Le son est une manifestation
de l'énergie de vibration d'un objet, vibration d'une corde de guitare,
des cordes vocales humaines ou encore de l'hanche d'un saxophone, par exemple.
Ces vibrations produisent
en effet des ondes qui provoquent alternativement des pressions élevées
(compression) et faibles (raréfaction) dans l'air où elles
se propagent. Les ondes sonores se propagent dans toutes les directions
à partir de leur source, à une vitesse de 334 mètres
par seconde dans l'air sec. Elles se déplacent également
dans d'autres milieux, l'eau et les solides par exemple : plus le milieu
est dense , plus elles se propagent rapidement. En l'absence d'un milieu
de propagation, elles ne peuvent pas se déplacer. c'est pourquoi
les sons ne se propagent pas dans le vide.
Comme tout mouvement périodique, le son a une certaine longueur d'onde, qui correspond à la distance qui sépare deux crêtes ou deux creux adjacents des ondes sonores. Le nombre d'ondulations produites par seconde s'appelle la fréquence du son, cette dernière étant généralement comprise entre 20 et 20 000 hertz (cycles par seconde), qui correspond à la gamme perceptible par l'oreille humaine. La fréquence d'un son pur s'appelle "la hauteur". L'amplitude d'une onde sonore correspond à sa hauteur par rapport à un niveau moyen et le carré de sa valeur mesure le niveau sonore.
Le niveau sonore ne correspond pas exactement à l'intensité, cette dernière dépendant également de la fréquence. Le niveau sonore est la puissance mise en oeuvre pour traverser une zone donnée, chaque seconde; il se mesure en décibels.
PRODUIRE UN SON
Le son est produit par des vibrations, qu'il s'agisse du ronronnement d'un moteur de voiture ou du sifflement du vent traversant une fenêtre. Les instruments de musique utilisent cet effet vibratoire. Dans un instrument à percussion, comme un tambour ou des cymbales, une fine membrane de plastique ou de métal tendue vibre et produit un son lorsqu'on la frappe. Dans un violon et dans les autres instruments à cordes, le son est créé par le frottement d'un archet faisant vibrer les cordes. La caisse de résonance d'un violon ou d'une guitare vibre à la fréquence des notes et les amplifie. La forme de la caisse permet de s'assurer qu'elle résonne à la plupart des fréquences pouvant être produites.
La hauteur (fréquence) d'un son émis par une corde en vibration dépend de son épaisseur, de sa longueur et de sa tension. Une corde épaisse, longue ou détendue produit une note plus basse qu'une corde mince, courte ou très tendue. Sur une guitare ou un violon, les notes les plus hautes se jouent sur les cordes les plus fines. Pour obtenir des notes encore plus hautes, le guitariste ou le violoniste « raccourcit » la corde en la pinçant sur le manche de son instrument. On entend également le changement de hauteur lorsque les musiciens accordent leurs instruments et qu'ils augmentent ou diminuent la tension des cordes.
Le son produit par un instrument
à vent (flûte, trompette, etc.) provient de la vibration d'une
colonne d'air. Celle-ci présente alors une structure d' «
onde stationnaire », alternance de noeuds (air stationnaire) et de
ventres (air vibrant à son amplitude maximale). Pour produire des
notes hautes, il faut souffler plus fort, ce qui augmente le nombre de
noeuds et de ventres. Inversement, le musicien peut actionner des pistons
ou bien ouvrir et fermer des trous pour raccourcir la colonne d'air.
Lorsque des ondes sonores rencontrent un obstacle,
elles s'y réfléchissent. Dans une très grande pièce
comme une cathédrale, les murs et le plafond réverbèrent
le son ; le même son se répète donc avec un léger
décalage, ce dernier étant fonction de la distance parcourue
lorsque la réverbération intervient. Dans les salles de concert,
les surfaces sont conçues dans un matériau qui absorbe le
son afin de réduire les phénomènes de réverbération
à leur minimum et de permettre à toute l'assistance d'entendre
la musique en même temps.
Si la surface réfléchissante est importante et qu'elle se trouve à plus de 30 mètres environ de la source sonore, la réflexion du son constitue l'écho. Lorsque la surface est plus petite ou qu'il s'agit de l'arête d'un immeuble, par exemple, les ondes sonores contournent l'obstacle, l'effet obtenu étant appelé la diffraction. Ce phénomène explique comment le son circule dans les coins. La direction des ondes sonores varie également lorsque le son se propage d'un milieu à un autre, de densités différentes : c'est ce que l'on appelle la réfraction.
Deux ondes sonores ayant environ la même fréquence peuvent s'associer pour créer une nouvelle onde. Ce phénomène qualifié d'interférences donne lieu à des variations régulières de l'intensité sonore, les battements. Lorsque les crêtes de deux ondes sonores se rencontrent, elles produisent un son plus fort. En revanche, lorsqu'une crête rencontre un creux, les deux sons s'annulent. Le nombre de battements entendus par seconde est égal à la différence des fréquences entre les deux ondes associées. Les musiciens utilisent les interférences lorsqu'ils accordent leur instrument sur une note de référence (dans le cas d'un orchestre, c'est le hautbois qui donne le la). L'instrument est « accordé », c'est-à-dire qu'il joue exactement le même la que le hautbois. lorsque les battements ne sont plus perceptibles. Un diapason peut aussi être utilisé pour produire un la qui sert de référence pour accorder un instrument.
LA MESURE DU SON
L'échelle en décibel utilise le seuil
d'audition de 20 u PA comme point de départ ou pression de référence,
cela définit le point 0 DB. Dès lors, chaque fois que nous
multiplions la pression acoustique en Pascal par 10, nous additionnerons
20 au niveau en DB. L'échelle en décibel compresse donc une
gamme de 1 à 1 million en une gamme de 120 décibels.
Pour arriver à quantifier de façon précise la
quantité d'informations sonores perçues par l'oreille, on
a créé le Décibel qui, à la différence
des autres unités de grandeurs physiques, est quant à lui,
l'expression d'un rapport entres deux grandeurs comparables.
Seuil de la douleur :120 dB
Marteau piqueur : 100 dB
Véhicule sans échappement : 80 dB
Hue de grande ville : 60 dB
Conversation normale : 40 dB
Respiration humaine : 20 dB
Seuil d'audition : 0 dB
Ces mesures sont en général exprimées en dB
SPL.