Le son

L.T.P. ST JOSEPH VANNES  COURS DE TECHNOLOGIE  BAC PROFESSIONNEL SEN
726717576
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CI3 : CHAINE DE TRAITEMENT DES INFORMATIONS ANALOGIQUES
LE SON
Objectif: Etre capable de citer les caractéristiques principales d’un son et de
donner les bases de la perception auditive
I - Caractéristiques du son
Le son est un ébranlement périodique de l'air ou variation de pression de l’air ; il se caractérise par
son intensité et sa hauteur pour les sons purs, et, en plus, par son timbre pour les sons complexes.
Un son pur peut être représenté par
une sinusoïde
A = amplitude, valeur maximale de la pression ou de la détente de l'air
T = temps d'un cycle complet t=t0 à t=t1. C'est une période T.
f = fréquence : f = 1/T en hertz.
1) Vitesse du son (m/s)
Le son, les variations de pression, se déplace dans l'air telle une série de vague sur l'eau.
Les sons ne se propagent pas dans le vide et leur vitesse dans l'air augmente avec la température; elle
est indépendante de la pression atmosphérique. A 0°C elle est de 331 m/s et à 18°C de 340 m/s.
La vitesse du son dépend du milieu dans lequel il évolue.
Air à 0°C = 331 m/s
Eau douce = 1435 m/s
Eau de mer= 1512 m/s
Acier 5 000 m/s.
2) Intensité d'un son
C'est l'amplitude de la variation de pression de l'air. Plus l'amplitude est importante, plus le
son est ressenti "fort".
3) Harmoniques
Un son pur sinusoïdal est très rare dans la nature.
Le LA 3 est fixé à 440 Hz, mais on reconnaît cette
même note jouée par un violon ou par une flûte. A
la fréquence fondamentale se superposent des
multiples ou harmoniques de rang et d'intensité
différente caractérisant le timbre des différents
instruments de musique.
4) La fréquence d'un son (Hz)
Cette fréquence est déterminée par celle de la fréquence fondamentale. Pour un instrument, c'est la
hauteur de la note.
Les sons dits graves ont une petite fréquence ( f <1kHz) exemple la basse
Les sons dits médium ont une fréquence moyenne (1kHz<f<3kHz) exemple la voix
Les sons dits aigus ont une fréquence élevée ( f >3kHz)
L'oreille humaine ne perçoit que les sons de fréquences comprises entre environ 20Hz à 20kHz, mais
ces valeurs varient largement en fonction des individus et notamment de leur age.

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II - La perception des sons par l’oreille humaine
6.1 - La pression acoustique (Pa)
Nous savons maintenant que le son résulte d'une variation périodique de la pression de l'air . Les ondes
produites transmettent une certaine quantité d’énergie. Dans le Système International (SI), l'unité de
pression est le Newton par mètre carré (N/m²) nommé en France le pascal (Pa). Pour la mesure des
niveaux de pression acoustique on adopte comme niveau de référence la pression acoustique nécessaire
pour atteindre le seuil d'audibilité à 1000 Hz qui a été fixé à 2.10-4  bar ou 20 Pa.
1 Pa = 1 N/m = 10 bar
6.2 - Le décibel
Tous les domaines liés à l'électronique font largement appel au dB. Comme indiqué au paragraphe il
s'agit d'une valeur relative qui nécessite toujours une référence 0 dB. Pour distinguer ces références, un
suffixe est ajouté derrière les lettres dB. Ainsi, vous trouverez des dBu, dBV, dB SPL, dB SL dB (A)
très employés dans le domaine audio.
La sensibilité de l'oreille n'est pas linéaire car la sensation varie comme le logarithme de l'excitation.
Pour doubler la sensation acoustique il faut multiplier par 10 la puissance sonore. C'est pourquoi on
utilise le décibel pour définir le niveau acoustique par rapport au seuil de sensibilité. Le décibel (dB)
est la dixième partie du Bel. C'est l'unité de mesure du niveau sonore.
6.3 - Calcul du niveau acoustique en dB SPL (Sound Pressure Level)
Le niveau de référence, qui permet d'établir les mesures relatives en dB correspond à une pression
acoustique de Pr=20 µPa. Le niveau de référence est donc à 0 dB SPL.
dB SPL = 20 Log(P/Pr)
P : Pression acoustique du son Pr : Pression de référence
Pression en
Pa
Niveau en
dB SPL
Source
20.1011
220
Canon à 4 mètres
20.107
140
Avion à réaction
63.106
130
Marteau pneumatique
20.10 6
120
Seuil de la douleur
63.105
110
Forge
63.103
70
Conversation à 1 mètre
20.102
40
Habitation calme
20
0
Niveau de référence
On trouve aussi parfois des valeurs exprimées en dB (A). Il s'agit d'un décibel pondéré ou
physiologique. Un filtre est appliqué à la source sonore pour éliminer les basses et hautes fréquences
qui sont peu ou pas perçues par l'oreille. Le dispositif se comporte alors comme une oreille moyenne.
Les sonomètres, appareils qui mesurent les niveaux d'intensité sonore, sont conçus suivant ce principe.
Ils sont généralement utilisés pour mesurer le niveaux des bruits dans l'environnement.

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6.4 - Le diagramme de Fletcher et Munson
Les courbes classiques de Fletcher et Munson mettent en relation la fréquence et la puissance sonore.
Elles donnent ainsi la sensibilité moyenne de l'oreille en fonction de la fréquence. Lorsque l'on
applique un signal sonore d'intensité croissante, l'oreille ne perçoit ce signal qu'à partir du seuil
d'audibilité (courbe I). Puis l'oreille perçoit l'augmentation progressive d'énergie jusqu'à un niveau où
l'audition devient douloureuse. L'oreille est saturée et aucune augmentation de sensation n'est plus
perceptible. Le seuil de douleur est atteint (courbe II).
Ce diagramme montre également que notre oreille est plus sensible aux fréquences médiums situées
entre 500 et 5000 Hz (l'oreille est plus adaptée à la parole, notre principal moyen d'expression !). Ces
courbes résultent d'une étude statistique et correspondent donc à une oreille "moyenne". Dans la
réalité, ces valeurs dépendent de nombreux facteurs comme par exemple l'âge ou l'état de santé d'un
individu.
Exercices
1) Calculer le temps que met un son pour parcourir la distance entre 2 buts de foot
2) Combien de secondes de retard aura l'écho de votre voix si le son percute un obstacle placé
à 190m?
3) Un son de période du fondamental de 0.033s est-il grave, aigu ou médium? Est-il audible?
4) En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer le niveau minimum en dBSPL que
devra avoir un son de fréquence 1kHz pour être entendu par l’oreille humaine
5) Soit une enceinte qui génère simultanément 2 sons.
Son 1 : F1=50Hz N1=30dBSPL Son 2 : F2=5kHz N2=N1
En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer si ces sons peuvent être entendus par une
oreille humaine
6) Calculer le niveau en dB d'une source dont la pression acoustique est de 1 Pa.
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