Fiche de révision : Spectre sonore et timbre
En bref
Un son est une vibration qui se propage. Sa hauteur dépend de la fréquence (période), son intensité de l'amplitude. Le timbre, lié à la forme du signal, permet de distinguer deux sons de même hauteur et intensité. Les sons aigus ont une fréquence élevée, les graves une fréquence basse. L'oreille perçoit entre 20 Hz et 20 000 Hz ; au-delà, ce sont des infrasons ou ultrasons. L'exposition à des sons intenses peut endommager l'audition.
Points clés
- Un son est caractérisé par sa hauteur (fréquence), son intensité (amplitude) et son timbre (forme du signal).
- La fréquence f (en Hz) est le nombre de vibrations par seconde ; la période T (en s) est la durée d'une vibration : f = 1/T.
- La hauteur est liée à la fréquence : plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
- L'intensité sonore dépend de l'amplitude de la vibration ; plus l'amplitude est grande, plus le son est fort.
- Le timbre est la signature sonore d'une source ; il dépend de la composition en harmoniques (fréquences multiples de la fondamentale).
- L'oreille humaine perçoit les sons de 20 Hz à 20 000 Hz ; en dessous : infrasons, au-dessus : ultrasons.
- Les risques auditifs (surdité, acouphènes) augmentent avec l'intensité et la durée d'exposition.
Définitions & formules
Son
Vibration mécanique qui se propage dans un milieu matériel (solide, liquide, gaz).
Fréquence (f)
Nombre de vibrations par seconde, en hertz (Hz). f = 1/T.
Période (T)
Durée d'une vibration, en secondes (s). T = 1/f.
Hauteur
Caractéristique liée à la fréquence : aigu (f élevée) ou grave (f basse).
Intensité
Caractéristique liée à l'amplitude : son fort (grande amplitude) ou faible (petite amplitude).
Timbre
Ensemble des harmoniques qui donne la couleur sonore ; permet de distinguer deux instruments jouant la même note.
Risques auditifs
Dégâts possibles pour l'oreille (surdité, acouphènes) dus à une exposition prolongée à des sons intenses.
Méthode flash
- 1Pour déterminer la période T sur un oscillogramme : mesurer la durée entre deux motifs identiques (en ms ou s).
- 2Calculer la fréquence : f = 1/T (avec T en secondes).
- 3Comparer deux sons : même hauteur si même fréquence fondamentale ; même timbre si même forme de signal (mêmes harmoniques).
- 4Évaluer un risque auditif : plus l'intensité est grande et la durée longue, plus le risque est élevé.
Exemple corrigé
Énoncé
Un son a une période T = 2,5 ms. Quelle est sa fréquence ? Est-il audible ?
Résolution
T = 2,5 ms = 2,5 × 10⁻³ s. f = 1/T = 1/(2,5×10⁻³) = 400 Hz. 400 Hz est entre 20 Hz et 20 000 Hz, donc audible.
Pièges à éviter
❌ Faux : Confondre hauteur et intensité : un son aigu est forcément fort.
✅ Correct : La hauteur dépend de la fréquence, l'intensité de l'amplitude. Un son aigu peut être faible.
❌ Faux : Penser que le timbre ne dépend que de la fréquence fondamentale.
✅ Correct : Le timbre dépend de la composition en harmoniques (fréquences multiples de la fondamentale).
❌ Faux : Croire que l'oreille perçoit tous les sons.
✅ Correct : L'oreille humaine perçoit seulement les sons entre 20 Hz et 20 000 Hz.
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