Le son (2)
1 La propagation du son
1.1 La propagation du son
1 - Comment le son peut-il se propager?
- Nous avons vu le détail d'une chaîne sonore, l'élément central de celle-ci est le milieu matériel dans lequel peuvent se propager les vibrations.
- Puisque le milieu doit être matériel, le son ne peut pas se propager dans le vide, le vide "stoppe" les vibrations
2 - Les vibrations sonores
- Expérience à faire : placer une bougie devant un haut parleur et faire fonctionner le haut parleur, on constate que la flamme de la bougie se raccourcit et vibre
- Explication : les vibrations de la membrane du haut-parleur se transmettent aux molécules d'air proches et se propagent. Les vibrations sonores se propagent.
1.2 La vitesse de propagation du son
A - Dans un milieu homogène
- La vitesse de propagation du son est constante
- La vitesse de propagation du son est égale à : la distance qu'il a parcouru / le temps qu'il a mis
pour parcourir cette distance
Essentiel : Dans l'air, à la température de 20°C, le son se propage à la vitesse de 340m.s-1
Pour les sons et les ultrasons :
Puisque dans un milieu homogène leur vitesse de propagation est constante, la distance parcourue est
donc proportionnelle à la durée du parcours. On utilise donc toujours v = d / t (avec d en mètres (m),
t en secondes (s), et v en mètre par seconde (m.s-1))
B - Dans d'autres milieux
- La vitesse du son dépend du milieu de propagation
- Le son se propage plus rapidement dans les solides et les liquides que dans l'air
1.3 Onde sonore sinusoïdale
A - Qu'est-ce qu'une onde sonore?
Ce sont les vibrations sonores qui se propagent qui constituent une onde sonore. On étudie une onde sonore avec un oscilloscope (cf plus bas)
B - Quelles sont les caractéristiques d'une onde sonore sinusoïdale ?
Elle possède 2 périodes
- Une période temporelle T et une fréquence ƒ= 1/T
- Une périodicité spatiale, caractérisée par la longueur d'onde
(exprimée en mètres) qui vaut
= v x T ou
= v / ƒ, avec v la vitesse
de propagation du son dans le milieu étudié.
Comment analyser une onde sonore sinusoïdale ?
- Premier problème : comment transformer une onde sonore, composée de vibrations de l'air en
tensions électriques que l'on pourra observer avec l'oscilloscope?
C'est précisément le rôle du microphone: il transforme un son à la fréquence ƒ en un signal électrique de même forme et de même fréquence ƒ - Deuxième problème : comment obtenir une onde sonore sinusoïdale?
Les sons "purs" (comme le La d'un diapason) ont pour propriété d'être des ondes sonores sinusoïdales. - Le montage pour l'étude d'un son pur : Un haut parleur est alimenté par un Générateur basse
fréquence relié à la voie A d'un oscilloscope, un microphone est relié à la voie B.
2 Courbes apparaissent, elles ont la même forme et la même période.
L'énergie acoustique : le son transporte de l'énergie, c'est cela qui explique que le bruit des avions dépassant le "mur du son" soit capable de briser des glaces.
2 La réception sonore
2.1 L'oreille
A) Description
L'oreille comporte 3 parties
- L'oreille externe qui capte les vibrations sonores
- L'oreille moyenne qui transmet et amplifie ces vibrations
- L'oreille interne qui les convertit en influx nerveux
L'oreille est un capteur sensible aux sons et pour les êtres humains, les sons dont les fréquences sont comprises entre 20 et 20 000hz sont "audibles".
B) La sensation auditive
Elle dépend de :
- L'intensité des sons reçus : l'intensité sonore (I) est une unité de puissance. Elle indique la puissance acoustique reçue par m2 de récepteur (son unité est donc le W.m-2).
- La fréquence, sachant que la sensibilité maximale de l'oreille humaine se situe aux alentours de 3000hz.
- Le niveau d'intensité acoustique L est lui mesuré en décibels Relation entre intensité sonore et niveau d'intensité acoustique: Chaque fois que I double, L augmente de 3 décibels.
Relation entre intensité sonore et niveau d'intensité acoustique : Chaque fois que I double, L augmente de 3 décibels.
2.2 Le microphone
- Il est composé principalement : D'une membrane, d'un aimant, d'une bobine Son rôle est de convertir un signal sonore de fréquence ƒ en un signal électrique de même fréquence ƒ.
- Son rôle est exactement l'inverse de celui d'un haut- parleur.
Qu'est-ce que l'induction ?
Lorsqu'une bobine est déplacée au voisinage d'un aimant il se crée une tension électrique aux bornes de la bobine. Cette tension est appelée tension induite.
Les ondes sonores émises dans le microphone provoquent donc la création d'une tension induite dont la valeur dépend des caractéristiques des ondes sonores émises. Grâce à l'induction le signal sonore est donc converti en signal électrique.
Vocabulaire relatif au microphone :
La bande passante est le domaine de fréquences pour lesquelles le microphone est performant.
La directivité d'un microphone est représentée par un diagramme indiquant de quelle direction doit provenir un son pour être capté.
Sa sensibilité lie la variation de pression et la tension de sortie.
3 Les ondes ultrasonores
3.1 Propriétés
Les ultrasons sont inaudibles car leur fréquence est supérieur à 20000Hz
Comme les ondes sonores, les ultrasons :
- Ne peuvent se propager que dans les milieux matériels
- Se déplacent dans l'air à la vitesse de 340m.s-1
3.2 Directivité
Comme les ondes lumineuses, les ondes sonores et ultrasonores se propagent de manière rectiligne dans les milieux homogènes.
NB : on représentera la direction des faisceaux sonores par une flèche
3.3 Réflexion des ultrasons
L'onde ultrasonore est renvoyée par une surface vers une direction particulière.
Il existe deux lois concernant la réflexion :
- Le rayon réfléchi se trouve dans le plan d'incidence (le plan vert, perpendiculaire à la surface grise)
- L'angle de réflexion i1' est égal à l'angle d'incidence i1
Indiquez toujours le sens de propagation des ondes par les flèches.
