La manière dont un son est perçu par l’oreille humaine (sa hauteur, son timbre et son niveau sonore) est directement liée aux caractéristiques (la fréquence, la forme et l’amplitude) du signal sonore.
I Hauteur
L’oreille est sensible aux sons de fréquences comprises entre environ 20 Hz et 20 kHz : les sons audibles. En deçà de 20 Hz, on parle d’infrasons et au-delà de 20 kHz d’ultrasons.
La hauteur d’un son est caractérisée par sa fréquence. Plus la fréquence d’un son est élevée, plus le son est aigu. Plus sa fréquence est faible, plus le son est grave.
II Timbre
Deux sons de même fréquence mais de timbres différents
Des signaux sonores de même fréquence qui n’ont pas la même forme ne sont pas perçus de la même manière. On dit que les sons n’ont pas le même timbre.
Exemple : La même note la3 (440 Hz) émise par des instruments de musique différents est perçue différemment.
III Niveau d’intensité sonore
L’intensité sonore notée I (en W · m–2) est l’énergie transmise par unité de temps et par unité de surface au tympan de l’oreille recevant le signal sonore.
Plus l’amplitude du signal sonore est grande, plus l’intensité sonore est élevée et plus le microphone qui capte ce signal produit un signal électrique de forte amplitude.
Le niveau d’intensité sonore noté L s’exprime en décibels (dB).
Repère
À noterSi l’intensité sonore double, le niveau d’intensité sonore croît de 3 dB, passant par exemple de 50 à 53 dB. Si l’intensité est multipliée par 10, le niveau croît de 10 dB.
MéthodeComparer des sonsGrâce à un microphone relié à un système d’acquisition informatisée, on enregistre le son émis par un diapason, une guitare et une trompette.
a. Quelle est la durée de chaque enregistrement ?
b. Quelle est la grandeur représentée en ordonnée des enregistrements ?
c. Les trois sons ont-ils le même timbre ? la même hauteur ?
d. Quel est le son le plus aigu ? le son le plus grave ?
Repère
Conseilsc. Comparez la forme des signaux puis les fréquences des signaux.
d. Sans calcul, recherchez le son de plus haute fréquence, puis celui de plus basse fréquence.
Solutiona. On lit sur l’axe des abscisses que chaque enregistrement dure 20 ms.
À noterLes trois tensions électriques enregistrées sont des tensions alternatives.
b. Les sons sont captés par un microphone qui transforme le signal sonore en signal électrique. L’axe des ordonnées des enregistrements représente donc la tension électrique exprimée en volts (V).
c. Les trois signaux sont périodiques mais ils n’ont pas le même timbre puisqu’ils n’ont pas la même forme.
Pour le diapason, on compte un peu moins de 9 périodes en 20 ms. Pour la guitare et la trompette, on compte un peu moins de 5 périodes en 20 ms. Cela signifie que les sons émis par la guitare et par la trompette ont environ la même fréquence et donc la même hauteur, contrairement au diapason.
d. Le son le plus aigu correspond à la fréquence la plus haute et le son le plus grave à la fréquence la plus basse. Compte tenu de la réponse précédente, on peut dire que le son émis par le diapason est le plus aigu des trois tandis que les sons émis par la guitare et par la trompette sont les plus graves.
