Les caractéristiques du son
Une onde sonore est caractérisée par trois paramètres acoustiques et trois paramètres physiques essentiels, liés entre eux :
Lorsqu’un diapason émet un son, ses branches effectuent des vibrations amorties.
On a représenté ci-dessous la vibration fondamentale d’un diapason et deux harmoniques. L’amplitude des vibrations des branches est si faible et si rapide qu’on ne voit rien à l’œil nu. Lorsque les branches touchent l’eau, leur vibration se transmet à l’eau et on peut voir des ondulations à la surface.
De la même façon, un diapason qui vibre dans l’air transmet à l’air ses vibrations dont la propagation permet d’entendre un son.
La vibration fondamentale d’un diapason et deux harmoniques.
On peut visualiser les vibrations acoustiques au moyen d’un microphone et d’un oscilloscope et identifier ainsi la relation entre ce qu’on entend et ce qu’on voit.
Ces variations de pression sont transformées par le microphone en tension électrique variable dont on suit les variations temporelles sur l’écran de l’oscilloscope.
Les différents types de sons
Son pur ;
Un son pur (ou son simple) correspond à une onde sinusoïdale dont la fréquence et l'amplitude maximale sont constantes au cours du temps.
Il s’agit du son le plus simple qui puisse exister.
Dans la nature, un tel son n’existe pas. Seul un appareil électronique peut générer ce type de son.
(graphique représentant un son pur à droite sur l'écran d'un oscilloscope)
Son complexe ;
La plupart des sons que nous percevons dans notre environnement ne sont pas purs mais complexes. Ils sont composés de plusieurs sons purs de fréquences et d'amplitudes différentes.
Graphiquement, un son complexe est représenté par une courbe périodique, non sinusoïdale et de forme compliquée. Elle est la résultante de la superposition de plusieurs vibrations : la vibration fondamentale de fréquence f1 sur laquelle se superposent des vibrations harmoniques dont les fréquences sont des multiples de la première.
La différence entre un son agréable et un bruit se situe dans les harmoniques qui les composent. En effet, pour un son agréable, la fréquence des harmoniques est un multiple de celle de la fondamentale. À l’inverse, les fréquences des harmoniques d’un bruit ne sont pas liées à celle de la fondamentale.
Un son est généralement composé d’une onde fondamentale, que l’on entend le plus, et d’harmoniques. Celles-ci sont moins présentes à l’audition, mais leur addition avec la fondamentale forme le timbre du son final, et permet de différencier les voix de deux personnes, par exemple.
(un harmonique est une composante d'un son périodique (et plus généralement d'une onde), qui possède une fréquence multiple de la fréquence fondamentale.)
Les caractéristiques de l'émission
Pour qu'un son soit créé, il faut un dispositif naturel ou artificiel, qui soit composé de deux parties essentielles : un système mécanique vibrant et une structure résonnante.
1) la source de vibration,
La source de vibration, appelée excitateur, a donc pour fonction principale de vibrer. Cette vibration provoque alors un mouvement de l'air, ou d'un autre milieu environnant, d'avant en arrière ce qui est la définition d'une onde acoustique. Cette onde aura donc la même fréquence que celle à laquelle vibre l'excitateur. Chez l'homme, la structure vibrante est constituée par les cordes vocales, qui, grâce à leur tension modulable, nous permettent de faire varier la fréquence de son émis. Ainsi l'ensemble des organes qui produisent des sons chez l'homme est l'appareil phonotoire et l'homme détient une capacité à produire des sons variés grâce : à la tension des cordes vocales et la cavité buccale (qui peut changer de forme).
L'appareil phonatoire humain
2) la structure résonnante,
elle a pour but de rendre les sons audibles. Elle va amplifier certains sons qui lui parviennent. C'est donc cette partie du dispositif qui est responsable de l'émission sonore. Chez l’homme, le rôle de la structure résonnante est jouée par la gorge (notamment par le larynx et le pharynx) et la cavité bucco-nasale.
3) milieu de propagation,
La propagation du son est liée aux mouvements de vibration des particules, qui constituent le milieu autour de la source sonore, qui crée ces vibrations.
Les sources sonores lors de leurs émissions de vibration, vont déformer le milieu, ce milieu (selon ses caractéristiques) va plus ou moins s'élastifier, et cette déformation est transmise aux molécules voisines, ceux-ci vont faire de même, ainsi de suite.
Ce qui se passe de plus prés, c'est que la propagation de l'onde est une succession de compressions et de dépressions des molécules entre elles qui se déplacent dans un milieu. Entre ces deux zones de surpression ou de dépression, il y a une certaine distance qui les sépares, qui dépend de la nature du milieu (solide, liquide ou gazeux par exemple).
La vitesse de propagation du son dépend de certaines propriétés du matériau dans lequel il se propage : la pression, la chaleur, la compressibilité. Plus le milieu est élastique (moins il est rigide), plus la vitesse de l’onde sera faible. Ci-dessous quelques exemples de la vitesse de l'onde dans des matériaux différents.
Nous avons réalisé l’expérience de la cloche à vide :
Lorsque la pompe se met en marche, l'air est enlevé de la cloche et le son disparaît petit à petit. Après 2 minutes, nous n'entendons aucun son venant de l'appareil. Nous pouvons en déduire que le son ne se propage pas sans la présence d'air.
