Le son et ses propriétés
Contrairement à la lumière qui se propage dans le vide à la vitesse de 28 000 km/s, le son ne se transmet que dans un milieu élastique et à une vitesse d'environ 340 m/s.
Lors d'orage par exemple, si l'éclair est visible immédiatement, le tonnerre qu'il accompagne est perçu quelque temps secondes après en fonction de la distance de l'observateur.
Par contre, le son peut être réfléchi ou réfracté de la même manière que la lumière.
Les éléphants communiquent sur de longues distances par réfraction des ondes sonores sur les couches de l'atmosphère.
Qu'est ce qu'un son
Le son est une onde sinusoïdale produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et propagée grâce à l'élasticité du milieu environnant sous forme d'ondes longitudinales.
Les particules d'air sont déplacées par un système mécanique vibratoire, comme la glotte du larynx dans la parole, le cône d'un haut-parleur ou un diapason.
(Figure : Evil_saltine)
Par extension, le son désigne la sensation auditive à laquelle cette vibration est susceptible de donner naissance.
L'onde sonore est représentée le plus souvent par une courbe sinusoïdale.
Toutefois, un son est en général composé
de nombreuses ondes différentes qui seront décomposées
par l'oreille interne en ondes simples (
infos).
On pourrait comparer les ondes sonores et leur propagation aux ronds dans l'eau lorsqu'on y jette un caillou, excepté que le phénomène s'effectue dans les trois dimensions.
Le son produit des déplacements de molécules d'air qui provoquent des changements de pression (compression et dilatation).
Les molécules ne vibrent que sur une courte distance car elles entrent en collision avec d'autres molécules : elles perdent de l'énergie, ce qui diminue, puis éteint le son.
Ce phénomène d'atténuation du son dépend de nombreux paramètres (température, nature du milieu, obstacles…) ainsi que de la fréquence du son. C'est pourquoi les infrasons, qui ne perdent que peu d'energie, sont transmis sur de longues distances, contrairement ou ultrasons.
C'est l'une des grandes différences avec la communication olfactive qui est dissociée dans l'espace et dans le temps.
Fréquence du son
Définition de la fréquence du son
La longueur d'onde est la distance entre deux crêtes (ou deux creux) consécutives.
La fréquence (exprimée en Hertz - Hz -) est le nombre de cycles par seconde.
La fréquence est égale à l'inverse de la période de la vibration sonore, c'est-à-dire que plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte.
(Figure : vetopsy d'après Marieb)
La fréquence d'un son correspond pour nous à sa hauteur.
Un son est :
- aigu si sa fréquence est élevée ;
- grave si sa fréquence est basse.
Les fréquences les plus utilisées par l'Homme
sont comprises entre 1 000 et 3 000 Hz. Mais, il entend les fréquences
allant de 16 à environ 16 000 Hz (audition de l'homme).
Le chien possède une ouïe très efficace
qui lui permet de percevoir des fréquences comprises entre 20 Hz
et 35 000 Hz (parfois jusqu'à 60 000 Hz) (infos).
Le chat a également un champ auditif très
étendu : la gamme des fréquences audibles s'étend de
50 Hz à 60 000 Hz environ (infos).
Le champ tonal s'étend entre les valeurs extrêmes des fréquences perçues pour une espèce donnée.
- Les sons dont les fréquences sont plus faibles que la plus petite fréquence audible (donc, du côté des graves) sont appelés les infrasons (20 Hz chez l'homme).
Les infrasons se transmettent sur de très longues
distances (plusieurs centaines de km) surtout en milieu marin (chez les baleines
à bosse par exemple) ou en milieu terrestre (communication des éléphants.
- Les sons dont les fréquences sont plus élevées que la plus haute fréquence audible (donc, du côté des aigus) sont appelés les ultrasons (20 000 Hz chez l'homme).
Ils sont utilisés chez les chauves-souris ou les dauphins par exemple et sont transmis sur de très courtes distances. Un dauphin peut émettre un son de 350 kHz.
Le chien, comme le chat, entend très bien les ultrasons : cette différence auditive est utilisée dans les apprentissages par " sifflet à ultrasons ".
Audiogramme
(Figure : vetopsy d'après Marieb)
L'audiogramme est un graphique reprenant les seuils d'audibilité minimum, c'est-à-dire, pour une fréquence donnée, la plus faible intensité percue (en décibels).
L'audiogramme d'un homme est compris entre 16 et 16 000 Hz. Sa sensibilité est maximale aux alentours de 2 000 Hz, ce qui correspond à la plage de sons habituels, comme une conversation entre deux personnes (1 000 à 3 000 Hz).
Plus on se rapproche des fréquences limites, plus grande doit être l'intensité d'un son pour qu'il soit entendu.
Il existe également un seuil d'audibilité maximum au-delà duquel la vibration acoustique est perçue comme une douleur et non comme un son.
Chez l'homme, un son de 120 dB provoque une lésion si sa durée dépasse 0,5 seconde. Un son de 160 dN à 6 500 Hz perce le tympan humain.
Intensité du son
L'intensité d'un son est liée à son énergie.
L'intensité correspond à l'amplitude, ou hauteur, des crêtes de l'onde sinusoïdale. c'est-à-dire aux différences de pression entre ses zones de compression et ses zones de raréfaction.
Comme notre oreille est sensible, l'intensité du son (la mesure de la différence entre deux pressions), est exprimée en décibels (dB) qui sont des unités logarithmiques.
Entre le bruit d'une épingle qui tombe et celui d'un sifflet à vapeur, l'intensité du son se multiplie par 100 billions (1 000 milliards).
(Figure : vetopsy d'après Marieb)
Prenons quelques exemples d'intensité.
- Voix humaine : 35 à 70 dB,
- Aspirateur : 70 dB,
- Trafic automobile intense : 85 dB,
- Métro : jusqu'à 90 dB,
- Sirène extérieure : 115 dB,
- Détonation d'une cartouche 9 mm : 120 dB,
- Avion à réaction au décollage : 135 dB,
- Amplificateur de grande puissance : 140 dB.
Dans la nature, aucun son ne dépasse l'intensité de 100 dB, excepté le tonnerre, une avalanche, un ouragan ou une tornade.
Timbre du son
Le timbre dépend de l'intensité des harmoniques qui accompagne le son fondamental.
Un son est simple ou pur quand il ne contient qu'une seule fréquence dite " fondamentale ", ce qui est extrêmement rare. C'est, par exemple, le cas du cri du bouvreuil.
Un son est en général est un mélange de fréquences dites " harmoniques " qui sont des multiples entiers de la fréquence de base.
Des instruments de musique jouant un do ont des intensités d'harmoniques différentes. Cela n'empêche pas de reconnaître ce do qu'il soit émis par une soprane, un piano ou un cor de chasse.