Signaux et ondes sonores
Le son, c'est de l'air qui vibre. Et parfois ton prof qui crie.
Cours
Nature du son
Un son est une onde mécanique : une perturbation de pression qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel (air, eau, solide).
→ Pas de son dans le vide.
Célérité du son
- Dans l'air à 20°C : $v \approx 340$ m/s
- Dans l'eau : ≈ 1500 m/s
- Dans l'acier : ≈ 5000 m/s
$$v = \frac{d}{\Delta t}$$
Période et fréquence
- Période $T$ : durée d'un motif qui se répète (s)
- Fréquence $f = 1/T$ : nombre de motifs par seconde (Hz)
L'oreille humaine perçoit de 20 Hz à 20 000 Hz. En dessous : infrasons. Au-dessus : ultrasons.
Hauteur et timbre
- Hauteur d'un son ↔ fréquence (aigu = f élevée, grave = f basse)
- Timbre ↔ forme du signal (permet de distinguer une guitare d'un piano qui jouent la même note)
Niveau sonore
Mesuré en décibels (dB) avec un sonomètre.
- 0 dB : seuil d'audition
- 60 dB : conversation
- 85 dB : seuil de danger (exposition prolongée)
- 120 dB : seuil de douleur
Formules clés
Méthodes
Mesurer la célérité du son
- 1Mesurer la distance d entre la source et le récepteur
- 2Mesurer la durée Δt entre l'émission et la réception (oscilloscope, micro)
- 3Calculer v = d / Δt
Astuces & pièges
Pour estimer la distance d'un orage : compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre, divise par 3 → distance en km.
Le décibel n'est PAS proportionnel : +10 dB = ×10 en intensité sonore. 80 dB n'est pas "un peu plus fort" que 60 dB, c'est 100× plus intense.
Teste-toi
1.Un son de fréquence 440 Hz a une période de :
2.Le son ne se propage pas :
3.Un son aigu correspond à une fréquence :
Exercices corrigés
Tu galères ? Normal. Cherche d'abord, regarde le corrigé après.
Un éclair est vu, puis le tonnerre est entendu 6 s plus tard. Distance de l'orage ? (c_son = 340 m/s)
Un son a une période T = 2,5 ms. Calculer sa fréquence f et préciser s'il est audible.
Le niveau sonore passe de 60 dB à 90 dB. Comment évolue la sensation auditive ?
Une corde de guitare vibre à 440 Hz (La3). Quelle est la fréquence de la même note une octave au-dessus ? Deux octaves ?
Pour aller plus loin
Vidéos, fiches et exos vérifiés (Maths et tiques, Lumni, Khan Academy, Physagreg…).