Les sons et leurs propagation

Création d’un son

Un son est créé par la vibration rapide d’un objet comme les cordes d’une guitare, les ailes d’un insecte ou les feuilles d’un arbre au vent.

Cette vibration est souvent d’amplitude micrométrique à millimétrique et provoque des sons de faible intensité. Pour résoudre ce problème, beaucoup d’instruments et d’êtres vivants sont dotés d’une caisse de résonance. Une caisse de résonance amplifie et sélectionne les sons.

La propagation d’un son

On entend un son en étant à distance de la source qui l’a créé : entre la source sonore et l’oreille, il y a propagation du son.

La vibration initiale est transmise de proche en proche au niveau microscopique (entre particules : molécules ou atomes), sans que l’objet qui vibre ne se déplace lui-même. Comme une ola dans un stade : la vague se déplace, mais les supporters ne l’accompagnent pas dans son déplacement latéral.

Propagation d’une onde sonore. Source

On observe effectivement sur l’animation que l’onde sonore se déplace dans le milieu, mais que les particules du milieu ne se déplacent pas avec l’onde; elles se balancent (oscillent) seulement autour de leur position initiale. Le milieu se comprime et se dilate autour de la position initiale des particules.

Un signal sonore est un phénomène de déplacement d’une perturbation de proche en proche dans un milieu matériel mais sans transport effectif de matière.

Le signal sonore nécessite un milieu de propagation pour se déplacer : ce milieu peut être l’air, le bois, le métal, l’eau ou tout autre matériau. En l’absence de milieu matériel (c’est-à-dire le vide), il ne peut y avoir propagation du son. Ainsi, dans l’espace, les sons ne se propagent pas.

Vitesse de propagation du son : la célérité

Pour mesurer la célérité du son dans un milieu, on peut envoyer un signal sonore (un clapement de main par exemple) et mesurer le durée $\mathrm{\Delta }t$ qui sépare la réception de l’onde sonore par deux récepteurs (micros), séparés par une distance $d$ connue. Ensuite, on peut calculer la célerité du son dans le milieu en utilisant la relation :

$$v_{son}=\frac{d}{\mathrm{\Delta }t}$$

Protocole de mesure de la vitesse du son. Source

Dans un milieu donné, le son se propage avec une vitesse caractéristique. Cette vitesse, appelée aussi célérité, dépend de la nature du milieu et de la température. Dans l’air, vers $15°C$, la célérité du son est voisine de $340m\cdot s^{-1}$.

Milieu de propagation à $15°C$	vide	air	eau	bois	fer
célérité en $m\cdot s^{-1}$	$0$	$340$	$1500$	$500$	$6000$

On voit que plus le milieu est dense, plus la célérité est grande. C’est pourquoi le son se propage plus vite dans l’eau que dans l’air.