Son

Nous expliquons ce que le son, ses caractéristiques, comment il se produit et les types qui sont

Figure 1. Rupture de la barrière sonore

Quel est le son?

Il son Il est défini comme une perturbation qu'en se propageant dans un milieu comme l'air, il y produit alternativement des compressions et des extensions. Ces changements de pression atmosphérique et de densité atteignent l'oreille et sont interprétés par le cerveau comme des sensations auditives.

Les sons accompagnent la vie depuis sa création, faisant partie des outils que les animaux doivent communiquer entre eux et avec leur environnement. Certaines personnes disent que les plantes écoutent également, mais en tout cas, elles pourraient percevoir les vibrations de l'environnement même s'ils n'ont pas d'appareil auditif tel que les animaux supérieurs.

En plus d'utiliser le son pour communiquer par la parole, les gens l'utilisent comme expression artistique à travers la musique. Toutes les cultures, anciennes et récentes, ont des manifestations musicales de toutes sortes, à travers lesquelles racontent leurs histoires, coutumes, croyances religieuses et sentiments.

Caractéristiques sonores (propriétés)

Dans sa forme la plus simple, une onde sonore peut être décrite comme une onde sinusoïdale, se propageant dans le temps et l'espace, comme celui qui est inférieur. Là, il est observé que la vague est périodique, c'est-à-dire qu'elle a une forme qui est répétée dans le temps.

Étant une onde longitudinale, la direction de propagation et la direction dans laquelle les particules du milieu vibrant sont les mêmes.

Paramètres d'onde sonore

Figure 2. Le son est une onde longitudinale, la perturbation se propage dans la même direction dans laquelle les molécules éprouvent leur déplacement. Source: Wikimedia Commons.

Les paramètres d'une onde sonore sont:

• T -PERIOD: C'est le temps qu'il faut pour répéter une phase d'onde. Dans le système international, il est mesuré en quelques secondes.
• Cycle: C'est la partie de l'onde contenue dans la période et couvre d'un point à un autre qui a la même hauteur et la même pente. Il peut être d'une vallée à l'autre, d'une crête à l'autre ou d'un point à un autre qui répond aux spécifications décrites.
• Longueur d'onde λ: C'est la distance entre une crête et une autre de la vague, entre une vallée et une autre, ou en général entre un point et le suivant avec la même hauteur et en attente. Être une longueur est mesuré en mètres, bien que d'autres unités soient plus appropriées en fonction du type de vague.
• Fréquence f: Il est défini comme le nombre de cycles par unité de temps. Son unité est le Hertz (Hz).
• Amplitude A: correspond à la hauteur d'onde maximale par rapport à l'axe horizontal.

Comment le son produit-il et se propage-t-il?

Le son se produit lorsqu'un objet immergé dans un milieu matériel est vibré. À mesure que la perturbation se propage, l'énergie est transmise aux molécules moyennes, qui interagissent entre elles, par des extensions et des compressions. Un milieu matériel est toujours nécessaire pour une propagation sonore, qu'elle soit solide, liquide ou gaz.

Lorsque la perturbation de l'air atteint l'oreille, les variations de la pression de l'air font que la vibre du tympan. Il en résulte des impulsions électriques qui sont transmises au cerveau par le nerf auditif, et une fois les impulsions traduites en son.

La vitesse du son

La vitesse des ondes mécaniques dans un support donné suit cette relation:

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Le son est une onde mécanique, donc la vitesse du son dans un milieu dépendra de sa compression (propriété élastique) et de la dense (propriété inertielle).

Par exemple, lors de la propagation dans un gaz tel que l'air, la vitesse du son peut être calculée comme suit:

Où b est le module de compressibilité à l'air ou moyen et ρ sa densité. Dans l'air, la vitesse du son est de 343 m / s, mais cette valeur, bien qu'elle puisse être considérée comme constante pour de nombreuses applications, est affectée par d'autres variables telles que la température.

Lorsque la température augmente, la vitesse du son également, car les molécules moyennes sont plus disposées à vibrer et à transmettre la vibration à travers leurs mouvements. La pression en revanche n'affecte pas sa valeur.

Relation entre la longueur d'onde et la fréquence

Nous avons déjà vu que le temps nécessaire à la vague pour terminer un cycle est la période, tandis que la distance parcourue dans cette période est équivalente à une longueur d'onde. Par conséquent, la vitesse V du son est définie comme:

V = λ / t

D'un autre côté, la fréquence et la période sont liées, étant un inverse de l'autre, comme ceci:

F = 1 / t

Qui conduit à:

v = λ.F

La gamme de fréquences audible chez l'homme se situe entre 20 et 20.000 Hz, donc la longueur d'onde du son se situe entre 1.7 cm et 17 m lors du remplacement des valeurs de l'équation précédente.

Ces longueurs d'onde sont la taille des objets communs, ce qui influence la propagation du son, car étant une vague, éprouve une réflexion, une réfraction et une diffraction lorsque vous rencontrez des obstacles.

Expérimenter la diffraction signifie que le son est affecté lorsqu'il fonctionne avec des obstacles et des ouvertures dont la taille est similaire à sa longueur d'onde ou plus petite.

Les sons graves peuvent mieux se propager sur de longues distances, de sorte que les éléphants utilisent l'infrasonic (sons à très basse fréquence, inaudible à l'oreille humaine) pour communiquer à travers leurs vastes territoires.

De plus, quand il y a de la musique dans une pièce voisine, les basses sont mieux entendues que les plus aiguës, car leur longueur d'onde est plus ou moins similaire à la taille des portes et des fenêtres. D'un autre côté, quand ils quittent la pièce, les sons aigus sont facilement perdus et c'est pourquoi ils cessent d'écouter.

Comment le son est-il mesuré?

Le son se compose d'une série de compressions et de raréfactions de l'air, de sorte que lors de la propagation, le son provoque une augmentation et une diminution de la pression. Dans le système international, la pression est mesurée à Pascal, qui est abrégé PA.

Ce qui se passe, c'est que ces changements sont très faibles par rapport à la pression atmosphérique, qui vaut environ 101.000 PA.

Même les sons les plus intenses produisent des fluctuations d'environ 20-30 PA (seuil de douleur), une quantité assez petite comparée. Mais si ces changements sont mesurés, il existe un moyen de mesurer le son.

La pression acoustique est la différence entre la pression atmosphérique avec une pression sonore et atmosphérique sans son. Comme nous l'avons dit, les sons les plus intenses produisent des pressions sonores de 20 PA, tandis que la cause la plus faible environ 0.00002 PA (seuil sonore).

Étant donné que la gamme de pressions sonores couvre plusieurs pouvoirs de 10, il serait pratique d'utiliser une échelle logarithmique pour les indiquer.

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D'un autre côté, il a été déterminé que les gens perçoivent les changements dans les petits sons intenses, que les changements d'ampleur égale mais dans des sons intenses plus intenses.

Par exemple, si la pression sonore augmente de 1, 2, 4, 8, 16 ..., l'oreille perçoit des augmentations de 1, 2, 3, 4 ... en intensité. C'est pourquoi il est pratique de définir une nouvelle ampleur appelée Niveau de pression acoustique (Niveau de pression acoustique) l_P, défini comme:

L_P = 20 log (p₁ / P_soit)

Où p_soit C'est la pression de référence prise comme seuil d'audience et p₁ C'est le Pression moyenne efficace ou pression RMS. Ce RMS ou la pression moyenne est celui qui perçoit l'oreille comme l'énergie du signal sonore moyen.

Décibels

Le résultat de l'expression précédente pour L_P, Lorsqu'il est évalué pour diverses valeurs P₁, Il est donné dans décibels, Un montant supplémentaire. Exprimer le niveau de pression acoustique est très pratique, car les logarithmes transforment les grands nombres en nombres plus petits et plus gérables.

Cependant, dans de nombreux cas, il est préféré d'utiliser le intensité sonore Pour déterminer les décibels, et non la pression acoustique.

L'intensité du son est l'énergie qui coule pendant une seconde (puissance) à travers une surface unitaire orientée perpendiculairement à la direction dans laquelle l'onde se propage. Comme la pression acoustique, c'est une ampleur scalaire et indique comme je. Les unités de i sont w / m², c'est-à-dire la puissance par unité.

Il peut être démontré que l'intensité du son est proportionnelle au carré de la pression sonore:

I = p² / ρc

Dans cette expression, ρ est la densité du milieu et C est la vitesse du son. Puis le Niveau d'intensité sonore L_Toi comme:

L_Toi = 10 log (i₁ / Yo_soit)

Qui est également exprimé dans des décibels et apparaît parfois dénotée avec la lettre grecque β. La valeur de référence I_soit est 1 x 10^-12 W / m². De cette façon, 0 dB représente la limite inférieure de l'audition humaine, tandis que le seuil de douleur est dans 120 dB.

Puisqu'il s'agit d'une échelle logarithmique, il est nécessaire de souligner quelles petites différences, la quantité de décibels fait une grande différence en termes d'intensité sonore.

Leomomètre

Un son ou un décibélimètre est un dispositif utilisé pour mesurer la pression saine, indiquant la mesure dans les décibels. Est conçu pour lui répondre de la même manière que l'oreille humaine le ferait.

figure 3. Le sonomètre ou le décibélimètre est utilisé pour mesurer le niveau de pression acoustique. Source: Wikimedia Commons.

Il se compose d'un microphone pour collecter le signal, plus de circuits avec des amplificateurs et des filtres, qui sont responsables de la transformation correcte de ce signal en un courant électrique, et enfin une échelle ou un écran où montrer le résultat de la lecture.

Ils sont beaucoup utilisés pour déterminer l'impact que certains bruits ont sur les gens et dans l'environnement. Par exemple, le bruit dans les usines, les industries, les aéroports, le bruit de la circulation et bien d'autres.

Types de son

Le son est caractérisé par sa fréquence. Selon ceux que l'oreille humaine peut capturer, tous les sons sont classés en trois catégories: celles que nous pouvons entendre ou Spectre audible, Ceux qui sont souvent inférieurs à la limite inférieure du spectre audible ou Infrasonides, Et ceux qui sont au-dessus de la limite supérieure, appelée ultrason.

Dans tous les cas, comme les ondes sonores peuvent être superposées linéairement, les sons de tous les jours, que nous interprétons parfois comme les uniques, sont en fait de sons différents avec des fréquences différentes mais proches.

Peut vous servir: circuit électrique ferméFigure 4. Spectre sonore et gammes de fréquences. Source: Wikimedia Commons.

Spectre audible

L'oreille humaine est conçue pour capturer un large éventail de fréquences: entre 20 et 20.000 Hz. Mais toutes les fréquences de cette gamme ne sont pas perçues avec la même intensité.

L'oreille est plus sensible dans la bande de fréquences entre 500 et 6.000 Hz. Cependant, il existe d'autres facteurs qui affectent la capacité de perception du son, comme l'âge.

Infrasonides

Ce sont les sons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz, mais le fait que les humains ne puissent pas les écouter ne signifie pas que d'autres animaux ne peuvent pas le faire. Par exemple, les éléphants les utilisent pour communiquer, car les infrasonides peuvent parcourir de longues distances.

D'autres animaux, comme le tigre, les utilisent pour étourdir leur proie. Les infrasonides sont également utilisés dans la détection de grands objets.

Ultrason

Ont des fréquences supérieures à 20.000 Hz et sont largement utilisés dans de nombreux domaines. L'une des utilisations les plus notables de l'échographie est comme un outil de médecine, à la fois diagnostique et traitement. Les images obtenues par échographie sont non invasives et n'utilisent pas de rayonnement ionisant.

Les échographies sont également utilisées pour trouver des échecs de structures, déterminer les distances, détecter les obstacles pendant la navigation et plus. Les animaux utilisent également l'échographie, et en fait c'est ainsi que leur existence a été découverte.

Les chauves-souris émettent des impulsions sonores et interprètent ensuite l'écho qu'ils produisent pour estimer les distances et localiser les barrages. De leur côté, les chiens peuvent également écouter l'échographie et c'est pourquoi ils répondent au sifflet de chien que leur propriétaire ne peut pas entendre.

Son unique et son stéréo

Figure 4. Dans une étude d'enregistrement, le son est correctement modifié par des appareils électroniques

Le son monofonique est un signal enregistré avec un seul microphone ou canal audio. Lors de l'écoute avec des écouteurs ou des buguets sonores, les deux oreilles entendent exactement la même chose. D'un autre côté, les enregistrements du son stéréo signalent avec deux microphones indépendants.

Les microphones sont situés dans différentes positions afin qu'ils puissent collecter différentes pressions sonores de ce que vous voulez enregistrer.

Ensuite, chaque oreille reçoit l'un de ces ensembles de signaux, et lorsque le cerveau se rassemble et les interprète, le résultat est beaucoup plus réaliste que lors de l'écoute des sons monophoniques. C'est donc la méthode préférée en ce qui concerne la musique et le cinéma, bien que le son unique ou monoaural soit toujours utilisé à la radio, en particulier pour les interviews et les conversations.

Homophonie et polyphonie

Musicalement parlant, l'homophonie se compose de la même mélodie jouée par deux voix ou plus. D'un autre côté, deux voix ou instruments ou plus apparaissent dans la polyphonie qui suivent des mélodies et même des rythmes différents. L'ensemble qui résulte de ces sons est harmonieux, comme la musique de Bach.

Sons sérieux et aigus

L'oreille humaine discriminait les fréquences audibles telles que les aigus, les graves ou les bas. C'est ce que l'on appelle le Ton son.

Les fréquences les plus élevées, entre 1600 et 20.000 Hz, sont considérés comme des sons aigus, la bande entre 400 et 1600 Hz correspond à des sons moyens et enfin les fréquences dans la plage de 20 à 400 Hz sont les tons graves.

Les sons graves diffèrent de ceux aigus dans lesquels les premiers sont perçus comme profonds, sombres et grondant, tandis que les seconds sont légers, clairs, gaies et pénétrants. L'oreille les interprète également comme plus intenses, contrairement aux sons sérieux, qui produisent la sensation de moins d'intensité.