Les Caractéristiques d’un son


Une onde sonore est caractérisée par trois paramètres essentiels liés entre eux :

-Sa vitesse
-Sa fréquence
-Sa longueur d’onde
Dans le domaine musical, on s’intéresse surtout aux trois grandeurs « physiologiques » suivantes :
La fréquence, appelée alors hauteur du son
L’amplitude, ou plus communément l’intensité
Le timbre du son, déterminé par la forme de l’onde sonore.

a) La vitesse

La célérité d’un son, comme celle de toute onde, est indiquée par sa longueur d’onde acoustique évolue. Elle varie dans un premier temps suivant la température. Dans l’air, la relation entre vitesse et température donne cette équation V = λf et, puisque f=1/T V = λ/T avec :
V la vitesse de l’onde en m/s
λ la longueur d’onde en mètre
f la fréquence en s ou en Hertz
T la période en seconde
La vitesse de propagation dépend de plusieurs paramètres relatifs au milieu dans lequel l’onde acoustique évolue. Elle varie dans un premier temps suivant la température. Dans l’air, la relation entre vitesse et température est donnée par cette équation : V = 20√T° avec :
-V la vitesse en m/s
-T° la température en Kelvin

Par exemple, à 20°C, ce qui équivaut à 293,15°K, on aura V = 243 m/s.
La célérité du son dépend surtout de la densité et de l’élasticité du milieu. Ainsi, plus le milieu est dense et moins il est élastique, plus l’onde sonore se déplace rapidement. En effet, les atomes du milieu se rencontre dans un intervalle plus court et transmettent ainsi le mouvement de la matière plus rapidement. L’onde sonore est en fait un inversement propositionnelle à l’élasticité du milieu.
Les solides étant plus denses que les liquides et eux-mêmes étant plus denses que les gaz, on a :
Vson (solide) > Vson(liquide) > Vson(gaz)

On remarquera par exemple que la vitesse du son atteint 5000m/s dans l’acier et même 6400m/s dans l’aluminium contre 1425m/s dans l’eau et « seulement » 340m/s dans l’air (à des températures identiques)

b) La longueur d’onde
La longueur d’onde, exprimée en mètre, correspond à la longueur d’une oscillation complète, c’est-à-dire, la distance la plus courte qui sépare deux points de matière dans une position identique. Elle se définit plus couramment comme la distances entre deux crêtes.

c) Fréquence, hauteur et période
La fréquence d’un son indique le nombre d’oscillations complètes de l’onde effectuée par secondes. Elle s’exprime en Hertz (Hz), mesure équivalente à une seconde-1. En d’autre terme, une fréquence d’un hertz signifie que l’onde effectue une oscillation complète en une seconde. Comme nous l’avons vu précédemment, la période est l’inverse de la hauteur. Elle s’exprime donc en seconde et nous donne simplement la durée que met une onde à parcourir une distance d’une longueur d’onde, soit le temps qu’elle met pour réaliser une oscillation complète.
En musique, la fréquence est plutôt désignée par le nom de hauteur. Ainsi, plus la fréquence d’un son est élevée, plus celui-ci est aigu.
On parle de sons graves pour une fréquence inférieure à 20Hz, de sons médiums pour les fréquences comprises entre 500 et 3000Hz et des sons aigus pour les fréquences supérieures à 3000Hz. Pour un son grave, la distance entre deux crêtes est plus grande : il y a moins d’oscillations en une seconde que quand le son est plus aigu.

d) L’intensité
L’intensité d’un son, appelé aussi volume, est déterminée par l’amplitude de l’onde : plus l’onde est ample, plus l’intensité du son est forte. L’amplitude est donnée par l’écart maximal de la grandeur qui caractérise l’onde. Pour le son, onde de compression, cette grandeur est la pression. L’amplitude sera donc donnée par l’écart entre la pression la plus forte et la plus faible exercée par l’onde acoustique.

e) Le timbre
C’est cette caractéristique du son qui permet de différencier deux sons de même hauteur et de même intensité. Par exemple on peut jouer un même son (même volume, même fréquence) au piano, à la guitare et à la clarinette sans pour autant qu’il nous paraisse identique. Cette sensation différente est donc due au timbre, c'est-à-dire à la « forme » du son. Ainsi, la pression exercée par une source de vibration peut varier avec une même période pour deux instruments de musique, mais sans que la pression à l’origine du son évolue de la même façon. Ci-dessous, on a enregistré les variations de deux sons de même période et de même intensité, l’un formé par une guitare et l’autre formé par une trompette : on peut voir facilement la différence de variation de pression au cours du temps.