Propriétés des ondes sonores

Onde sonore

Une onde sonore est une onde mécanique longitudinale de compression-dilatation du milieu à trois dimensions.

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Par Thierry DugnolleTravail personnel, CC0, Lien

L'oreille humaine moyenne perçoit des ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz.

Ultrasound range diagram-fr

Hauteur d'un son

Au contraire d'un bruit, un son a un caractère périodique.

Copie d'écran de l'animation d'une onde sonore

Hauteur d'un son

La hauteur d'un son caractérise le caractère grave ou aigu d'un son.

Un son est:

  • grave si sa fréquence est faible,
  • aigu si sa fréquence est élevée.

Niveau d'intensité sonore LL

Dans le cas des ondes sonores on définit le niveau d'intensité sonore LL en décibel en utilisant une échelle logarithmique.

L=10logII0L=10 \log{\frac{I}{I_0}}

Notations

  • LL : intensité sonore en dBdB

  • II : intensité sonore mesurée en Wm2W·m^{-2}

  • I0I_0: intensité minimale perceptible par l'oreille : I0=1,0×1012Wm2I_0 = 1,0×10^{-12} W·m^{-2}

Utiliser une échelle logarithmique
  1. Calculer le niveau d'intensité sonore correspondant à:

    • une conversation normale : I=1×107Wm2I = 1×10^{-7} W·m^{-2}.
    • une moto : I=5×104Wm2I = 5×10^{-4} W·m^{-2}.
    • deux motos : I=103Wm2I = 10^{-3} W·m^{-2}.
  2. Combien de motos faut-il pour atteindre un niveau d'intensité sonore de 100dB?
Diagramme de Fletcher

Notre oreille n'a pas la même sensibilité pour toutes les fréquences, le diagramme de Fletcher est une représentation de la sensibilité de l'oreille humaine en fonction de la fréquence. Spectre audition

Timbre d'un son

Timbre d'un son

Le timbre désigne l'ensemble des caractéristiques sonores qui permettent d'identifier un instrument ou une voix.

Voici des exemples d'instruments jouant tous un son de même hauteur, un La :

  • guitare acoustique
  • guitare électrique avec distorsion
  • orgue
  • orgue rock

Les sons sont issus de MuseScore 2 sous licence libre MIT

Analyse spectrale

L'analyse spectrale d'un son permet de déterminer l'amplitude des diverses vibrations sinusoïdales présentes dans un son.

Copie d'écran de la simulation du repaire des sciences

On peut distinguer deux types de sons:

  • les sons purs qui sont constitués d'une seule fréquence. Leur représentation temporelle est une sinusoïde.

Copie d'écran de la simulation du repaire des sciences d'un son pur

  • les sons complexes qui peuvent être décomposés en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquence fn.

Copie d'écran de la simulation du repaire des sciences d'un son complexe avec des harmoniques impaires

Fondamentale

La fréquence la plus basse f1 est appelée fréquence fondamentale, elle est liée à la hauteur du son.

Harmoniques

Les autres fréquences fn multiples de f1 sont appelées des harmoniques, leurs amplitudes sont caractéristiques du timbre de l'instrument.

fn=nf1f_{n}=n f_{1}

Notations

  • fnf_{n}: fréquence de l'harmonique n en Hertz(Hz)
  • nn: entier non nul
  • f1f_{1}: fréquence fondamentale en Hertz(Hz)