Le son Fiche bac

I

Les émetteurs et les récepteurs sonores

A

Les émetteurs

Tous les émetteurs sonores comprennent deux éléments :

  • Un excitateur qui rentre en vibration.
  • Un résonateur qui amplifie la vibration et la transmet à l'air.
Voix Instruments à cordes Instruments à vent Instruments à percussion Instruments électroniques
Excitateur Cordes vocales Cordes (frottées, pincées ou frappées)
  • Air (grâce à un biseau)
  • Anches
Peau ou membrane Membrane d'un haut-parleur
Résonateur Cavités buccales Air contenu dans le corps Air contenu dans le corps Air contenu dans le corps /
B

Les récepteurs

Les récepteurs sonores permettent de capter un son. L'onde exerce une pression acoustique sur la membrane du récepteur qui convertit cette pression en un signal électrique.

Oreille Appareils électroniques
Récepteur Tympan Membrane d'un microphone

Il existe des récepteurs particuliers dont le rôle est d'identifier une voix particulière et de déchiffrer ses paroles : c'est le principe de la reconnaissance vocale.

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Principe de la reconnaissance vocale

C

Les caractéristiques des émetteurs et récepteurs

Les émetteurs et récepteurs ne sont pas tous de la même qualité. Il existe trois critères qui définissent la qualité de ces dispositifs :

  • La fidélité, qui traduit la capacité à reproduire fidèlement les fréquences du son.
  • La directivité, qui détermine les directions privilégiées pour l'émission ou la réception du son.
  • La sensibilité, qui définit l'intensité minimale que le dispositif peut générer ou capter.

Bande passante

La bande passante d'un appareil est la plage de fréquences pour laquelle cet appareil fonctionne.

II

La perception des sons par l'oreille humaine

A

Les sons et la musique

La musique correspond à l'émission de sons liés par certains rapports afin que ces derniers donnent une certaine sensation auditive pour l'oreille.
Une gamme est une série de notes contenues dans une même octave, séparées par des intervalles réguliers afin d'obtenir la meilleure consonance possible.
Il existe différentes gammes en fonction de l'intervalle choisi entre chaque note.
La gamme tempérée est la gamme la plus utilisée dans la musique moderne. L'octave est divisée en 12 intervalles égaux appelés demi-tons :

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Gamme tempérée

B

Les caractéristiques physiologiques d'un son

Une fois capté par l'oreille humaine, un son donne une réponse physiologique caractérisée par deux paramètres : sa hauteur et son timbre. Le spectre en fréquence d'un son permet d'interpréter ces paramètres physiologiques :

Hauteur d'un son

La hauteur d'un son est liée à la fréquence la plus faible apparaissant dans son spectre qui est égale à la fréquence de vibration de l'excitateur.

Timbre d'un son

Le timbre d'un son dépend de la présence et de l'amplitude relative des autres fréquences le constituant, toutes multiples de la fréquence fondamentale : les harmoniques.

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C

Les modes de vibration d'un instrument de musique

Le son émis par un instrument est déterminé par la vibration de son excitateur (corde ou colonne d'air). Celle-ci est la somme de plusieurs composantes, ou modes, qui dépendent de plusieurs paramètres, comme l'instrument, la façon dont l'excitateur est rentré en vibration, etc.

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L'analyse spectrale du son met alors en évidence :

  • Sa fréquence fondamentale : c'est la fréquence la plus faible du spectre, elle est responsable de la hauteur du son, c'est-à-dire de la note entendue.
  • Ses harmoniques : ce sont les autres fréquences composant le son, toutes multiples de la fréquence fondamentale et responsables de son timbre.
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Décomposition d'une vibration quelconque

Ainsi, lorsque deux instruments de musique différents jouent une même note :

  • L'oreille humaine reconnaît que c'est la même note car elles ont la même hauteur.
  • L'oreille humaine sait différencier l'instrument qui a émis chaque note car elles n'ont pas le même timbre.
D

La dangerosité des sons

La puissance des sources sonores pouvant être grande, les sons perçus par l'oreille peuvent l'endommager voire la détruire. Pour évaluer la qualité de l'audition d'un individu, on réalise un audiogramme.

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Exemple d'un audiogramme

L'acoustique physiologique permet d'évaluer la dangerosité d'une source.

III

La propagation des sons dans les salles fermées (ou semi-fermées)

A

Le comportement d'une onde sur une paroi

Une onde sonore arrivant au contact d'une paroi subit des phénomènes de réflexion et d'absorption.

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Le coefficient d'absorption de Sabine d'une surface, noté α, est le rapport entre la somme des intensités sonores de l'onde réfléchie et de l'onde transmise et l'intensité sonore de l'onde incidente pour une fréquence donnée. Il est compris entre 0 et 1 : pour une fréquence donnée, plus le coefficient d'absorption de Sabine est proche de 1, plus l'énergie incidente est absorbée par la paroi.

B

La réverbération des sons

Phénomène de réverbération

Le phénomène de réverbération est la superposition de toutes les réflexions d'une onde sonore dans une salle fermée ou semi-fermée une fois la source de l'onde éteinte.

Pour évaluer la qualité de la réverbération d'une pièce, on utilise le temps de réverbération.

Temps de réverbération

Le temps de réverbération est le temps nécessaire à une diminution de 60 dB du niveau sonore dans une salle. Il dépend :

  • Du volume de la salle
  • De la capacité d'absorption de ces parois
  • De la fréquence du son

La qualité d'absorption des parois est évaluée par le calcul de l'aire équivalente d'absorption.

L'aire équivalente d'absorption est donnée par la formule :

\(\displaystyle{A = \sum{}{}{\alpha_i \times S_i}}\)

Avec :

  • A : aire d'absorption équivalente, en m2.
  • Si : surface composée d'un type de matériau, en m2.
  • \(\displaystyle{\alpha_i}\) : coefficient d'absorption de Sabine du matériau composant la paroi de surface Si.
C

Le contrôle du niveau sonore

Le contrôle du volume sonore consiste à contrôler la réverbération des sons à l'intérieur d'une salle mais aussi le niveau sonore des sons transmis à travers les parois.

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Contrôle du volume sonore