Légende de la leçon
Vert : définitions
I. La propagation : milieu et célérité
Rappel
Le son nécessite un milieu pour se propager. Il n’y a donc pas de son dans le vide.
On mesure la célérité (vitesse) de propagation du son dans une barre métallique : on frappe l’extrémité A de la barre à l’aide d’un marteau et on enregistre le son, à travers les capteurs piézoélectriques (microphones), en A et en B, à l’aide du logiciel Audacity (un logiciel libre de gestion de l’audio).
On mesure ensuite la célérité de propagation du son dans l’air. L’émetteur US (ultrason) émet un signal (inaudible). Un premier récepteur enregistre le signal sur une voie de l’oscilloscope (Voie 1 ou Ch 1 ou YA) puis un second récepteur placé un peu plus loin enregistre à son tour le signal sur l’autre voie. On visualise à l’écran un décalage dans le temps entre les deux signaux. On peut alors calculer la célérité du son dans l’air, avec la formule v = dt.
On constate que les célérités mesurées dans ces deux expériences sont différentes. La célérité de propagation du son dépend donc du milieu.
La célérité dépend de la masse volumique du milieu et de la température. Dans l’air, on a : v ≈ 20,05 T avec T la température en kelvin.
Définitions
On parle de vitesse quand il y a déplacement de matière et de célérité pour la propagation des ondes.
Le tableau suivant donne d’autres exemples de célérités dans différents milieux :
II. Les niveaux acoustiques
1) Vocabulaire
Le son est la sensation auditive engendrée par la fluctuation périodique de la pression de l’air. Cette fluctuation se fait par rapport à la pression d’équilibre (la pression atmosphérique) et est ressentie au niveau de l’oreille.
Cette variation de la pression se représente sous forme d’une onde sinusoïdale dont l’amplitude P caractérise le niveau de pression acoustique. Cette amplitude traduit l’intensité de la sensation. Elle est mesurée en Pascal [Pa].
La puissance sonore s’exprime quant à elle en watt et ne dépend que de la source.
2) L’intensité acoustique
Un signal sonore transporte de l’énergie.
L’intensité acoustique I (ou intensité sonore) correspond à la puissance P transportée par les ondes sonores par unité de surface S : I = PS.
Remarque
Dans le cas d’une onde sphérique, on a donc : I = P4π R2.
L’intensité acoustique s’exprime en watt par mètre carré (W/m2). Les valeurs des intensités sonores se répartissent entre 10–12 (seuil d’audibilité) et 102 W/m² (fusée Ariane au décollage).
3) Le niveau d’intensité acoustique
Le niveau d’intensité acoustique L, en décibels (dB), se calcule avec la formule :
L = 10 log II0 ↔ I = I0 × 10L10, où I0 correspond à l’intensité acoustique de référence, d’une valeur de 10–12 W/m².
À savoir
Les niveaux d’intensité acoustique ne s’ajoutent pas.
4) L’atténuation
Le son s’atténue avec la distance. Par exemple, pour un haut-parleur, le niveau d’intensité acoustique baisse de 6 dB quand on double la distance.
