Physique-Chimie — Seconde

Ondes sonores et acoustique — Seconde Physique-Chimie

Nature du son, fréquence, hauteur, timbre, intensité sonore et pollution acoustique.

Par ProfBot

Ondes sonores et acoustique — Seconde Physique-Chimie

🎯 Objectif : Comprendre la nature du son et ses caractéristiques physiques.


1. Production et propagation du son

Le son est une onde mécanique produite par la vibration d'un objet.

Propagation :

Célérité du son :


Air (20°C) : 340 m/s
Eau : 1500 m/s
Acier : 5000 m/s

2. Propriétés d'une onde sonore


T = période (s)    f = fréquence (Hz) = 1/T
λ = longueur d'onde (m) = v × T = v/f

Le son est une onde longitudinale : les particules vibrent dans la même direction que la propagation.


3. Hauteur d'un son

La hauteur d'un son (grave ou aigu) est liée à sa fréquence :

Domaines de fréquence :


f < 20 Hz      : infrasons (inaudibles — séismes, éléphants)
20 ≤ f ≤ 20 000 Hz : zone audible par l'homme
f > 20 000 Hz  : ultrasons (inaudibles — chauves-souris, médecine)

Note musicale La : f = 440 Hz (référence)


4. Intensité et décibels

L'intensité sonore I mesure la puissance du son par unité de surface.


Niveau sonore : L = 10 × log(I/I₀)    [en décibels, dB]
I₀ = 10⁻¹² W/m²   (seuil d'audibilité)
SituationNiveau sonore
Silence absolu0 dB
Conversation normale60 dB
Aspirateur70 dB
Concert rock110 dB
Seuil de douleur120 dB

⚠️ L'échelle est logarithmique : +10 dB = intensité × 10 !


5. Timbre d'un son

Deux instruments jouant la même note ont une hauteur identique mais un timbre différent.

Le timbre est lié à la forme de la courbe du signal sonore → présence de partiels (harmoniques) à différentes intensités.


6. Enregistrement et représentation

Oscilloscope : montre la tension U en fonction du temps → représentation temporelle du signal

Sur un oscilloscope on lit :

Spectre de fréquences : représentation de l'amplitude en fonction de la fréquence → permet de voir les harmoniques


7. Pollution acoustique

Les bruits excessifs sont nuisibles :

Protection : bouchons d'oreilles, casques anti-bruit, isolation acoustique des bâtiments.

Effet Doppler : quand une source sonore se rapproche, la fréquence perçue est plus élevée (son plus aigu) ; quand elle s'éloigne, plus basse (son plus grave).


8. Applications


📝 Exercices

  1. Son de 440 Hz dans l'air (v=340 m/s). Calculer T et λ.
  2. Sur oscilloscope : une période occupe 5 carrés, base de temps = 2 ms/div. Calculer T et f.
  3. Bruit à I = 10⁻⁸ W/m². Calculer le niveau sonore en dB.
  4. Un sonar émet un signal et reçoit l'écho après 0,3 s. Profondeur de l'obstacle ?
  5. Si on double l'intensité sonore, de combien augmente le niveau en dB ?

✅ À retenir


Son : onde mécanique, besoin d'un milieu
v = λf = λ/T    T = 1/f
Audible : 20 Hz à 20 kHz
Grave ↔ f basse    Aigu ↔ f haute
Niveau sonore : L = 10 log(I/I₀)
Echelle logarithmique : +10 dB ↔ ×10 en intensité

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