Théorie du son: Propriété du son

La fréquence représente le nombre de cycles effectués par l'onde en une seconde, là où un cycle est composé d'une demi-onde positive et d'une demi-onde négative. Elle est calculée en Hz [1/sec]: une onde de fréquence de 1 Hz effectue un cycle chaque seconde. La figure ci-après illustre une sinusoïde de fréquence de 5 Hz:

Sinusoïde de fréquence 5 Hz

C'est le temps nécessaire pour réaliser un cycle complet. D'où la relation:

Équation 1.2. Période d'une sinusoïde 

La figure suivante illustre la durée de la période d'une sinusoïde:

Période d'une sinusoïde

C'est la distance entre deux points correspondants (par exemple deux maximum successifs) le long de la forme d'onde. Sa valeur peut être calculée à partir de la formule suivante:

Équation 1.3. Longueur d'onde d'une sinusoïde 

où:

c = vitesse du son dans le moyen en question (dans l'air elle est de 344m/s).

Pour avoir une idée des dimensions qu'on traite on peut prendre en exemple une onde de fréquence de 1 Hz qui voyage dans l'air. Selon la formule dont on vient juste de parler, on aura:

Équation 1.4. Calcul de la longueur d'onde 

c'est-à-dire qu'à chaque cycle l'onde s'étend sur 344 m, soit deux stades de football! Comme on le verra, l'oreille de l'homme commence à percevoir les sons de fréquence au delà de 20-30 Hz, soit une longueur d'onde de 15-18 mètres.

La figure ci-après illustre la longueur d'onde d'une sinusoïde:

Longueur d'onde d'une sinusoïde

En ce qui concerne la terminologie dans cette section nous utiliserons le terme ampleur pour indiquer l'extension d'une propriété physique, alors que pour sa mesure le terme amplitude sera employé.

C'est la mesure de l'écartement maximum de la position d'équilibre. Ampleurs plus grandes, volumes plus élevés. On compte deux types de mesure de l'ampleur. La première est une mesure de type absolue et on la définit ampleur crête qui mesure effectivement le point où l'onde atteint son ampleur maximum. La seconde est une mesure de l'ampleur qui tient compte de la façon dont l'oreille perçoit le son. On parle dans ce cas d'ampleur efficace (RMS, Root Mean Square), soit les formules:

Équation 1.5. Amplitude efficace 

La figure ci-après montre l'ampleur d'une sinusoïde:

Ampleur d'une sinusoïde

La phase est la distance relative entre deux formes d'onde. Pour en saisir le sens il est nécessaire de comprendre comment se produit une forme d'onde sinusoïdale. Pour ceci, on se référera à la figure suivante:

Graphiques des phases

Imaginons que le point A se déplace à une vitesse constante le long de la circonférence dans le sens anti-horaire à partir du point à 0 degrés. Si α est l'angle, les segments partant du point A sur les axes x et y seront respectivement:

donc ce qu'on voit au graphique (a) représente la longueur de la projection du point A sur l'axe des ordonnées (y) selon la variation de l'angle. Imaginez maintenant qu'on fasse tourner le point A dans le sens horaire, sa projection sur les y sera négative au début et ressemblera au cheminement décrit dans la figure (b). Maintenant on peut donner une autre interprétation de la fréquence en disant qu'elle correspondra au nombre de fois que le point A résalisera le tour complet en une seconde. L'ampleur maximum sera toujours obtenue à 90° indépendamment de la fréquence, en général on peut dire que la phase ne dépend pas de la fréquence. L'équation qui relie la phase au temps est:

Équation 1.6. Relation entre phase et temps 

On avait mentionné que la vitesse du son dans l'air est d'environ 344m/s. Plus le support est dense, plus le son se propage rapidement, ce phénomène est à la base de la réfraction. Un son qui se propage à l'intérieur d'un support a une vitesse de propagation qui dépend des caractéristiques du support même. Chaque support a sa vitesse du son définie qui est calculée à une température constante de 23-24 °C. Déterminer une valeur constante s'avère nécessaire vu qu'à la variation de la température, varient les caractéristiques du support et donc la vitesse du son au sein même du support. Quand un support se réchauffe, une énergie cinétique est transférée à ses particules. Quand celles-ci rentrent en contact avec un front d'onde, les particules du support répondent plus vite à la sollicitation et transmettent donc l'énergie sonore reçue plus rapidement. Ceci se traduit par une vitesse supérieure du son au sein même du support. On obtient en supportne une augmentation (diminution) de la vitesse de 0.6 m/s à chaque augmentation (diminution) d'un degré C de la température du support.