Vitesse son

À savoir sur la vitesse de propagation du son selon le milieu

Le son possède diverses propriétés et caractéristiques. Il s’agit d’un phénomène physique relativement complexe, mais qui est pourtant présent dans notre vie de tous les jours. Il peut se présenter sous différentes formes et chaque être vivant le perçoit différemment.

En effet, certaines personnes peuvent être victimes d’une déficience au niveau de l’acuité auditive. Pour que vous puissiez connaître davantage sur la vitesse de propagation du son, il ne faut pas brouiller les étapes. Pour ce faire, on va commencer par définir le son et détailler ses différentes propriétés. Ce n’est que par la suite que nous entrerons dans le vif du sujet.

Quelques définitions à retenir

Le son est, par définition, une onde qui résulte de la vibration mécanique d’un support et qui se propage à la faveur de l’élasticité du milieu environnant. Il se présente sous la forme d’ondes longitudinales. Pour qu’il puisse avoir un son, il faut qu’il y ait un émetteur (celui qui émet le son) et un récepteur (celui qui reçoit le son). Concrètement, le son est donc un terme qui définit la sensation auditive qu’une vibration est susceptible de produire.

L’onde sonore est, quant à elle, le nombre de vibrations émises par seconde auquel notre tympan est soumis. Dans la généralité des cas, elle est représentée par la variation de l’amplitude du signal reçu en fonction du temps. Le nombre de variations est alors plus important au fur et à mesure que la fréquence est aiguë.
Pour finir, l’acoustique est la science qui étudie de manière physique les sons et les bruits. Elle nous permet alors d’obtenir des explications rationnelles sur la raison pour laquelle le son est audible.

Zoom sur les différentes propriétés du son

L’unité de mesure : le décibel

Le décibel (noté dB) est l’unité de mesure qu’on utilise pour définir la valeur du niveau de bruits environnementaux. Le cerveau et l’oreille interprètent l’intensité d’un son selon la hauteur tonale.

Pour effectuer des mesures et obtenir des valeurs exactes en dB(A), il faut utiliser un sonomètre intégrateur. Il s’agit d’un appareil qui a été spécialement programmé afin de mesurer le dBA. La lettre « A » indique le facteur appliqué qui permet de démontrer de quelle manière l’oreille humaine pourrait être capable de percevoir et d’interpréter le son mesuré.

Voici un petit tableau qui vous permettra de vous retrouver dans les mesures et avoir une vision plus claire sur le sujet :

La hauteur et la fréquence du son : le hertz

Puisque le son résulte d’une vibration, il a alors la capacité de faire vibrer les objets qui se trouvent aux alentours. Si on prend exemple sur les membranes de haut-parleurs, on peut remarquer qu’ils effectuent un mouvement à chaque vibration.

En effet, les membranes se gonflent vers l’avant et reviennent vers l’arrière. Ce mouvement s’effectue de manière répétitive. Lorsque le son est grave, le mouvement se fait plus lentement. La répétition du mouvement se fait alors plus rapidement lorsque le son est élevé.

Ce qui signifie qu’il existe une interdépendance entre la hauteur du son et sa fréquence.

Le nombre d’allers et retours, par seconde, effectué par la membrane est ce qu’on appelle la fréquence. Sa mesure est définie en Hertz (noté Hz). Un hertz équivaut alors à une vibration par seconde. 1000 vibrations par seconde équivalent à un kilohertz (noté kHz) et 1 000 000 de vibrations par seconde équivaut à un mégahertz (noté MHz). D’après des études effectuées par des physiologistes, l’oreille humaine est capable de percevoir les sons dont la fréquence se situe entre 20 Hz et 20 kHz. Bien entendu, ces valeurs varient en fonction de différents facteurs comme la culture, l’âge, l’état de santé, etc.

Identification du son : le timbre

Il est possible que deux sons différents aient la même intensité et la même fréquence fondamentale. En revanche, il est pratiquement impossible qu’ils aient le même timbre. En conclusion, le timbre est l’élément qui permet d’identifier les sons de manière unique.

Les sons inaudibles : l’ultrason et l’infrason

Comme nous l’avons déjà évoqué ultérieurement, l’oreille humaine a une certaine limite en ce qui concerne sa faculté de percevoir les sons. En effet, il existe des types de sons qu’on ne peut pas entendre à cause du niveau de leur fréquence : soit elle est trop élevée soit elle est trop faible.

L’ultrason

Il s’agit d’un son très aigu. Sa fréquence est alors trop élevée. L’ultrason peut être émis par les gaz, les liquides et les solides. Mais, en général, il est émis par les tissus mous tels que les organes humains ou la chair. Si l’homme ne parvient pas à percevoir l’ultrason, certains animaux le peuvent. Les chauves-souris, par exemple, sont aveugles.

Ils émettent alors cette forme de son pour pouvoir se déplacer grâce à la répercussion de l’ultrason sur les objets qui les environnent. Il y a aussi l’exemple des dauphins qui se communiquent entre eux au moyen des ultrasons. Notez que l’ultrason peut être utile à l’être humain dans différents domaines. L’ultrason focalisé est utilisé pour faire de l’échographie. Le sonicateur permet de désinfecter les matériels de laboratoire. Dans la vie quotidienne, il est possible de servir de ce type de son inaudible pour faire fuir toutes sortes d’animaux et insectes nuisibles (rongeurs, moustiques, etc.).

L’infrason

Si l’ultrason est un son trop aigu, l’infrason est, quant à lui, un son trop grave. Sa fréquence est alors largement inférieure à 20 Hz. L’infrason peut être émis par toutes sortes de phénomènes naturels, à un niveau très élevé, sans que nous puissions nous en apercevoir.

En effet, les tremblements de terre, le tonnerre ou encore les éruptions volcaniques peuvent le produire. Toutefois, nous pouvons aujourd’hui percevoir une petite trace d’infrason grâce à l’utilisation d’un appareil audio spécial (que nous appelons communément « subwoofer » ou caisson de basses).

En général, on les retrouve dans les musiques électroniques et dans des bandes sonores utilisés dans l’univers de la cinématographie. Les réalisateurs l’utilisent généralement pour ajouter des effets plus réalistes à leurs productions.

La vitesse de propagation du son en fonction du milieu

La vitesse du son (noté v), est par définition, la distance « d » parcourue par le son pendant une unité de temps « t » précise. L’unité de mesure du temps, utilisé par le système international, est exprimée en seconde (noté s) et celle de la distance est exprimée en mètre (noté m). On obtient alors la formule mathématique suivante : v = d / t.

Le son peut se propager dans trois types de milieux : gaz, liquide et solide. Mais, il faut bien retenir que sous l’effet d’une compression ou d’un choc engendré par une source vibratoire, les milieux matériels élastiques tels que l’air peuvent se déformer.

Vitesse de propagation du son dans les gaz

L’air constitue le principal transport du son. En effet, les sons émis se propagent dans l’air à une vitesse de 344 m/s et sous forme d’une onde sinusoïdale. Dans l’air sec, c’est-à-dire à une température égale à 0 °C, le son se propage à une vitesse de 331,6 m/s. Plus la température est élevée, plus la vitesse de propagation du son est alors importante. Le son se propage, par exemple, à une vitesse de 334 m/s à 20 °C.

Puis, la vitesse de propagation du son reste constante dans la mesure où la variation de pression est aussi constante dans un milieu. Sinon, la vitesse varie en fonction de la densité du gaz. Autrement dit, les molécules de gaz trop lourdes ralentiront le déplacement du son. La vitesse de propagation du gaz diminue au fur et à mesure que sa densité est importante.

Vitesse de propagation du son dans les liquides

Les animaux qui vivent sous l’eau s’enfuient dès qu’ils perçoivent de bruits au bord de l’eau. C’est donc une preuve tangible que l’eau est capable de transporter le son.

D’ailleurs, la vitesse de propagation de ce dernier est plus importante dans un milieu liquide que dans un gaz. En effet, elle peut atteindre les 1500 m/s. Une valeur qui est presque égale à 30Hz. Sinon, la vitesse du son varie toujours en fonction de la température, même dans le liquide. Plus la température est élevée, plus le son se propage rapidement.

Vitesse de propagation du son dans les solides

Le son se propage plus vite dans les solides que dans l’air. Par conséquent, la vitesse de propagation du son dans les solides est aussi plus importante que dans les liquides.

Ce phénomène peut s’expliquer à partir de quelques-unes de nos pratiques aux quotidiens. Par exemple, on entend mieux le roulement d’un train qui se trouve à plusieurs kilomètres en posant juste une oreille sur le rail.

De même, les guerriers d’autrefois posaient leurs oreilles directement sur le sol afin de percevoir le bruit de déplacement de leurs ennemis à des kilomètres à la ronde.