Le son, phénomène vibratoire

Le niveau d'intensité sonore

Le niveau d’intensité sonore

 

I. L’intensité sonore

 

Définition : l’intensité sonore se note $I$ (en $W.m^{-2}$) et représente la puissance par unité de surface de l’onde sonore. C’est la puissance que l’on obtient sur un petit élément de surface.

 

A. 1, 2, 3 instruments

En fonction du nombre de sources sonores, l’intensité sonore varie. On considère comme source sonore un instrument de musique et on se place à $1 m$ de cet instrument. Celui-ci émet une onde sonore et on reçoit une intensité sonore $I$ à $1 m$ de distance.

Si cette fois il y a deux instruments, l’intensité sonore va être $2 times I$, puis $3 times I$, s’il y a trois instruments, etc. Ainsi l’intensité sonore est additive.

 

B. Effet de la distance

En fonction de la distance à laquelle on se place l’intensité sonore varie. On considère un seul instruments et l’on se place à $1 m$ de cet instrument, on reçoit alors une intensité sonore $I.$ Si maintenant on se place à $2 m,$ alors l’intensité sonore est divisée par deux, à $3 m$ on divise l’intensité sonore par trois, etc. Ainsi, l’intensité sonore décroît inversement au rayon.

On peut noter : $I(R_2)=dfrac{R_1}{R_2}times I(R_1)$

 

II. Le niveau d’intensité sonore

 

Le niveau d’intensité sonore est différent de l’intensité sonore, ce ne sont pas les mêmes grandeurs.

 

Définition : le niveau d’intensité sonore s’exprime en décibel (dB) et vaut : $L=10 times log(dfrac{I}{I_0})$.

$I_0$ est l’intensité sonore de référence et vaut $I_0=10^{-12} W.m^{-2}$.

On peut ainsi calculer le niveau d’intensité sonore si on connaît $I,$ mais on peut aussi connaître l’intensité sonore si on connaît le niveau d’intensité sonore : $I=I_0 times 10^{frac{L}{10}}$ (formule réciproque).

 

Variation de $L$ avec $I$

Comment varie le niveau d’intensité sonore lorsque l’intensité sonore varie ?

On a alors :

$I to 2I Rightarrow L to L+3 dB$

$I to frac{I}{2} Rightarrow L to L-3 dB$

Le son, phénomène vibratoire

Le son, phénomène vibratoire

 

I. Le son

 

A. L’onde sonore

Un son et une onde sonore.

Définition : un son est la propagation d’une perturbation sans transport de matière dans un milieu matériel.

Exemple : la voix. L’air se comprime dans la bouche et cette compression de l’air se propage de proche en proche jusqu’à l’oreille qui peut entendre le son.

Les ondes sonores ne peuvent se propager que dans des milieux matériels : l’air, l’eau ou un solide mais pas le vide (dans l’espace, il n’y a pas de son) !

 

B. Son pur et son composé

Définition : un son pur est un son constitué d’une unique note (pour la musique), c’est-à-dire d’une unique fréquence (pour la physique).

Exemple : le diapason produit un son pur.

 

Définition : un son composé est un son composé de plusieurs notes, c’est-à-dire de plusieurs fréquences.

Exemple : la voix est un son composé.

 

Cas particulier : un son composé particulier est un son dont les fréquences qui le composent sont multiples les unes des autres. On a alors une fréquence fondamentale $f_1$ et les autres fréquences sont des harmoniques $f_2$, $f_3$, etc. Et $f_2=2 f_1$, $f_3=3 f_1$, etc.

 

C. Comment produire un son ?

Il y a plusieurs manières de produire un son :

– une corde tendue que l’on fait vibrer (guitare, piano),

– une peau tendue que l’on fait vibrer (tambour, haut parleur),

– on emprisonne une certaine quantité d’air dans un milieu confiné que l’on fait vibrer (la voix ou les instruments à vent : flûte, saxophone).

 

II. Spectre d’un signal

 

A. Le son pur

On connaît déjà la représentation temporelle d’un signal sonore : on trace l’amplitude du signal en fonction du temps. Il existe une autre représentation possible, qui s’appelle la représentation fréquentielle. On représente cette fois l’amplitude du signal en fonction de la fréquence (en Hz). On connaîtra alors l’amplitude du signal pour chaque bande de fréquence.

Pour un son pur, il n’y a qu’une unique fréquence donc dans la représentation fréquentielle il n’y aura qu’un seul trait. Toute l’amplitude du signal est contenue dans une seule fréquence.

 

B. Le son composé

À l’inverse, pour un son composé, il y a plusieurs fréquences. La représentation fréquentielle sera composée de plusieurs traits à des fréquences différentes.