Les ondes sonores Tle STI2D PDF

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Cours de STI2D sur les ondes sonores...

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Physique-Chimie

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Chapitre 14 : Le Less o on ndes sonores Activité 1 : L’oreille humaine Activité 2 page 225 : Intensité acoustique et niveau sonore Exercices 7, 8, 9, 10, 11, 12, 16 page 231 à 233

I.

Nature d’un son

Une onde est la propagation d’une perturbation dans un milieu. Une onde transporte de l’énergie mais pas de matière. Le son est une onde mécanique longitudinale produite par une vibration de l’air qui crée, au voisinage d’une source, des compressions et des dilatations qui se propagent dans le milieu matériel : c’est l’onde sonore.

II.

Caractéristiques des sons purs et complexes

Le spectre d’amplitude d’un son périodique est la représentation de l’amplitude en fonction de la fréquence de l ’onde. La décomposition de Fourier d’un signal permet d’obtenir son spectre d’amplitude.

a) Son pur Ce signal est pur car le signal périodique est sinusoïdal.

On observe alors une seule fréquence sur le spectre d’amplitude d’un son pur, un pic unique (celui du fondamental).

𝟏

→ La fréquence 𝒇𝟏 et la période 𝑻𝟏 sont liées par la relation : 𝒇𝟏 = 𝑻

𝟏

b) Son complexe Si le signal périodique n’est pas sinusoïdal, le son musical est complexe. Son spectre d’amplitude présente un pic à la fréquence 𝑓1 , égale à la fréquence du signal : c’est le premier harmonique, aussi appelé fondamental. Un son complexe présente également d’autres pics d’amplitudes variables, ce sont les harmoniques de rang n (avec n > 1) dont la fréquence est multiple de celle du fondamental : 𝒇𝒏 = 𝒏 × 𝒇𝟏 Avec 𝒇𝟏 et 𝒇𝒏 : les fréquences exprimées en Hz ; n : un entier sans unité. Page 1 sur 3

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III.

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Hauteur et timbre d d’’un son

La hauteur d’un son est la caractéristique qui donne sensation qu’un son est plus aigu ou plus grave qu’un autre. Plus la hauteur est élevée et plus le son est aigu. Elle est égale à la fréquence du fondamental. Deux sons, de même hauteur, joués par des instruments différents, ne sont pas perçus de la même manière. Le timbre d ’un son est la qualité du son qui permet de distinguer des notes, de même hauteur, jouées par des instruments différents. Il est alors lié au nombre d ’harmoniques et à leurs amplitudes.

IV.

In Intensité tensité acoustique et niveau sonore

La sensation auditive humaine n’est pas proportionnelle à l’intensité sonore reçue. En effet, quand deux trompettes jouent ensemble, l’intensité sonore est deux fois plus grande par rapport à une seule trompette, ca r les intensités acoustiques s’additionnent, mais le son ne paraît pas deux fois plus fort. Lorsque l’intensité acoustique double, le niveau sonore augmente de 3 dB. Pour quantifier cette sensation sonore, on définit la grandeur appelée niveau sonore, notée L, sachant que :

𝑰 𝑳 = 𝟏𝟎 × 𝐥𝐨𝐠 ( ) 𝑰𝟎

Avec : - L : le niveau sonore, en décibel (dB) - I : l’intensité acoustique, en W.m-² - I0 : l’intensité correspondant au seuil d’audibilité de l’oreille humaine : 𝑰𝟎 = 𝟏𝟎−𝟏𝟐 𝑾. 𝒎−𝟐 Ainsi, connaissant le niveau sonore L, il est possible de calculer l’intensité acoustique avec la relation suivante : 𝑳

𝑰 = 𝑰𝟎 × 𝟏𝟎(𝟏𝟎

)

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V.

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Sensi Sensibilité bilité de l’oreille humaine

Notre oreille a des seuils d’audibilité et de douleur qui dépendent de la fréquence du son reçu. Le domaine de fréquences audibles est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz. Parmi les fréquences audibles, les plus graves et les plus aiguës sont mal perçues et deviennent gênantes voire dangereuses à fort volume.

Fic ich he des attendus du Cha hap pit itrre 14 : Les ondes sono norres Vocabulaire à savoir : onde, fréquence, son pur et son complexe, timbre et hauteur d’un son, intensité acoustique, niveau sonore, domaine de fréquences audibles

Compétences Déterminer la fréquence du fondamental et des harmoniques à partir du spectre d’amplitude d’un signal sonore. Définir et distinguer la notion de timbre et de hauteur. Exploiter la relation entre l’intensité acoustique et le niveau sonore. Citer et exploiter l’unité correspondant au niveau sonore : le décibel (dB). Exploiter des informations relatives aux courbes de sensibilité de l’oreille humaine (fréquences audibles, seuil d’audibilité, seuil de douleur…) Distinguer un spectre d’amplitude d’un son pur et d’un son complexe.

Où la trouver ?

Je sais faire

Je dois demander

Exercices 8, 9, 16 page 231-233 Cours Activité 2 page 225 Exercices 10, 11, 12 Activité 1 Activité 1 Exercice 7 page 231

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