Voyage au Cœur du Son : Les Ondes Sonores

Prérequis

Pour aborder ce chapitre avec succès, il est essentiel d'avoir une bonne maîtrise des notions suivantes :

En Première : La notion générale d'onde mécanique progressive (transport d'énergie sans transport de matière).

En Seconde et Première : Concepts de distance (m), temps (s), et vitesse ().

En Mathématiques : La fonction (logarithme décimal) pour le niveau d'intensité sonore.

Chapitre 1 : Le son, une onde mécanique singulière

1.1 Nature du son : une perturbation mécanique

Le son est une onde mécanique progressive. Elle a besoin d'un support matériel (solide, liquide ou gazeux) pour se propager et ne peut pas se propager dans le vide.

Définition : Une onde mécanique est une propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique, sans transport de matière.

1.2 Une onde longitudinale

Le son est une onde longitudinale : la direction de la perturbation est parallèle à la direction de propagation. Les molécules d'air vibrent d'avant en arrière dans le sens du son.

1.3 Vitesse de propagation du son

La vitesse dépend du milieu et de la température.

Milieu	Vitesse du son (à 20 °C)
Air	Environ
Eau	Environ
Acier	Environ

Dans l'air, à , elle est d'environ .

1.4 Ondes sonores, infrasons et ultrasons

Sons audibles : Fréquence entre et .

Infrasons : Fréquence inférieure à .

Ultrasons : Fréquence supérieure à .

Chapitre 2 : Les caractéristiques physiques d'une onde sonore

2.1 Période et fréquence

La fréquence et la période sont liées par : et

2.2 Longueur d'onde

La longueur d'onde est la distance parcourue pendant une période :

Exemple : Pour dans l'air () :

2.3 Intensité sonore et niveau d'intensité sonore

L'intensité sonore s'exprime en . Le seuil d'audibilité est .

Le niveau d'intensité sonore s'exprime en décibels (dB) :

Exemple : Si :

Chapitre 3 : Les phénomènes ondulatoires

3.1 Réflexion et écho

L'écho est perçu si le son réfléchi revient avec un délai supérieur à .

3.2 Diffraction

Le son contourne les obstacles. Le phénomène est marqué si la taille de l'ouverture est proche de .

3.3 Interférences

Superposition de deux ondes :

Constructives : Amplification du son.

Destructives : Atténuation du son.

Chapitre 4 : Perception et applications

4.1 Attributs du son

Hauteur : Liée à la fréquence (grave/aigu).

Timbre : Lié à la forme de l'onde (harmoniques).

4.2 L'effet Doppler

Changement de fréquence perçue dû au mouvement relatif source/observateur.

La source s'approche : le son paraît plus aigu.

La source s'éloigne : le son paraît plus grave.

—

Exercice d'application 1 : Écho Un signal revient après dans l'eau ().

Distance totale :

Profondeur :

Exercice d'application 2 : Niveau sonore Si :

Résumé

Vitesse air :

Relation fréquence/période :

Relation fondamentale :

Niveau sonore :

Effet Doppler : Décalage de fréquence lié au mouvement.