Émission et perception d'un son - Signal sonore périodique - cours de seconde physique chimie
Summary
TLDRDans cette vidéo éducative, nous explorons l'émmission et la perception du son, en commençant par la manière dont les objets vibrants émettent des sons et comment ils sont amplifiés et propagés. Nous abordons ensuite les signaux sonores périodiques, en mettant l'accent sur le signal sinusoïdal et la manière de mesurer la période temporelle et la fréquence. Enfin, nous examinons comment l'oreille perçoit les sons, en introduisant les concepts de hauteur et de timbre, ainsi que les niveaux sonores et leur intensité. L'objectif est d'aider les étudiants à comprendre les bases de l'acoustique et à améliorer leurs connaissances en physique et en chimie.
Takeaways
- 🎶 Les sons sont émis par des objets qui vibrent, comme une corde frappée ou un diapason.
- 📳 La propagation du son ne déplace pas de matière, mais se propage par le déplacement d'une perturbation à travers un milieu.
- 🌐 Le son a besoin d'un milieu pour se propager et ne peut pas se propager dans le vide, comme dans l'espace.
- 📏 La vitesse de propagation du son dépend de plusieurs paramètres, mais en air à 15 degrés, elle est d'environ 340 m/s.
- 🎵 Les signaux sonores périodiques sont des signaux qui ont un motif qui se répète à intervalles réguliers.
- 📐 La période temporelle est la durée du motif le plus court qui se répète et est mesurée en secondes ou ses sous-multiples.
- 🔊 La fréquence d'un son est la répétition du motif par seconde et est l'inverse de la période temporelle.
- 👂 La perception de hauteur et de timbre d'un son dépend de la fréquence et des spécificités de l'instrument ou de la source.
- 👵 L'audition humaine a un domaine de fréquence audible allant d'environ 20 Hz à 20 kHz.
- 🔉 L'intensité du son est linéaire et dépend de la source, tandis que le niveau sonore est logarithmique et dépend de la perception auditive.
- 💥 Les niveaux sonores varient de 0 à 140 décibels, avec 0 dB étant le seuil de perception auditive et 140 dB étant extrêmement douloureux.
Q & A
Comment un son est-il émis et propagé?
-Un son est émis par des objets qui vibrent, comme une corde frappée ou un diapason. Il est propagé par le déplacement d'une perturbation d'un point à un autre dans un milieu, sans déplacement global de la matière. La propagation du son a besoin d'un milieu comme l'air, l'eau ou l'acier, et ne peut pas se propager dans le vide.
Qu'est-ce qu'un signal sonore périodique et quel est son intérêt?
-Un signal sonore périodique est un signal dont le motif se répète à intervalles réguliers. Il est important car il permet de définir une période temporelle et une fréquence, ce qui est utile pour l'analyse et la compréhension des sons, notamment en musique et en acoustique.
Comment mesure-t-on la période temporelle d'un signal sonore périodique?
-On mesure la période temporelle en observant le motif élémentaire et en déterminant combien de temps il faut pour qu'il se répète. Pour une précision accrue, on peut mesurer sur plusieurs motifs élémentaires et diviser le temps total par le nombre de motifs.
Quelle est la relation entre la période temporelle et la fréquence d'un son?
-La fréquence d'un son est l'inverse de la période temporelle. Elle est calculée en divisant 1 par la période temporelle (fréquence = 1/T). La fréquence correspond au nombre de répétitions du motif chaque seconde et est exprimée en Hertz (Hz).
Comment la température affecte-t-elle la vitesse de propagation du son?
-La vitesse de propagation du son dépend de plusieurs paramètres, dont la température. Plus la température est élevée, plus le son se propage rapidement dans un milieu donné. Par exemple, dans l'air, la vitesse de propagation du son est d'environ 340 m/s à 15 degrés Celsius.
Quels sont les domaines de fréquence audibles pour l'oreille humaine?
-Le domaine de fréquence audible pour l'oreille humaine va大致 de 20 Hz à 20 kHz. Les fréquences en dessous de 20 Hz sont appelées infrasons et celles au-dessus de 20 kHz sont appelées ultrasons, qui ne sont pas audibles pour l'oreille humaine.
Quelle est la différence entre la hauteur et le timbre d'un son?
-La hauteur d'un son correspond à sa fréquence et détermine si le son est aigu ou grave. Le timbre, en revanche, est la qualité distinctive du son qui permet de distinguer deux sons de même hauteur mais produits par des sources différentes, comme un violon et un piano.
Comment l'intensité sonore est-elle perçue par l'oreille humaine et quelle est son échelle?
-L'intensité sonore est perçue par l'oreille de manière logarithmique, ce qui signifie qu'une augmentation de l'intensité de deux fois ne correspond pas à une sensation de son deux fois plus fort. L'échelle de l'intensité sonore est mesurée en décibels (dB), et va大致 de 0 dB pour le seuil de perception du son jusqu'à 140 dB pour des niveaux sonores extrêmement forts et douloureux.
Quels sont les niveaux sonores associés aux différents types d'environnements?
-Les niveaux sonores varient en fonction de l'environnement. Par exemple, 30 dB correspond à une nuit calme à la campagne, tandis que 140 dB serait associé à un concert très fort. Les niveaux sonores entre 30 et 100 dB couvrent la majorité de nos expériences quotidiennes auditives.
Comment les sons gravitationnels et ultrasons sont-ils perçus par l'oreille humaine?
-Les sons gravitationnels, en dessous de 20 Hz, et les ultrasons, au-dessus de 20 kHz, ne sont pas audibles pour l'oreille humaine. Cela signifie que même s'ils sont présents dans l'environnement, ils ne sont pas perçus comme des sons audibles par la plupart des individus.
Comment les sons peuvent-ils causer de la fatigue ou des dommages à l'oreille?
-Les sons peuvent causer de la fatigue à l'oreille lorsqu'ils sont exposés à des niveaux sonores élevés sur une période prolongée, comme entre 60 et 90 dB. Des niveaux encore plus élevés, entre 90 et 120 dB, peuvent causer des dommages auditifs. Et des niveaux supérieurs à 120 dB, comme ceux d'un déclenchement de fusée, peuvent causer de la douleur physique et des dommages sévères à l'oreille.
Outlines
🎤 Émission et propagation du son
Ce paragraphe explique comment le son est émis et propagé. Il commence par décrire le processus de vibration d'objets pour émettre du son, comme une corde de guitare ou un diapason. Il mentionne l'utilisation de caisses de résonance pour amplifier le son, comme les cavités buccales et nasales chez l'homme. Ensuite, il détaille comment le son se propage à travers un milieu, en vibrant les molécules environnantes. Il souligne que le son a besoin d'un milieu pour se propager et ne peut pas se propager dans le vide. Enfin, il introduit les vitesses de propagation du son dans différents milieux, comme l'air, l'eau et l'acier, et explique comment calculer la vitesse du son à partir de la distance et de la durée de propagation.
📈 Signaux sonores périodiques et sinusoïdaux
Dans ce paragraphe, l'accent est mis sur les signaux sonores périodiques, en particulier le signal sinusoïdal. Il explique que le signal sinusoïdal est un cas particulier de signal périodique basé sur la fonction sinus. Il détaille comment identifier un signal périodique en repérant le motif élémentaire qui se répète à intervalles réguliers. Il introduit également les concepts de période temporelle et de fréquence, soulignant leur relation inverse. Le paragraphe explique également comment mesurer la période temporelle à partir d'un graphique et comment calculer la fréquence à partir de cette période. Il mentionne l'importance de ces concepts pour comprendre les signaux sonores périodiques.
👂 Perception du son et niveaux sonores
Le dernier paragraphe traite de la perception du son et des niveaux sonores. Il introduit les termes de hauteur et de timbre pour décrire les caractéristiques d'un son. Il explique que la hauteur correspond à la fréquence du son et que le timbre permet de distinguer deux sons de même hauteur mais de nature différente. Il décrit également le domaine de fréquence audible pour l'oreille humaine, allant de 20 Hz à 20 kHz, et souligne que l'audition diminue avec l'âge et peut varier entre les individus. Enfin, il explique les notions d'intensité et de niveau sonore, comment ils sont perçus par l'oreille et comment ils sont mesurés en décibels. Il fournit des exemples de niveaux sonores et de leur impact sur l'oreille humaine, allant du calme à des niveaux douloureux et dangereux.
Mindmap
Keywords
💡émission de son
💡propagation du son
💡vitesse de propagation
💡signal sonore périodique
💡fréquence
💡timbre
💡domaine de fréquence audible
💡intensité sonore
💡niveau sonore
💡caisses de résonance
💡oreille humaine
Highlights
Les sons sont émis par des objets qui vibrent rapidement.
Les caisses de résonance amplifient le son émis par un objet.
Les cavités buccales et nasales servent à amplifier le son émis par les cordes vocales.
La propagation du son ne déplace pas de matière ni d'objets.
Le son se propage par le déplacement d'une perturbation d'une molécule à l'autre.
Le son ne peut pas se propager dans le vide, contrairement à l'air et l'eau.
La vitesse de propagation du son dépend de plusieurs paramètres, notamment la température.
La vitesse du son dans l'air à 15 degrés est d'environ 340 m/s.
Les signaux sonores périodiques ont un motif élémentaire qui se répète à intervalles réguliers.
Un signal sinusoïdal est un cas particulier de signal sonore périodique basé sur la fonction sinus.
La période temporelle est la durée du motif le plus court qui se répète.
La fréquence est la répétition du motif chaque seconde et est exprimée en Hertz.
L'oreille humaine a un domaine de fréquence audible allant d'environ 20 Hz à 20 kHz.
Les sons graves sont ceux avec des fréquences entre 20 et 100 Hz.
Les sons aigus se situent entre 2 000 et 20 000 Hz.
L'intensité sonore est une échelle linéaire qui tient compte de la source du bruit.
Le niveau sonore est une échelle logarithmique qui tient compte de la perception par l'oreille.
Les sons entre 0 et 60 décibels correspondent au repos et à une conversation normale.
Les sons entre 90 et 120 décibels peuvent devenir douloureux pour l'oreille.
Les sons à 140 décibels sont comparables à ceux d'un décollage de fusée.
Transcripts
bonjour à tous et bienvenue dans cette
vidéo où on va voir ton chapitre de
physique-chimie de la classe de seconde
sur l'émission et la perception d'un son
on va commencer par voir comment un son
est émis et propagé puis on verra dans
un second temps le cas particulier d'un
signal sonore périodique et enfin on
terminera par voir comment nous
percevons les sons mais avant qu'on
attaque n'oublie pas de t'abonner si
jamais tu es au lycée et que tu
souhaites avoir accès à du contenu de
qualité pour t'aider à avoir
d'excellentes en physique et en chimie
tout autour de nous les sons sont émis
par des objets qui vibrent et en général
très rapidement prends par exemple une
corde que tu tends aux deux extrémités
si tu tapes dessus elle va se mettre à
vibrer et tu peux entendre un son de la
même manière si tu frappes sur un
diapason il va vibrer très faiblement et
émettre un son tu peux aussi voir le
vent qui fait vibrer les feuilles des
arbres et c'est ça qui crée le bruit que
tu entends alors en fait le souci c'est
que si on en reste là les sons émis sont
assez peu intenses c'est à dire que tu
vas les entendre mais vraiment pas fort
pour résoudre ce problème on utilise des
caisses de résonance qui servent à
amplifier le son émis par un objet qui
vibre comprend par exemple une guitare
les cordes que tu grattes émettent le
son et la caisse de résonance amplifie
le son en réalité dans la nature
beaucoup d'animaux possèdent des caisses
de résonance naturelle c'est d'ailleurs
notre cas puisque nos cavités buccales
et nasales ont ce rôle et servent
amplifier le son émis par la vibration
de nos cordes vocales si tu reprends
l'exemple de la guitare tes cordes
vocales ce sont les cordes et tes
cavités buccales et nasales c'est la
caisse de résonance une fois qu'on a
créé et amplifié notre son on va
chercher à le propager jusqu'à notre
oreille pour faire ça on ne va pas
déplacer de la matière ni des objets le
son se déplacera par le déplacement
d'une perturbation de proche en proche
et il faut pour ça un milieu matériel
alors j'ai conscience que si tu vois ça
pour la première fois ça peut être un
peu difficile de comprendre cette phrase
mais on va voir ça dans le détail pour
le moment retiens juste que propager un
son ce n'est pas comme passer un ballon
à un pote par exemple la matière n'aura
globalement pas changé d'emplacement
après la propagation du son en réalité
tu le sais probablement déjà dans l'air
il y a des milliards de milliards de
molécules et ce qui se passe quand le
son se propage c'est que ces Molé vont
vibrer et lorsqu'une molécule va vibrer
elle va faire vibrer les molécules qui
sont autour d'elles et ainsi de suite on
va propager la perturbation de proche en
proche ainsi la propagation part de la
bouche de l'interlocuteur ça c'est
l'émission du son et arrive jusqu'à ton
oreille la dernière molécule qui vient à
vibrer proche de ton oreille cette
molécule fait elle-même vibrer ton
tympan et ça c'est la perception du son
par ton oreille on a propagé un son de
proche en proche mais ça ça a une
implication importante c'est que sans un
milieu pour se propager le son bah il se
propage pas du coup le son ne peut pas
se propager dans le vide autour de nous
notamment le son se propage dans l'air
mais dans l'espace le son bah il peut
pas se propager c'est dehors pour ça que
si on rendait les films de
science-fiction réalisme il serait
vraiment pas spectaculaire imagine Star
Wars réaliste bah il y aurait aucun son
ce serait une bataille spatiale
totalement silencieuse bon ok il y
aurait pas que ça comme problème mais ça
serait un des problèmes donc on l'a dit
le son se propage de proche en proche et
même si sa vitesse de propagation elle
dépend de multiples paramètres on peut
dire que sa vitesse elle est quand même
assez importante l'ordre de grandeur que
tu peux retenir c'est que dans l'air à
15 degrés donc on va dire à une
température plus ou moins ambiante sa
vitesse de propagation c'est 340 m/s
mais comme tu le vois sur le tableau que
je t'affiche à l'écran finalement la
vitesse du son bah elle peut varier
vraiment de manière importante par
exemple dans l'eau elle est déjà
pratiquement 5 fois plus importante
environ 1500 mètres par seconde et dans
l'acier c'est encore plus important
environ 5600 mètres par seconde bref
pour connaître la vitesse de propagation
du son il faut connaître le milieu de
propagation et quelques paramètres clés
la température est parfois la pression
les exercices les plus basiques qu'on
pourra te demander dans ce chapitre ça
sera de calculer la vitesse d'un son
pour ça on te donnera un énoncé plus ou
moins compliqué dans cette annoncé tu
auras une distance donner de manière
plus ou moins explicite entre une source
et un récepteur et la durée aura mis ce
sont pour parcourir cette distance pour
réaliser ce problème il faudra te
rappeler de la formule de ton cours la
vitesse est égale à une distance sur une
durée on repère ou on calcule ou on
déduit au préalable la durée et la
distance donc ici la distance est 910
mètres et la durée 2,7 secondes et enfin
on fait l'application numérique donc ici
la vitesse du son c'est 337 m/s et comme
toujours en physique pour avoir le
maximum de points il faudra penser à
écrire le résultat avec le bon nombre de
chiffres significatifs et en écriture
scientifique ici puisqu'on nous donnait
la durée avec seulement deux chiffres
significatifs on devra donner le
résultat avec seulement deux chiffres
donc la bonne réponse c'était 3,4 x 10
puissance 2 mètres par seconde bravo si
tu l'avais vu avant que je te l'affiche
à l'écran dans le deuxième chapitre de
ce cours on va s'intéresser au signaux
sonores périodique le plus typique
d'entre eux c'est le signal sinusoïdal
alors pourquoi ce nom barbare bah tout
simplement parce qu'il est basé sur la
fonction mathématique sinus mais retiens
qu'un signal sinusoïdal ce n'est qu'un
cas particulier d'un signal sonore
périodique donc revenons à nos signaux
sonores périodiques un signal sonore
périodique c'est un signal qui a un
motif élémentaire qui va se reproduire à
intervalle de temps régulier ici tu le
vois votre motif élémentaire il va se
reproduire à intervalle de temps
régulier et puisque notre motif
élémentaire ici il est basé sur la
fonction mathématique sinus on dit que
c'est un signal sinusoïdal mais en
réalité des signaux sonores périodiques
ben on en a une infinité d'autres on
peut en faire autant qu'on veut on a par
exemple ici un signal sonore périodique
basé sur une fonction triangulaire le
motif élémentaire c'est un triangle mais
on peut en avoir des beaucoup plus
compliqué le plus important c'est qu'on
ait un motif élémentaire qui se
reproduise à intervalle de temps
régulier dès que tu repères ça c'est
gagné tu as un signal sonore périodique
et pourquoi est-ce qu'on t'embête autant
avec les signaux sonores périodiques pas
tout simplement parce que dès lors qu'il
y a des motifs qui se répètent dans le
temps qu'on peut définir une période
temporelle ça ça va être la durée du
motif le plus court qui se répète
identique à lui-même autrement dit la
durée qu'il faut pour que le motif
élémentaire se répète ça c'est ce qu'on
appelle la période temporelle on note
Grand T et on l'exprime en seconde
parfois cette période temporelle elle
sera plutôt exprimée dans des
sous-multiples de la seconde comme la
milliseconde dans ce cas là il faudra
très souvent faire des conversions pour
l'avoir en seconde c'est pour ça que
c'est important que tu saches manipuler
les multiples et les sous-multiples des
puissances de 10 je te renvoie vers tout
un tas d'autres vidéos si jamais tu
souhaites manipuler ça si tu as un
graphique comme celui que tu as à
l'écran en général on ne va pas estimer
la période temporelle comme ça on
mesurant une période temporelle sur un
unique motif ça ça serait source d'une
grande incertitude imagine que tu as
peur de temporelle tu la mesure un petit
peu trop grande ou un petit peu trop
petite bah finalement tu as déjà un
grand écart sur ton résultat on peut
faire beaucoup mieux pour diminuer les
incertitudes on va estimer la période
sur une plage plus large contenant
plusieurs périodes dans les faits on va
en prendre autant que possible mais bon
déjà si on en a 10 c'est déjà vraiment
pas mal par exemple ici à l'écran mesure
la période temporelle sur 10 motifs
élémentaires on aura donc 10 fois la
période temporelle 10 fois t admettons
qu'on trouve 10 secondes et ben dans ce
cas là on sait que la période temporelle
grandtée c'est 10 secondes divisé par 10
donc une seconde et on aura vraiment
amélioré notre précision sur le résultat
la deuxième grandeur que tu dois
connaître c'est la fréquence et elle déc
directement de la période temporelle
puisque la fréquence on la calcule à
partir de la période temporelle et c'est
1 sur T l'inverse de la période
temporelle ça correspond au nombre de
répétitions du motif chaque seconde si
la période temporelle est exprimée en
seconde la fréquence est-elle exprimée
en Hertz alors dans le système
international des Hertz ça correspond à
des secondes - 1 mais bon en physique
puisqu'on aime bien rendre hommage et
rajouter des unités pour complexifier un
peu les choses on appelle ça des Hertz
donc si on récapitule les étapes
première étape on mesure d'abord la
période T à partir d'un graphique par
exemple et deuxième étape on calcule la
fréquence f à partir de la formule que
tu as à l'écran sachant qu'ici il ne
faudra pas oublier de convertir ta
période T en seconde si jamais elle
n'était pas en seconde dans la première
étape et enfin dans le dernier chapitre
de ton cours va s'intéresser à la
perception d'un son c'est-à-dire la
manière dont on oreille perçoit les sons
qui t'entourent pour ça on va commencer
par introduire de nouveaux termes dans
ton vocabulaire la hauteur et le timbre
d'un son la hauteur sent en quelque
sorte une nouvelle manière la fréquence
d'un son et le timbre c'est en revanche
les spécificités qui font que tu vas
entendre deux sons de même hauteur de
façon différente prends par exemple un
là à 440 Hertz joué par deux instruments
différents un violon et un piano
admettons ça ça a la même hauteur mais
toi avec tes oreilles tu n'entends pas
le même son tu n'as pas la même
perception ça a des timbre différents on
l'a dit un petit peu avant dans la
deuxième partie les signaux sonores
périodiques ils ont une fréquence et
l'oreille humaine elle n'entend pas
toutes les fréquences elle a ce qu'on
appelle un domaine de fréquence audible
ce domaine il va grosso modo de 20 Hertz
à 20 kHz en dessous pour des fréquences
plus basses on va voir ce qu'on appelle
les infrasons ça ton oreille elle ne les
entend pas et au dessus au-delà de 20
kHz on va avoir ce qu'on appelle les
ultrasons ça également tes oreilles
elles ne les entend pas quand tu es dans
la plage des sons audibles vers le bas
des sons audibles donc autour des 20
Hertz entre 20 50 100 Hertz là on a ce
qu'on appelle les sons graves et plus on
se rapproche des 20 kHz donc des 20000
Hertz plus on a des sons aigus alors
attention la vision elle est extrêmement
simplifiée tu t'en doutes alors déjà ça
varie d'une personne à l'autre parce que
déjà il y a des personnes qui sont
malentendantes et puis même sans parler
de personne malentendantes plus on
vieillit moins on va entendre les aigus
par exemple mais c'est même pire que ça
en général on peut même avoir une
asymétrie entre les oreilles par exemple
on peut avoir une oreille qui va moins
bien entendre les aigus alors que
l'autre va mieux les entendre enfin bref
c'est beaucoup plus compliqué que ce que
tu vois à l'écran ce que tu vois à
l'écran c'est un cadre général mais ce
n'est pas une règle absolue et enfin
pour terminer avec les sons on doit voir
comment notre oreille perçoit les
niveaux sonores autrement dit ce qu'un
son est fort ou pas pour ça on a deux
nouvelles notions l'intensité ça ça
tient compte de la source du bruit et
c'est une échelle linéaire donc si on
double l'intensité on a doublé le bruit
au niveau de la source et le niveau
sonore ça ça tient compte de la
perception par l'oreille et ça c'est une
échelle logarithmique et l'unité c'est
en décibel pourquoi une échelle
logarithmique bah parce qu'un son d'une
intensité sonore deux fois plus grande
ne sera pas entendu deux fois plus fort
par ton oreille ça ce que ça veut dire
c'est que si tu as par exemple un
scooter devant c'est toi et que tu mets
un même scooter exactement même modèle
juste à côté que tu le démarres bah le
bruit que tu vas entendre il sera pas
deux fois plus fort il sera un peu plus
fort mais pas deux fois plus fort ça ça
fait qu'on peut placer les sons qu'on a
autour de nous sur une échelle de niveau
sonore qui va grosso modo de 0 décibel à
140 décibels ça sera en quelque sorte le
son le plus bas que tu pourras entendre
donc en dessous de ce seuil t'a aucune
chance d'entendre le son et 140 décibels
en quelque sorte ça serait le son plus
fort qu'on pourrait créer entre 0 et 60
on aurait ce qu'on appelle le repos
autour de 60 décibels on a par exemple
une conversation entre deux personnes à
un volume sonore à peu près normal entre
60 et 90 on a la zone de la fatigue pour
l'oreille plus on se rapproche des 90
plutôt ton oreille commence à fatiguer
en restant exposer longtemps à ces
niveaux sonores entre 90 et 120 décibels
là ça commence à devenir un petit peu
dangereux pour ton oreille et entre 120
et 140 décibels là ça commence à devenir
carrément douloureux pour ton oreille là
tu ressens carrément une douleur
physique à être exposée à ce niveau
sonore pour te donner un petit seuil 120
décibel c'est à côté d'un avion qui est
en train de décoller c'est pas rien 140
décibels tu es à côté d'une fusée qui
est en train de décoller bon ok dans ce
cas là ton oreille c'est le moindre de
tes soucis tu as d'autres problèmes
plusieurs gens à régler et finalement on
va passer la majorité de notre vie avec
des niveaux sonores entre 30 et 100
décibels 30 décibels ça serait une nuit
très calme à la campagne et sans
décibels ça serait un concert par
exemple mais ça représente tout de même
un écart d'intensité sonore de l'ordre
de 10 millions c'est tout pour cette
vidéo si tu as apprécié fais-le moi
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