1- Emission et perception d’un son
Le son fait partie de notre vie. L’homme l’utilise pour communiquer par la voix, pour se détendre par la musique.Voici quelques exemples d’émetteurs sonores :
Pour émettre un son tous ses objets vibrent.
Lorsqu’un haut parleur vibre, l’onde se propage dans l’air provoquant des zones de dépressions et de surpressions.
Dans l’air, la propagation du son se traduit par la mise en vibration, de proche en proche, des molécules de part et d’autre de leur position moyenne. Il en résulte des variations de pression.
2- Caractéristiques d’un signal sonore (Période et Fréquence)
Une fois que l’on a enregistré un signal sonore par un microphone, on dit que l’on a fait une acquisition. Cette acquisition est représentée par une courbe plus ou moins complexe.
On a enregistré deux sons différents :
Elle traduit l’évolution du son au cours du temps.
La 1ère courbe a un enregistrement régulier. On dit que la La source sonore
est émise par un
émetteur.
Elle se propage dans un
milieu matériel
Les sons émis sont captés par un
récepteur
.
2-1 La période
Un signal est dit périodique si sa représentation présente un motif qui se répète au cours du temps de la même manière.
Le plus petit motif qui se répète est appelé
motif élémentaire
(en bleu)La
période
d’un signal périodique correspond à ladurée d’un motif élémentaire
. Elle s’exprime enseconde (s)
.Calculer la période des enregistrements suivants :
Enregistrement ① Enregistrement ② Enregistrement ③
2-2 La fréquence
La fréquence correspond au
nombre périodes par seconde
.Les unités du SI : T : période en seconde et : la fréquence en Hertz.
Exemple : Calculer la fréquence de ce signal périodique.
(Aide : Il faut calculer la période et ensuite la fréquence du signal)
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Exercices
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3- Application
Exercice n°1 : Repasser sur les graphiques suivants une période et déterminer sa valeur. Et dans un second temps calculer la fréquence.
Signal Période (T) en secondes Fréquence (ƒ) en Hertz
Exercice n°2 : La sirène utilisée en France pour alerter une population émet un signal sonore de fréquence 380 Hz.
Calculer la période de ce signal sonore.
Exercice n°3 : Le pendule du professeur Tournesol à une période de 0,5 seconde. Calculer sa fréquence.
Que deviendrait la période et la fréquence lorsque le professeur serait sur la Lune. Justifier la réponse.
4- Hauteur d’un son
Voici deux enregistrements de deux diapasons différents.
Le 1er son est grave et le 2ème est aigue.
On remarque que le motif élémentaire pour un même intervalle de temps est plus important dans le 2ème enregistrement.
Conclusion : la fréquence du 2ème enregistrement à une fréquence plus haute que le 1er signal. On dira que la hauteur des sons est différente.
La hauteur correspond à la fréquence du son considéré.
5- Le timbre d’un son
Voici l’enregistrement de deux même notes jouées par deux instruments de musique différents.
La fréquence est la même donc la hauteur du son est la même.
Les motifs élémentaires ont des allures différentes (Forme de la représentation temporelle différente), on dira que les deux sons n’ont pas le même timbre.
Exercice n°1 : Que pouvez-vous dire de la hauteur et du timbre de ses deux enregistrement.
Exercice n°2 : Déterminer les instruments qui jouent la même note. Justifier la réponse.
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6- Intensité sonore
Les sons n’ont pas tous la même intensité sonore. Certain sont presque imperceptibles, d’autres agréables et d’autres sont si fort qu’ils peuvent endommager le tympan. Par exemples :
Son imperceptible Son agréable Son désagréable
Chute des feuilles Flutiste Marteau piqueur
On perçoit les sons avec plus ou moins « d’intensité ». Pour exprimer cette intensité on définit la grandeur physique intensité sonore qui correspond à la puissance de vibration reçue par unité de surface. Elle se note et s’exprime en Watt par mètre carré ;
Le seuil d’audibilité pour l’oreille humaine à pour intensité sonore : .
Pour faire état de la perception des sons par l’oreille humaine, les scientifiques ont créé une nouvelle grandeur : Le niveau sonore. Noté et s’exprime en décibel (dB). Plus facile à manipuler.
Il est défini par l’expression :
: L’intensité du son étudié en
Exemple : Pour alors La mesure se fait avec un sonomètre.
L’exposition sonore tient compte du niveau d’intensité sonore et de la durée d’exposition auxquels l’oreille est soumise. Une exposition sonore trop importante peut avoir des conséquences irréversibles. (Surdité partielle ou totale).
7- Réflexion d’une onde
7-1 Mise en évidence du phénomène
La réflexion est un brusque changement de direction à la rencontre d’un obstacle. Après réflexion l’onde reste dans son milieu de propagation.
L’angle d’incidence (i) est le même que l’angle réfléchi (r).
La Normale c’est la droite perpendiculaire séparant la surface de deux milieux différents.
L’écho est un phénomène physique qui renvoie le son de la voix d’une personne qui parle.
Ce phénomène physique est utilisé par les sonars des bateaux pour détecter les fonds marins ou dans le domaine de la santé lors d’une échographie.
7-2 Généralités
Pour cela, on utilise une sonde comprenant un émetteur et un récepteur de salves ultrasonores disposés côte à côte. Les ultrasons émis sont réfléchis par les obstacles qu’ils rencontrent et retournent vers la sonde.
La durée t de l’aller-retour est liée à la valeur de la vitesse de l’onde dans le milieu de propagation et la distance (d) séparant l’émetteur du récepteur de la surface réfléchissante.
La distance parcourue par l’onde pour effectuer l’aller et le retour est donnée par la relation suivante :
Unités : en mètres (m) ; en m.s
-1(ou m/s) ; en secondes (s)
Démonstration :Exemple 1 : Un bateau émet une salve d’ultra-son dirigée vers le bas. Il y a réflexion des ondes au bout d’un certain temps t. On observe les signaux suivants :
Donnée : vitesse de l’onde dans l’eau salée
① Quelle est la valeur de t ? A quoi correspond-t-elle ?
② Calculer cette distance.
③ Interpréter les modifications observées lorsque la distance varie.
Exemple 2 : On réalise l’expérience de la réflexion d’une onde ultrasonore.
Lorsqu’une onde ultrasonore rencontre un obstacle, celle-ci est réfléchie.
Calibre : 0,2 ms/div Calculer la distance exprimée en centimètres, entre l’obstacle et le récepteur.
Vitesse de l’onde sonore : Signal émetteur
Signal récepteur
Temps (en secondes)
