Le son comme matériau plastique, 07/10/11.

Intervenant : Dominique Fabre.

Le son : phénomène physique.

La propagation.

Le son est un phénomène physique lié à la composition de l'air. Lorsqu'une portion d'air est mise rapidement en mouvement :

• Compression de la portion d'air.

• Réaction de décompression de la portion d'air.

• Expansion de la portion au delà de son volume initial.

• Compression de la portion voisine.

• Etc.

La zone de pression se « propage » de portion d'air en portion d'air. La vitesse de propagation du son dépend de l'élasticité du fluide (eau, air) dans lequel il se propage. Dans l'air elle est environ de 344m/sec.

La perception.

Imaginons qu'une oreille humaine soit placée au niveau de l'une des portions d'air. Les mouvements du tympan épousent les variation de pression de la portion d'air. On peut les représenter en fonction du temps de la manière suivante : (voir graphique).

Dans la réalité, les sons ne se limitent pas à une compression unique qui se propage. Imaginons, par exemple, le bruit d'une baguette frappant un tambour. La peau va entrer en vibration et provoquer des compressions successives des portions d'air en contact avec elle. La vibration s'atténuant, les compressions sont de plus en plus faibles jusqu'à leur extinction totale. Il est important de bien comprendre que c'est seulement la zone de pression qui se déplace, les molécules d'air, elles, restent à leur place à quelques micron près.

Cette forme de propagation est analogue à ce que l'on peut observer lorsqu'on jette une pierre dans une étendue d'eau calme. On parle d'une onde sonore.

Notre cerveau distingue plusieurs caractéristiques dans les sons perçus. Les principales sont :

• La durée : elle correspond au temps écoulé entre le premier « pique » et l'extinction totale de l'onde.

• La hauteur : elle indique si le son est grave ou aigu et correspond à la fréquence d'ondulation. Plus une période entre 2 répétitions est courte, plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.

• L'intensité : ça représente l'amplitude maximum de l'onde. Plus cette valeur est élevée, plus le son est fort.

La fréquence d'un son est exprimée en Hertz (Hz). Une onde sonore ayant pour période de 0.1 seconde à une fréquence de 10Hz. L'être humain ne peut entendre que les sons dont la fréquence est comprise entre 20Hz et 20KHz.

En dessous de 20Hz, on parle d'infrasons, au dessus de 20KHz on parle d'ultrason. Ces limites varient en fonction de l'âge, en particulier la limite haute. Un adulte de 40 ans pourra percevoir les sons jusqu'à environ 12KHz alors qu'un enfant de 10 ans entendra jusqu'à 18KHz.

Pour exemple, les chats entendent les sons jusqu'à 25HKz, les chiens jusqu'à 35KHz et les chauves souris jusqu'à 1000KHz.

L'intensité du son est exprimé en décibel SPL (Sound Pressure Level), il s'agit d'une unité dont l'échelle est logarithmique. Ce choix a été fait pour ne pas avoir à manipuler des chiffres trop petits ou trop grands.

0db représente le seuil d'audibilité. Il ne s'agit pas du silence absolu. On note que la plupart des personnes ont un seuil d'audibilité un peu plus élevé (4-5 dBSPL). 130DB est le seuil de douleur pour l'humain, cependant l'oreille peut subier des dégats des 85 dBSPL. Notons une propriété intéressante de l'échelle logarithmique utilisée pour les dBSPL : l'intensité du son perçu double tous les 3 dBSPL. Autrement dit, un son à 56 dBSPL est 2 fois plus fort qu'un son à 53 dBSPL./

Quelques points de repères :

• 10-20 dBSPL : tic tac d'une trotteuse de montre.

• 20-30 dBSPL : chuchotement.

• 30-40 dBSPL : forêt.

• 70-80 dBSPL : aspirateur, restaurant bruyant.

• 80-90 dBSPL : tondeuse à gazon, klaxon.

• 100-110 dBSPL : marteau piqueur, concert amplifié.

• 120-130 dBSPL : sirène des pompiers.

• 130 dBSPL : seuil de la douleur.

• 180 dBSPL : décollage de la fusée Ariane.

Composition.

Les sons naturels ne sont pas des ondes aussi simples. Ils sont en réalité composés de plusieurs ondes dont les fréquences, les intensité et les durées diffèrent. Ce sont les harmoniques du son.

Si les fréquences des harmoniques d'une onde snore sont quelconques et sans rapport entre elles, l'onde sonore ne se répète pas régulièrement dans le temps, elle n'a pas de fréquence. On parle alors de son atonal.

Si, en revanche, les fréquences des différentes harmoniques sont proportionnelles entre elles alors l'onde sonore a une fréquence, il s'agit d'un son tonale, sa fréquence est appelée note. Ce sont ces sons là que l'on utilise en musique.

Sans rentrer dans les détails, les notes de musiques, directement liées à la fréquence sont issues de conventions. Ainsi la note de référence est le LA 440, c'est à dire une onde sonore dont la fréquence est de 440Hz. C'est l'onde produite par un diapason classique.

Réverbération.

Lorsque qu'une onde sonore qui se propage rencontre une portion de matière dure, la propagation est modifiée. L'onde sonore peut soit être absorbée soit être réfléchie en fonction des propriétés physique de l'obstacle rencontré. Dans le cas d'une absorption, l'onde sonore s'éteint simplement au contact de l'obstacle. Dans le cas d'une réflexion, tout ou une partie des composantes de l'onde sonore est renvoyée. La propagation de l'onde reprend alors dans une autre direction.

Un auditeur placé à proximité de la source perçoit donc d'une part le son émis directement par la source, et d'autre part, les sons réverbérés par les différentes surfaces rencontrées par l'onde sonore. On parle de « champ direct » et de « champ diffus ».

champ diffus : composé de multiples répliques du champ direct plus ou moins appauvries en composantes et en intensités, plus ou moins différés dans le temps.

Lorsqu'on l'on crie d'un point de vue surplombant une vallée, on entend le champ direct (notre voix) puis le champ diffus (échos). Lorsque le champ diffus se compose de réplique claire et très différées dans le temps, on parle d'écho.

Dans une salle de bain carrelée, lorsqu'on parle, on entend la réverbération liée aux multiples réflexions du son sur les carreaux. Lorsque le champ diffus se compose de très nombreuses répliques très rapprochées dans le temps, on parle de réverbération.

Ainsi, chaque environnement sonore a une empreinte propre liée au type de champ diffus qu'il produit, ainsi une même source sonore pourra être perçue très différemment selon le lieu ou elle est diffusée.