Le son

Un phénomène vibratoire

Son périodique ou non

Son périodique = pics !

Mais d’où viennent ces pics ?

Son pur et son complexe

Un son pur est associé
à un signal sinusoïdal
= son spectre d'amplitude est composé d'une seule fréquence.

Un son complexe est une somme
de signaux sinusoïdaux
de fréquences différentes
$\Leftrightarrow$ son spectre d'amplitude est composé de plusieurs fréquences.

Hauteur d’un son

La hauteur d'un son est la fréquence de son fondamental.

Timbre d’un son

Le timbre est ce qui distingue des sons
de la même hauteur (même note) jouées
sur des instruments différents.

🎺 🎹 🎻 🥂

Qu’est-ce qui reste identique entre les sons ?

Ils sont périodiques (pics)
Même hauteur (fréquence du fondamental)
= même note jouée

Qu’est-ce qui change ?

Le reste du spectre d’amplitude
(pas le même nombre d’harmoniques
et/ou pas les mêmes amplitudes relatives)

Synthétiseur simplifié permettant
de modifier le timbre

Deux même spectres peuvent sonner différemment.

C’est alors l’enveloppe (la variation de l’amplitude globale du son en fonction du temps) et en particulier l’attaque (le début de l’enveloppe)
qui change le timbre.

Intensité et niveau sonore

L’intensité acoustique $I$
(en watt par mètre carré)
est additive :

s’il y a 2 ou 10 fois plus de sources sonores,
l’intensité est multipliée par 2 ou 10.

Mais notre sensation auditive ne semble pas, elle, proportionnelle au nombre de sources.

C’est cette non proportionnalité qui permet
d’avoir une plage de sensibilité si étendue
(de $\pu{1E-12 W*m-2}$ à $\pu{10 W*m-2}$).

Notre sensibilité est logarithmique.

Pour quantifier notre sensation,
on utilise le niveau sonore $L$.

$L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$

$L$ en $\pu dB$
$I$ en $\pu{W*m-2}$
$I_0 = \pu{1E-12 W*m-2}$ seuil d’audibilité
pour une fréquence de $\pu{1000 Hz}$

Doubler l’intensité acoustique revient ainsi
à ajouter 3 dB au niveau sonore
et multiplier l’intensité par 10
ajoute 10 dB.

Pour passer de $L$ à $I$ :

$\displaystyle I = I_0\times 10^{\left(\frac{L}{10}\right)}$

L'intensité acoustique varie
comme le carré inverse
de la distance à la source

(sauf si la source est fortement directionnelle).

Prouvons-le grâce à cette appliquette geogebra.

Conséquences :

doubler la distance divise l’intensité acoustique par 4, ce qui correspond à une baisse de 6 dB
du niveau sonore.
$d\rightarrow 2d\Rightarrow I\rightarrow I/4 \Leftrightarrow L\rightarrow L-6$
décupler la distance divise l’intensité acoustique par 100, ce qui correspond à une baisse de 20 dB du niveau sonore.
$d\rightarrow 10d\Rightarrow I\rightarrow I/100 \Leftrightarrow L\rightarrow L-20$