Les signaux sonores. 2) Quel est le récepteur du signal précédent? a) Les yeux? b) La bouche? c) Les oreilles?

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1 Les signaux sonores I) Introduction : Trouver la bonne réponse aux questions suivantes : 1) Quand on écoute de la musique dans les écouteurs, quelle est la nature du signal? a) Un signal lumineux? b) Un signal sonore? c) Un signal tactile? 2) Quel est le récepteur du signal précédent? a) Les yeux? b) La bouche? c) Les oreilles? 3) Quel objet émet un signal sonore? a) Un micro? b) Une enceinte? c) Un phare de voiture? 4) Un signal sonore a) Faiblit avec la distance. b) Augmente avec la distance. c) N est pas modifié par la distance. 5) Un signal sonore se propage dans l air a) Aussi vite que la lumière. b) Plus vite que la lumière. c) Moins vite que la lumière.

2 II) Caractérisation d un signal sonore : Vidéo n 1 & Vidéo n 2 & Vidéo n 3 a) Définition : Un son est une vibration qui se propage de proche en proche ( dans la vidéo, on parle d onde ) dans un milieu matériel ( air, eau, bois, verre, béton ) depuis un émetteur ( qui crée le son : instrument de musique, membrane d un haut-parleur, klaxon d une voiture, sonnette. ) jusqu à un récepteur ( qui reçoit le son : oreille, micro ). Conséquence : comme le son a besoin d un milieu matériel pour se propager, il ne peut pas se propager dans le vide. b) Fréquence d un son : Définition : La fréquence d un son correspond au nombre de vibrations en une seconde. Elle est mesurée en Hertz ( symbole Hz ). Autrement dit, un Hertz correspond à une vibration par seconde. Un son est caractérisé par sa hauteur ou sa fréquence : plus un son est aigu, plus sa fréquence est élevée, plus un son est grave, plus sa fréquence est basse. Exemple : Un son de fréquence 100 Hz correspond à 100 vibrations par seconde. Lecture hauteur.mp3 ( différence entre un son aigu et un son grave ). Comment déterminer la fréquence d un son? Voici deux vibrations sonores représentées par les courbes rouge et bleue : nous allons voir comment déterminer la fréquence de chacune d entre elles.

3 Fréquence du son représenté par la vibration rouge : Une vibration du son rouge est représentée par cette courbe On constate qu entre les instants 0,015 s et 0,025 s, il y a deux vibrations rouges. On en déduit que la durée de deux vibrations rouges est égale à 0,025 0,015 = 0,01 s. Ainsi, la durée d une vibration rouge est égale à, = 0,005 s. Pour déterminer la fréquence du son rouge, il ne reste plus qu à déterminer le nombre de vibrations présentes en une seconde. Comme il y a proportionnalité entre le nombre de vibrations et le temps, on utilise un tableau de proportionnalité : Ainsi, f =, =, Nombre de vibrations 1 f Temps ( en seconde ) 0,005 1 = 200 Hz. Conclusion : la fréquence du son rouge est 200 Hz. Fréquence du son représenté par la vibration bleue : Une vibration du son bleu est représentée par cette courbe

4 On constate qu entre les instants 0,015 s et 0,025 s, il y a une seule vibration bleue. On en déduit que la durée d une vibration bleue est égale à 0,025 0,015 = 0,01 s. Pour déterminer la fréquence du son bleu, on applique la même méthode que pour la fréquence du son rouge : Nombre de vibrations 1 f Temps ( en seconde ) 0,01 1 Ainsi, f =, =, = 100 Hz. Conclusion : la fréquence du son bleu est 100 Hz. c) Amplitude d un son : Définition : L amplitude d un son caractérise directement l intensité du son, c est à dire son volume, ou encore la force avec laquelle elle excite l oreille de l auditeur. Plus l amplitude d un son est élevée ( plus la hauteur de la vibration est élevée ), plus le son sera fort. Ces deux vibrations ont la même fréquence car les durées des vibrations rouge et bleue sont identiques ( 0,01 s ) mais le son représenté par la vibration rouge sera plus fort que celui représenté par la vibration bleue car l amplitude du son rouge est plus élevée que celle du son bleu. L intensité d un son se mesure en décibels («déci» pour 1/10 et «bel» d après Alexandre Graham Bell, inventeur du téléphone).

5 Voici quelques exemples de la vie courante : L échelle de puissance sonore n augmente pas de manière proportionnelle ; elle est logarithmique ( notion vue au lycée en section scientifique ) : les décibels ne s ajoutent pas comme des pommes. Exemples : 60 db + 60 db = 63 db ; 100 db db = 103 db. De même un moulin à café martyrise vos tympans avec ses 85 db. Dix moulins à café : 85 db 10 = 95 db. Ainsi, un son de 40 db est dix fois plus puissant qu un son à 20 db. Conséquence n 1 : un son fort masque un son faible. Le bruit d une mobylette + le bruit d un Boeing 747 = le bruit d un Boeing 747. Conséquence n 2 : les sons forts peuvent avoir des conséquences graves sur la santé, par exemple les acouphènes, perte d audition irréversibles. d) Fréquences audibles par l être humain : Un être humain est capable d entre des sons de fréquences comprises entre 20 Hz et Hz. Les sources d infra-sons ( fréquence inférieure à 20 Hz ) sont très variées. Elles sont d origine naturelle (perturbations météorologiques, orages magnétiques, vents, houle océanique, irruption volcanique ), ou

6 artificielles (explosions, avions supersoniques ). Les ondes infrasonores sont capables de se propager sur de grandes distances. Un infrason de fréquence inférieure à 10 Hz peut être mortel, il est cependant très difficile de le créer. Les ultra-sons ( fréquence supérieure à Hz ) ne sont pas perceptibles par l être humain mais certains animaux comme le chien peuvent les percevoir ( les chauve-souris émettent des ultra-sons pour se déplacer ). Les applications sont très variées : sonar pour les bateaux, échographie, expériences en chimie. e) Transmission d une information : Un son est un vecteur de transmission d information : Exemples : La sonnerie du téléphone nous prévient de l appel d une personne. L alarme incendie nous informe la présence d un feu à proximité. La sonnerie du réveil nous indique qu il faut se lever. Le morse sonore permet de récupérer des messages codés. Un morceau de musique est une transmission d une mélodie. Le klaxon d une voiture nous informe d un éventuel danger. III) Vitesse du son : Vidéo n 4 a) Définition La vitesse du son encore appelée «célérité du son» correspond à la vitesse de propagation des ondes sonores. Par exemple, la vitesse du son dans l'air est de l'ordre de 340 mètres par seconde, dans des conditions normales de température et de pression ( c est-à-dire une température de 0 C et une pression atmosphérique d un bar qui correspond à celle mesurée au niveau de la mer c est-à-dire à une altitude de 0 m ).

7 b) Exemples : Contrairement à la vitesse de la lumière dans le vide, la vitesse du son n'est pas une constante. Elle varie, par exemple, en fonction de la température. Plus il fait chaud, plus le son voyage vite. vitesse du son à 0 C dans l air : 340 m/s. vitesse du son à 30 C dans l air : 350 m/s. La vitesse du son augmente aussi avec la densité du milieu traversé : plus le milieu est dense, plus la vitesse augmente. vitesse du son dans l eau : m/s. vitesse du son dans le béton : m/s. vitesse du son dans l acier : m/s. On rappelle que si on note d la distance parcourue par le son, v la vitesse du son et t le temps mis par le son pour parcourir la distance d, alors : d = v t v = t = Exemple : Le son met 0,02 s pour parcourir une barre d acier de longueur l. Déterminons la valeur de l. On sait que : t = 0,02 s. v = 5000 m/s. Ainsi : d = v t = ,02 = 100 m. La longueur de la barre d acier est 100 m.

8 IV) Exercices d application : Exercice n 1 : On voit un éclair quasiment à l instant où il se produit ( la lumière a une vitesse de km/s ), mais le bruit ( coup de tonnerre ) n est entendu qu un peu plus tard. La vitesse du son est d environ 330 m/s ( soit 1 million de fois moins vite que la lumière ). A quelle distance se produit l éclair dont on entend le bruit avec 5 secondes de retard? Exercice n 2 : Une muraille fait écho. Une personne lançant un appel l entend revenir 6 secondes après. A quelle distance de la muraille est-elle? La vitesse du son est 340 m/s. Exercice n 3 : Un sondeur, dans un bateau, sert à mesurer la profondeur d eau sous le bateau. Il fonctionne en émettant des signaux qui sont renvoyés par le sol sousmarin et reviennent vers le bateau sous forme d un écho. Comme on connaît la vitesse du signal émis par le sondeur, cela permet d évaluer la distance. Le temps mesuré correspond au trajet aller-retour du signal. Le signal émis par le sondeur se déplace à la vitesse de m/s. a)le sondeur détecte un écho de 3.6 secondes. Quelle est la profondeur sous le bateau? b) Quelle est la durée de l écho pour une profondeur de 100 mètres?

9 Exercice n 4 : Déterminer la fréquence de ce son : Exercice n 5 : Un soir de gros orage, trois amis discutent sur les réseaux sociaux. Ils décident de découvrir à quel endroit a frappé un éclair. Document 1 : Extrait de leur conversation Kévin aujourd hui 21 :31 Vous avez vu cet éclair! J ai compté 6 secondes entre le moment où j ai vu la foudre et celui où j ai entendu le tonnerre. Quelques données : Kévin habite à côté de la Tour Montparnasse Julie habite près du Sacré Cœur et Ahmed habite à la place de la Bastille. Julie aujourd hui 21 :31 Il était gigantesque!! Moi, j ai aussi compté 6 secondes. Ahmed aujourd hui 21 :31 Il était plus loin de chez moi J ai compté 8 secondes. Document 2 : Plan de Paris (voir page suivante) Questions d appropriation : 1. Pourquoi voit-on d abord l éclair puis entend-on seulement ensuite le tonnerre? 2. Rappeler la relation entre la distance parcourue par un son et sa durée de propagation dans l air.

10 TÂCHE A REALISER : En utilisant vos connaissances et les documents, déterminez la zone dans laquelle l éclair a frappé. Détaillez votre raisonnement. 1 km

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