne peut se propager à l’infini.
  • Dans l’air, et à une température proche de 20°C, le son se propage à environ 340 mètres par secondes, sachant que le son se propage plus vite en milieu chaud qu’en milieu froid. Le son se propage à 1500m/s dans l’eau et à 5000m/s dans l’acier.
  • Le son peut aussi se propager dans un liquide ou dans un solide, de manière générale il peut se propager dans n’importe quel milieu qualifié d’élastique : c’est-à-dire un milieu matériel, déformable sous la contrainte d’une force mécanique (le choc entre les particules de l’air dans le cas du son), qui peut dans un second temps reprendre sa forme initiale lorsque cette force n’agit plus.
  • Dans le vide, le son ne peut se propager car il n’y a aucune particule pour transmettre l’action mécanique du son.

 

 

La périodicité du son

La suite de compression et de dilatation du milieu de propagation du son s’effectue de manière régulière. L’onde sonore est alors qualifiée de périodique, car la perturbation de la matière se reproduit à l’identique à intervalles de temps réguliers.

De manière générale, on distingue le son du bruit de la manière suivante :

  • Le son correspond à une perturbation périodique de la matière, on retrouve donc bien des périodes si on les visualise sous forme de tension électrique :
  • Le bruit est une perturbation quelconque (non périodique) de la matière et ne présente aucune périodicité lorsqu’il est visualisé sous forme de tension électrique :
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