L'émission d'un son Cours

Sommaire

IL'émission et la propagation d'un sonALa source de l'émission sonoreBLe rôle du milieu de propagationCLa vitesse de propagation d'un signal sonoreIILes caractéristiques d'un signal sonore périodiqueALa notion de signal sonore périodiqueBLes caractéristiques d'un signal périodique
I

L'émission et la propagation d'un son

A

La source de l'émission sonore

Un son est émis lorsqu'un objet est le siège de vibrations.

Lorsqu'on martèle un diapason, celui-ci émet un son car ses lames entrent en vibration :

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Pour qu'un son soit émis convenablement, il est nécessaire que la vibration de la source soit transmise à une caisse de résonance.

Lorsque l'on martèle un diapason :

  • s'il n'est pas posé sur sa caisse de résonance, le son émis est très peu intense et quasiment inaudible ;
  • s'il est posé sur sa caisse de résonance, le son est beaucoup plus intense et se propage plus efficacement dans l'air.
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Pour émettre un son convenablement, toute source sonore doit être composée de deux éléments :

  • un objet vibrant, ou excitateur ;
  • une caisse de résonance, ou résonateur, qui rend plus efficace la transmission de la vibration de l'objet à l'air (on parle de couplage entre l'objet vibrant et l'air).
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L'émission d'un son par une guitare acoustique est due à ses cordes et à sa caisse de résonance.

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B

Le rôle du milieu de propagation

Les sons sont des ondes mécaniques : ils nécessitent un milieu matériel (solide, liquide ou gaz) pour se propager et ne peuvent pas se propager dans le vide (contrairement aux ondes lumineuses).

Si l'on place une sonnette dans une cloche dans laquelle le vide a été fait, on peut la voir vibrer mais aucun son n'est émis.

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Dans le milieu matériel dans lequel le son se propage, la vibration est transmise de proche en proche, sans déplacement de matière mais avec un transport d'énergie (on parle d'onde progressive).

Lorsqu'un haut-parleur émet un son, la vibration de la membrane est transmise aux couches d'air et se transmet de proche en proche.

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C

La vitesse de propagation d'un signal sonore

La vitesse de propagation (ou célérité) du son est indépendante de sa nature ou de la source émettrice mais dépend du milieu de propagation. Dans l'air, la vitesse du son est de 340 m \cdot s−1. Dans les milieux plus denses, elle est plus importante.

La vitesse du son est d'environ 1500 m \cdot s−1 dans l'eau et de 6000 m \cdot s−1 dans l'acier.

Pour mesurer la vitesse du son, on peut visualiser sur un ordinateur ou un oscilloscope la durée qui sépare la réception d'un signal sonore par deux récepteurs placés à des distances différentes de l'émetteur :

 

Étape 1

Capter un son par deux récepteurs éloignés d'une distance d

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Étape 2

Mesurer le retard \Delta t  (à l'aide de graduations, d'une échelle ou des réglages de l'oscilloscope).

 

Étape 3

Calculer la vitesse v = \dfrac{d}{\Delta t}

Si les deux récepteurs sont éloignés de 34,0 cm, on mesure un retard de 1,00 ms.

La vitesse du son est alors :

v= \dfrac{d}{\Delta t}\\v= \dfrac{34,0 \cdot10^{-2}}{1,00\cdot10^{-3}}\\v= 340 \text{ m}\cdot \text{s}^{-1}

Pour réaliser la mesure du retard avec un oscilloscope, il faut :

  • déterminer le nombre de divisions correspondant au retard ;
  • multiplier le nombre de divisions par la base de temps (ou durée de balayage), indiquée par le bouton « TIME / DIV. ».
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Ici :

  • le nombre de divisions correspondant au retard est 2,0 div ;
  • la base de temps est 0,5 ms/div.

 

Le retard est donc :

\Delta t = 2,0 \times 0,5 = 1,0 \text{ ms}

II

Les caractéristiques d'un signal sonore périodique

A

La notion de signal sonore périodique

Signal périodique

Un signal périodique est un signal qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

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Motif élémentaire

Un motif élémentaire correspond à la plus petite partie du signal périodique permettant de le reproduire complètement.

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B

Les caractéristiques d'un signal périodique

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Pour déterminer plus précisément la période d'un signal sur un graphique, il vaut mieux mesurer une durée plus importante qui correspond à plusieurs périodes et ensuite diviser par le nombre de périodes correspondant.

La représentation temporelle du son émis par un diapason est la suivante :

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  • Sa période est : 4T = 9,0 \text{ ms}, soit  T =\dfrac{9,00}{4} = 2,25 \text{ ms}.
  • Sa fréquence est :  F_{\left(\text{Hz}\right)}=\dfrac{1}{T_{\left(s\right)}} = \dfrac{1}{2,25 \cdot 10^{-3}} = 440 \text{ Hz}.

 

Ainsi, ce diapason émet un son tel que son motif élémentaire se reproduit 440 fois par seconde.