A/ LA SCIENCE DU SON

A/ DE PETITES NOTES QUI SURFENT SUR LES ONDES

En ouvrant le dictionnaire de physique, la définition du son est une « Onde mécanique correspondant à la propagation de déformations et de contraintes dans un milieu élastique ou viscoélastique. » Cette définition, à première vue complexe, mérite d’être analysée. Pour simplifier, le son est une onde. C’est à dire que le son est une oscillation se propageant tels les cercles autour d’une pierre jetée dans l’eau.

vague-4.jpg

On parle d’ondes mécaniques lorsque ce qui se propage est une déformation mécanique. Cette vibration provoque un mouvement des molécules avoisinant l’émetteur qui va se déplacer de proche en proche sous forme d'onde de pression. C’est donc une onde progressive longitudinale, c’est-à-dire qu’elle se propage tout droit. Partant de cela, il serait logique de dire que le vide de l’espace empêche la propagation du son. Les lois de la physique contredisent donc les effets cinématographiques des films comme Star Wars.

Une onde peut être imagée par un oscilloscope qui affiche l’onde en fonction du temps :oscilloscope-1.gif

L’aspect du graphique permet de différencier une musique d’un bruit. En général les tracés d’ondes sonores sont irréguliers pour le bruit et régulier pour la musique. Dans ce cas, l’onde est dite périodique. Une onde possède de nombreuses caractéristiques. Cette définition de la musique n’étant pas universelle, un neuroscientifique, Daniel Levitin dit : « La différence entre la musique et un ensemble de sons aléatoires ou désordonnés tient à la manière dont ces attributs fondamentaux se combinent ainsi qu’à la relation qui se crée entre eux. Quand ils s’agencent de manière à créer du sens, ils engendrent des concepts plus élevés... ».Il définit la musique comme le reflet de l’âme de chacun.

 

Longueur d'onde, fréquence et hauteur du son

La longueur d'onde

C'est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. En physique, la période est l'équivalent temporel de la longueur d'onde : la période est le temps minimal qui s'écoule entre deux répétitions identiques de l'onde en un même point. Pour une onde sinusoïdale, la longueur d'onde est la distance entre deux pics de même signe successifs :

lbd-1.gif

L'axe x représente les distances parcourues, et z est la valeur à un instant donné
d'une quantité qui varie.
La longueur d'onde est proportionnelle à la période, et donc inversement proportionnelle à la fréquence, le nombre de sommets de même signe qui traversent un point en une durée d'une seconde. La longueur d'onde est égale à la vitesse de l'onde divisée par la fréquence de passage.

 

La fréquence

Les sons sont produits par des vibrations. Ainsi, un son peut faire vibrer des objets autour de nous, les vitres de la fenêtre par exemple. Le technicien du son peut observer que les membranes de ses haut-parleurs vibrent lorsqu'elles émettent des sons. Ces vibrations sont lentes pour les sons graves au point qu'on voit la membrane se gonfler vers l'avant et revenir vers l'arrière de façon répétitive.

Grâce à des expériences extrêmement simples, les physiciens ont pu relier la hauteur du son à sa fréquence de vibration. Ils mesurent la vitesse de vibration par le nombre d'allers et retours que fait la membrane par seconde, qu'il nomme la fréquence. Elle est mesurée en un nombre par seconde, encore appelé des "périodes par seconde" (abréviation ps) ou Hertz (abréviation Hz). Un hertz correspond à 1 vibration par seconde. Un kilohertz (kHz) correspond à 1000 vibrations par seconde et un mégahertz (MHz) à 1 million de vibrations par seconde. L'oreille perçoit les sons sur une échelle de fréquences allant à peu près de 16 hertz (son très grave) à 16 000 hertz (son très aigu). Ces limites d'audibilité ne sont pas strictes et varient en fonction des individus.

Pour nous rendre compte des valeurs des fréquences, écoutons deux sons, l'un grave de 110 Hz, suivi d'un autre aigu, de 3520 Hz, dans cette illustration sonore.

aigue.gifÉchelle de fréquence des sons audibles   

 

Cependant, il faut faire une distinction entre la hauteur absolue, mesurée par la fréquence, et la perception de la hauteur. Comme le dit E. Leipp, "la sensation de hauteur d'un son de fréquence donnée varie avec la hauteur absolue du son, avec son timbre, avec son intensité, avec le contexte musical.
 

Fréquence d’une onde selon le nombre de période (gamma) par seconde

frequence.gif 

L'intensité

Notre oreille est un organe sensible aux ondes. Ces ondes font entrer en vibration des cils se trouvant dans nos conduits auditifs. Ces vibrations sont captées par de petits muscles et par la voie des nerfs, transmises jusqu'au cerveau, où elles seront décodées et enfin "entendues". Notre oreille n'est pas sensible de la même manière aux sons de toutes les fréquences. Nous n'entendons que les sons compris dans une fourchette de 20 à 20 000 Hz. En dessous de 20 Hz, ce sont des infrasons et au dessus de 20 000 Hz, des ultrasons. La sensibilité de notre oreille est à son maximum pour les fréquences comprises entre 500 Hz et 5000 Hz. Dans cette fourchette, le seuil d'audition correspond approximativement à 10-12 W/m² (watt/metre2). Par convention, nous nous servons de cette valeur comme valeur de référence pour mesurer le volume sonore à l'aide de l'échelle logarithmique des décibels. Cette unité de volume doit son nom à A.G.Bell. C'est à Fechner que nous devons la loi qui dit que "la sensation varie à peu près comme le logarithme de l'excitation".
L'intensité d'un son en décibel est par définition : NdB = 10 log (I / I0)

Avec I0 = 10-12 W/m² et log représente le logarithme décimal.

Petite théorie sur le logarithme décimal.

Log(x) = y si et seulement si x = 10y. Donc le logarithme décimal n'est définis que pour x>0.
Log(10) = 1. Puisque 10 = 10
1
Log(1) = 0
Log(x) + Log(y) = Log (xy) et Log(x) - Log(y) = Log(x/y).

Pour donner un exemple pratique, supposons qu’une personne chante avec une intensité x. Si une autre personne vient chanter avec une même intensité, alors elles diffuseront une intensité de :

10Log(2I/ I0)=10Log(2)+10Log(I/ I0)=3+Log(I/ I0)

L’échelle des décibels est une échelle logarithmique. Ainsi, 3 décibels supplémentaires correspondent à un doublement du niveau sonore, et 9 décibels multiplient celui-ci par 8. De même, les décibels ne s'additionnent pas : deux machines à laver de niveau sonore de 60 décibels ne font pas un bruit de 120 décibels mais de 63 décibels.

Voici un tableau explicatif des sensations et effets sur nos oreilles de bruits trop importants :sans-titre-7.png

 

 

sp-97-page11a.gif

CHAMP AUDIBLE

 

pointinghandright.png

<p>
<object width="100%" height="18" data="https://player.soundcloud.com/player.swf?url=http%3A%2F%2Fapi.soundcloud.com%2Ftracks%2F18383176%3Fsecret_token%3Ds-pIepn&amp;auto_play=true&amp;player_type=tiny&amp;font=Arial&amp;color=000000" type="application/x-shockwave-flash"><param name="data" value="https://player.soundcloud.com/player.swf?url=http%3A%2F%2Fapi.soundcloud.com%2Ftracks%2F18383176%3Fsecret_token%3Ds-pIepn&amp;auto_play=true&amp;player_type=tiny&amp;font=Arial&amp;color=000000" /><param name="allowscriptaccess" value="always" /><param name="wmode" value="transparent" /><param name="src" value="https://player.soundcloud.com/player.swf?url=http%3A%2F%2Fapi.soundcloud.com%2Ftracks%2F18383176%3Fsecret_token%3Ds-pIepn&amp;auto_play=true&amp;player_type=tiny&amp;font=Arial&amp;color=000000" /></object></p>

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site

×