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Danger de l'électricité

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Réaliser une synthèse additive de couleurs

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Réaliser une synthèse additive de couleurs

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Exercices_application

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On peut visualiser les vibrations acoustiques au moyen d'un microphone et d'un oscilloscope et identifier ainsi la relation entre ce qu'on entend et ce qu'on voit.

Fiche d'accompagnement de l'expérience:

un oscilloscope

un microphone sans alimentation externe (microphone dynamique ou microphone à électret avec pile intégrée), ou encore un haut-parleur utilisé comme microphone

des fils électriques et des fiches de branchement adaptés

des sources sonores : diapason, instruments de musique

Montage et réalisation

Brancher un microphone sur une entrée d'un oscilloscope.

Régler la sensibilité et la base de temps de l'oscilloscope de façon à observer distinctement les oscillations sur l'écran lorsqu'on parle dans le micro.

Observer ce qui est modifié à l'écran lorsqu'on émet avec la voix des sons différant par leur hauteur, leur intensité et leur timbre.

Il est également intéressant de visualiser les sons émis par des diapasons ou des instruments de musique et de les comparer aux précédents.

Explications

Les sons ne sont rien d'autre que des variations plus ou moins périodiques de la pression de l'air.

Ces variations de pression sont transformées par le microphone en tension électrique variable dont on suit les variations temporelles sur l'écran de l'oscilloscope.

En physique, on distingue le son pur (vibration parfaitement sinusoïdale de fréquence définie unique), le son composé (superposition de sons purs de différentes amplitudes dont les fréquences sont des multiples entiers d'une fréquence appelée fréquence fondamentale) et le bruit (superposition de sons dont le spectre de fréquences est continu).

Les " sons " du musicien, qu'ils soient produits par la voix ou des instruments de musique, sont en général des sons composés de hauteur définie, sauf dans le cas de certaines percussions.

La visualisation de la tension sur l'écran de l'oscilloscope permet de comprendre que l'intensité sonore est liée à l'amplitude de la tension périodique, la hauteur du son à sa fréquence et le timbre à la forme de la courbe (sinusoïdale, en dents de scie, ...). Jean-Baptiste Fourier (1768-1830) a montré qu'une fonction périodique quelconque est la somme de fonctions sinusoïdales de différentes fréquences multiples d'une fréquence dite fondamentale. Plus un son est pur, c'est-à-dire moins il est riche en harmoniques, plus la courbe sur l'écran ressemble à une sinusoïde.

Le microphone, comme tous les transducteurs électroacoustiques réels, ne peut pas être parfait. Pour une même pression acoustique, les amplitudes des tensions alternatives produites par des sons de fréquences différentes sont en général différentes, ce qui fausse légèrement les affirmations précédentes, mais heureusement de façon insignifiante. Ce phénomène est cependant très gênant si les microphones sont utilisés pour le traitement électronique du son (amplification, enregistrement, retransmission, ...). On utilise des moyens techniques plus ou moins efficaces pour assurer une réponse du micro indépendante de la fréquence du signal, c'est-à-dire pour que le microphone transforme des sons purs de fréquences différentes mais de même pression acoustique en tensions électriques de même amplitude. L'amélioration de la qualité des microphones se retrouve dans leur prix : les appareils de qualité professionnelle peuvent coûter plusieurs centaines d' €.

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On peut visualiser les vibrations acoustiques au moyen d'un microphone et d'un oscilloscope et identifier ainsi la relation entre ce qu'on entend et ce qu'on voit.

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1 TP le langage par le son chez les mamifères

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 Activite 3:Comment caractériser et exploiter un signal sonore ?

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 Activite 3:Comment caractériser et exploiter un signal sonore ?

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TP       Identifier  la trajectoire  d'un solide 

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TP       Identifier  la trajectoire  d'un solide 

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Comment passer de la fréquence des roues à la vitesse d'une voiture 

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Comment passer de la fréquence des roues à la vitesse d'une voiture 

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Comment décrire  le  mouvement  d'un véhicule 

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Comment décrire  le  mouvement  d'un véhicule 

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Nous entendons des sons : c'est-à-dire des vibrations, propagées dans l'air ou dans l'eau, qui stimulent notre oreille.
Dans la nature, tout ce qui vibre génère un son : les feuilles agitées par le vent, l'eau qui coule, les cordes d'un violon ou d'une guitare, les cordes vocales ...

Qu'est-ce qu'un son ?

Une onde sonore est une vibration des molécules autour de leur position d'équilibre (ou état de repos) qui se propage à la suite de la perturbation du milieu, le plus souvent l'air, mais qui peut aussi être solide ou liquide. Captée par notre oreille, cette vibration met en mouvement le tympan, point de départ de la stimulation de l'oreille et de la perception de l'information sonore.

Les sons et les bruits. Dans le langage usuel, ces deux termes sont souvent utilisés l'un pour l'autre. En général, on qualifie de bruits les vibrations sonores complexes qui ne sont ni de la musique, ni de la parole, ni des cris d'animaux.

Mais on parle de bruit de fond pour qualifier les sons de l'environnement, comme une conversation ou une musique en sourdine. On donne aussi au bruit une connotation de gêne qui peut-être très subjective : la pluie qui tombe sur la baie vitrée est une mélodie pour certains, un bruit désagréable pour d'autres!

Enfin le bruit est souvent associé au caractère nocif des sons trop intenses : les sons musicaux deviennent bruits à forte intensité.

Caractéristiques d'un son : fréquence, intensité, durée

La fréquence correspond au nombre de vibrations par seconde : s'il y en a peu on entend un son grave, s'il y en a davantage on entend un son aigu. On exprime la fréquence en Hertz (Hz).

L' intensité dépend de l'amplitude de la vibration : plus elle est importante, plus le son est fort ; plus l'amplitude est faible, plus le son est faible. On l'exprime couramment en décibel (dB).

La durée dépend du temps pendant lequel le milieu est perturbé. L'unité utilisée est la seconde(s).

Champ auditif humain

L'oreille de homme est sensible à des fréquences et intensités différentes ( voir page suivante)

Influence du milieu sur le son

Vitesse de propagation de l'onde

L'onde acoustique se propage dans l'air à 340 m/s, dans l'eau à 1500 m/s et à des vitesses encore supérieures dans les matériaux plus denses (3500 m/s dans l'os et jusqu'à 6000 m/s dans l'acier!). Dans le vide, dépourvu de matière, aucun son ne se propage.
Exemple : si on met une source sonore sous une cloche, on entend le son. En revanche, si on fait le vide sous la cloche, le son disparait puisqu'il n'y a plus de molécules d'air.
D'autres facteurs tels que le taux d'humidité, la température influencent la vitesse de propagation de l'onde.

Notion d'impédance

Une onde sonore peut éprouver des difficultés à passer d'un milieu à un autre car chaque milieu impose une résistance plus ou moins importante appelée impédance. Ainsi une onde qui se propage dans l'air aura du mal à être perçue dans l'eau car celle-ci à une forte impédance.
Exemple : à la plage, si vous avez la tête sous l'eau, vous n'entendrez pas la personne qui parle en marchant à côté de vous. Par contre, vous entendrez parfaitement les sons émis dans l'eau, comme le moteur d'un bateau qui passe à 100m de vous!
Quelques sons courants

Notre environnement est composé d'une grande variété de sons plus ou moins fréquents : quatre exemples sont présentés ici.

Autres propriétés liées à la propagation des sons

Lorsqu'une onde sonore est émise, elle tend à être modifiée par des paramètres tels que la distance ou d'éventuels obstacles.

Atténuation. En champ libre, c'est-à-dire dans un espace où aucun obstacle ne perturbe la propagation de l'onde sonore, son intensité acoustique diminue quand on s'éloigne de la source sonore.

Réflexion. Lorsqu'une onde sonore rencontre un obstacle tel que la paroi d'un local, une certaine quantité de l'énergie est réfléchie et revient dans la pièce : c'est la réflexion. Les réflexions successives constituent la réverbération.

Absorption. Une autre quantité de l'énergie est absorbée en partie par les matériaux constituant la paroi : les hautes fréquences étant plus facilement atténuées que les basses.

Transmission. Une partie de l'énergie est transmise dans la pièce voisine par le biais de la paroi, qui agit comme une source sonore secondaire.

Évolution du son dans un environnement clos

Dans le cas présent, le son d'une batterie se réfléchit sur les murs et cloisons de la pièce. Une des cloisons est prise en exemple pour montrer qu'elle absorbe une partie de l'énergie sonore et en transmet une autre.

Dans la pièce à côté, l'intensité du son résiduel dépendra de la capacité de la paroi à absorber. Théoriquement, le son doit être moins fort, sinon c'est que la paroi est inefficace.

Quelques originalités sonores

Le "mur" du son

La sirène d'ambulance (effet Doppler)

La gamme infinie

L'effet Larsen

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Voyage au centre de l'audition - Spécialites

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