• Quelques rappels de la physique des sons.

              Dans les articles sur l'oreille et l'ouïe, j'ai montré une figure graduée en décibels et on me demande de préciser ce que c'est.

               Je vais donc faire un article, qui, je l'espère, ne vous rebutera pas trop, bien qu'il ressemble à un cours de physique ou de SVT du lycée.

               L'air est constitué de molécules essentiellement d'azote et d'oxygène, qui s'agitent en permanence de façon plus ou moins désordonnée (on appelle cela le mouvement Brownien). Plus la température est élevée, plus cette agitation est importante. (plus les molécules vont vite et loin).
               Ces molécules en mouvement engendrent des chocs sur toute surface qu'elles rencontrent et les forces crées sur chaque unité de surface constituent ce que l'on appelle la “pression” des molécules du gaz.

               Un objet en vibration (cordes d'un instrument de musique, anche d'un instrument à vent, diapason, nos cordes vocales, la membrane d'un tambour ou d'un haut parleur ...) induit des mouvements périodiques des molécules dans l'air et donc des variations de pression, avec une certaine fréquence et une certaine intensité, en relation avec celles de l'objet en vibration.
               Les molécules de l'air en se cognant les unes contre les autres, transmettent ces variations de pression. Le mouvement périodique induit par l'objet en vibration va donc se propager dans l'air à une vitesse de l'ordre de 365 mètres/seconde : c'est le "son".
               Des propagations analogues du son ont lieu dans les liquides et les solides, mais à des vitesses plus élevées parce que les atomes et molécules sont liés beaucoup plus rigidement, ont moins de liberté pour s'agiter, et donc transmettent alors plus vite leur vibration à la molécule ou l'atome voisins.
               Les fréquences sont comptées en nombre de vibrations par seconde (Hertz; un Hz = une vibration par seconde)

     Quelques rappels de la physique des sons.          
    L'oreille va être plus ou moins sensible à ces variations de pression et donc aux sons de diverses fréquences, en général de 20 à 16 000 Hz, avec un maximum de sensibilité vers 1 800 Hz.
               Un son “pur” a une fréquence unique. Tous les musiciens connaissent le LA 4 qui a une fréquence de 440 hz. 

               Mais ce que nous entendons est souvent un mélange de fréquences, soit parce qu'on émet en même temps des sons différents, soit parce qu'il y a des déformations de la transmission par les molécules d'air  (ou les matériaux des émetteurs), et la création de ce que l'on appelle les “harmoniques", c'est à dire des fréquences multiples de la fréquence initiale émise.

    Quelques rappels de la physique des sons.           La figure ci-contre montre la fondamentale de fréquence 50hz  et les harmoniques de rang 3 (fréquence multipliée par 3 de 150Hz) et ( (250 Hz) et la somme des trois qui se propage et qui est donc un son assez déformé par rapport au son pur initial.
               
             Face à un son dont on ne connait pas,la fréquence, on peut faire, avec un appareil de mesure ce que l'on appelle une “analyse de Fourier” (ou un “spectre de Fourier”).  
               Cela consiste à repérer la fréquence du son principal et les diverses harmoniques et à évaluer la participation en pourcentage de chacune d'entre elle au son complet
              L'oreille fait une analyse des sons analogue.

              Les bons instruments à cordes et à vent produisent peu d'harmoniques, mais celles ci-sont différentes d'un instrument à l'autre comme le montent les deux figures ci-dessous.

    Quelques rappels de la physique des sons.

     Quelques rappels de la physique des sons.

     

           

     

     

     


              Les harmoniques forment une structure bien déterminée, qui définit le timbre d'une voix ou d'un instrument. Cette structure "harmonique" est propre à chaque type de son.

              De plus l'objet en vibration communique une certaine énergie chaque seconde aux molécules de l'air (on appelle cela une puissance) et donc le son qui se propage est donc plus ou moins fort. On appelle l' “intensité” du son. 
             En acoustique on utilise une unité d'intensité bizarre dont vous avez certainement entendu parler : le décibel

              On prend pour référence la pression correspondant au plus petit son P min., audible par l'oreille à 1000 hz de fréquence
              Pour un son dont l'intensité correspond à la pression P son, le nombre de décibels est lié au rapport des deux pressions Pson / P min.
              Pour ceux ou celles d'entre vous qui ont fait un peu de maths :  D (en décibels) = 20 log de base 10 (Pson / Pmin.)
              Pour les autres rappelez vous seulement que chaque fois que l'on ajoute 20 au nombre de décibels la pression est multipliée par 10. (par exemple pour P min, D = zéro décibel et un son de D = 80 décibels correspond à un son ultra fort de pression 10 000 fois plus grande que Pmin ( 4 zéros puisque 80 = 20 X 4). Une trop forte pression détruit les cils de l'oreille interne (vers 120 décibels). Une plus forte pression encore crève le tympan.
      
              Pour vous donner une idée :
    Nombre de décibels          effets       
    zéro                                 seuil de l'audition P min
    20                                    un murmure
    60                                     une conversation
    80                                     des hurlements très forts, on n'entend plus distinctement les autres.
    90 / 100                           début de danger pour l'oreille bruits insupportables.
    120                                    douleur et dégâts à l'oreille interne avec surdité partielle définitive.
                            (120 décibels correspond à un million de fois la pression minimale d'audition).

       La règlementation interdit dans les salles de concert ou de danse  une intensité supérieure à 102 décibels, (et 94 pour les enfants) mais cela n'est pas toujours respecté et il est dangereux pour les oreillesd'être trop près des baffles.  

     

    Quelques rappels de la physique des sons.

       

     

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