Chap 1 - Audition / 1. Notions d'acoustique

Question 1

1) Donnez la définition d’un son.

Answer 1

Pour le psychologue, on peut définir un son comme représentant la partie audible du spectre des vibrations acoustiques.

Pour qu’un objet puisse entrer en vibration, il faut qu’il possède deux propriétés qui sont l’inertie et l’élasticité.

> L’inertie correspond à la force minimale qu’il faut exercer sur un objet pour qu’il commence à bouger.

> l’élasticité correspond à la capacité d’un objet à revenir à son état initial après déformation ou mouvement.

Question 2

2) De quoi dépend la transmission d’un son ? Expliquez.

Answer 2

2 facteurs jouent un rôle dans la transmission d’un son :

1/ le milieu dans lequel le son se propage
2/ la température

En effet le son a besoin d ‘un milieu pour se transmettre, càd au moins de l’air, car le son résulte du déplacement des molécules du milieu dans lequel il est émis

De + la température influe sur la vitesse de propagation : ainsi les sons se propagent plus lentement dans un milieu froid

Question 3

3) Comment se fait la transmission d’un son ?

Answer 3

La vitesse de transmission d’un son (i.e. sa célérité) dépend de la densité du milieu dans lequel il se déplace, i.e. du milieu qui le propage. Plus la densité d’un milieu est élevée et plus le son se déplace rapidement.

Dans l’air, le son se propage par le déplacement des molécules d’air en 2 phases alternées :
phase de compression
puis phase de raréfaction

Question 4

4) Comment expliquez-vous que lors d’un orage vous voyez d’abord l’éclair, puis vous entendez le tonnerre ?

Answer 4

Sachant que la vitesse de transmission d’un son dépend de la densité du milieu

Dans l’air, qui est un milieu peu dense par exp comparé au métal, la vitesse d’un son est seulement de 332 m/sec

alors que la vitesse de la lumière est de 300 000 km/sec
> ce qui explique que la lumière d’un éclair nous parvienne avant le son du tonnerre

Question 5

5) À quoi font références les phases de compression des molécules d’air et celles de raréfaction des
molécules d’air ?

Answer 5

Ce sont les 2 phases composant la propagation des vibrations sonores et qui se succèdent en alternance
en un point donné et pendant un temps donné

Compression :
la densité des molécules d’air augmente et donc la pression augmente

Raréfaction (ou détente) :
la densité des molécules diminue et donc la pression aussi

La différence de pression entre ces zones càd l’amplitude est appelée pression sonore

Question 6

6) Combien de paramètres caractérisent un son ?
Quels sont-ils ?

(Décrire la sinusoïde)

Answer 6

Un son correspond à une vibration représentée sous forme de sinusoïde, et celle ci est caractérisée par 3 paramètres :
1/ la fréquence
2/ l’amplitude
3/ la phase de départ

Cette sinusoïde décrit la relation entre
les variations de pression (en ordonnée)
et le temps (en abscisse)

Durée d’un cycle sinusoïdal =
distance entre 2 zones successives identiques
= nommée période
généralement en ms

Question 7

7a) Donnez la définition de la fréquence d’un son.

Quelle est l’unité employée pour la fréquence (nom
complet et nom abrégé) ?

La fréquence d’un son correspond…

= nombre de…

par exp…

La fréquence est…

L’unité physique…

Answer 7

La fréquence d’un son correspond
au nombre de compressions et de raréfactions
des molécules d’air
qui atteint l’oreille en une seconde.

= nombre de cycles par seconde,
sachant qu’un cycle sonore (= pression)
correspond à la durée entre
deux zones successives identiques,

par exemple deux zones de compression des molécules d’air (mais cela peut aussi être deux zones de raréfaction des molécules d’air).

La fréquence est l’inverse de la période
qui représente la durée d’un cycle sonore.
On exprime cette relation par la formule : F = 1/N.

L’unité physique de la fréquence est le Hertz
(en abrégé, Hz), nom donné par
le physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894)
qui a été le premier à décrire la fréquence d’un son.

Question 8

7b) Quel est le corrélat perceptif de la fréquence d’un son ?

Answer 8

le corrélat perceptif de la fréquence d’un son
est sa hauteur, càd s’il est grave ou aigu

Si la fréquence d’un son est élevée,
cela signifie que l’objet oscille beaucoup
et le son audible produit est aigu.

Inversement, une fréquence faible
indique que l’objet oscille lentement
et le son produit est grave.

Question 9

7c) Quelles sont les limites inférieures et supérieures des fréquences audibles chez l’humain ?

Comment s’appellent les sons situés
en dessous de cette limite ?

Comment s’appellent les sons situés
au-dessus de cette limite ?

Citer les 3 catégories de fréquences audibles

Answer 9

Les fréquences audibles chez l’humain (Figure 3) sont comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz environ.

Les fréquences inférieures à 20 Hz
sont appelées des infrasons

et celles supérieures à 20 000 Hz
des ultrasons.

Catégories =
graves (20 - 400)
moyennes (400 - 1600)
aiguës (1600 - 20 000)

Question 10

8) Pour repérer leurs proies, les chauves-souris émettent des ultra-sons. Qu’est-ce que cela signifie ?

Answer 10

elles émettent des sons dont la fréquence
est supérieure à 20 000 Hz
càd inaudible pour l’humain

Question 11

9) Donnez la définition de l’amplitude d’un son.

correspond à…

exprime…
et nous renseigne sur…

Answer 11

L’amplitude, 2e paramètre caractérisant une sinusoïde, correspond à
la différence de pression
mesurée entre le maximum
de compression
et celui de raréfaction des molécules d’air.

Elle exprime l’intensité du son
et nous renseigne sur sa pression sonore
(ou force sonore)

Question 12

9b) Quel est le corrélat perceptif de l’amplitude d’un son ?

Quelle est son unité (nom complet et nom abrégé) ?

Dans quelle gamme d’intensité un humain
peut-il entendre ?

Answer 12

le corrélat perceptif de l’amplitude est le volume
qui peut être fort ou faible.

Un son fort est un son dont l’intensité est élevée,
tandis qu’un son faible est un son dont l’intensité est faible.

L’unité physique de l’intensité sonore est le décibel (en abrégé, dB) du nom de AG Bell, qui est une unité relative de comparaison d’intensité entre 2 sons

L’humain peut percevoir une gamme d’intensité
allant de 0 dB (seuil d’audition) à 120 dB (seuil de douleur, dépassement&raquo_space; lésion)
> très étendue : intensité la + forte sans risque
est 1 million de fois plus élevée que la plus faible

Question 13

10) Qui était Heinrich Hertz ?

Answer 13

le physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894)
a été le premier à décrire la fréquence d’un son.
» l’unité physique de la fréquence provient de son nom

Question 14

11) Qui était Alexander Graham Bell ?

inventeur ?

le premier à ?

a proposé ?

Answer 14

Bell (1847-1922) : physicien américain,
inventeur du téléphone en 1876,
mais aussi inventeur en 1874 
d’une oreille artificielle 
capable d’enregistrer les sons. 

Il a été le premier à décrire
la relation entre amplitude et pression sonore.

il a proposé une formule permettant d’exprimer la gamme des intensités sonores
selon le nombre de puissances de 10 qui les sépare, mesurée en Décibels

Décibel signifie le dixième du Bel.

Question 15

12) Donnez la définition de la phase de départ d’un son.

Answer 15

La phase de départ (c’est-à-dire son décalage dans le temps), troisième paramètre caractérisant une sinusoïde,

correspond à
la position de l’objet
au moment où il commence à vibrer.

Elle s’exprime en degrés d’angle (de 0° à 360°).
Un cycle complet de vibration comprend 360°.

Question 16

13) Qu’est-ce qu’un son pur ?

Sont-ils fréquents dans la nature ?

Quels exemples de sons purs naturels
pouvez-vous donner ?

Answer 16

Un son pur ne comporte qu’une seule fréquence
(i.e. un nombre de cycle par seconde).

Les sons purs sont généralement artificiels
car ils n’existent pas (ou peu) dans la nature.

(( On peut entendre de tels sons purs lorsque l’on utilise un appareil appelé audiomètre, c’est-à-dire un appareil électro-acoustique qui génère des sons purs et permet (entre autres) de faire des mesures de seuils absolus d’audition. ))

Parmi les rares sons purs naturels, on peut citer le son du diapason (le fameux « la » – 440 Hz).

Question 17

14) Qu’est-ce qu’un son complexe ?

Sont-ils fréquents dans la nature ?

Quels exemples de sons
complexes pouvez-vous donner ?

Answer 17

Un son complexe a une forme d’onde moins régulière qu’un son pur

Exp :
L’environnement naturel de l’humain est essentiellement constitué de sons complexes tels que la parole, la musique et toutes les stimulations produites par la nature et les machines.

Question 18

15) Qu’est-ce qui caractérise un son complexe ?

Qu’est-ce que permet une telle caractéristique ?

Answer 18

Un son complexe se caractérise par une propriété de périodicité de l’onde qui lui correspond (càd qu’elle se répète avec régularité)

Cette propriété de périodicité permet de décrire le son complexe en décomposant l’onde en plusieurs sinusoïdes

Question 19

16) Que permet le théorème de Fourier ? Expliquez.

Answer 19

Le théorème de Fourier spécifie que

n’importe quelle vibration
est la somme de
n vibrations particulières
dites vibrations sinusoïdales.

En présence d'un son complexe on peut alors 
effectuer une "analyse de Fourier"
pour identifier par dérivation 
les différentes vibrations sinusoïdales 
qui le composent

Question 20

17) Que signifie « modulation de fréquence et d’amplitude » ? Expliquez.

Answer 20

On parle de modulation de fréquence et d’amplitude
pour signifier que
les sons naturels ne sont jamais constants :
leur fréquence et leur amplitude
peuvent varier au cours du temps

L’amplitude peut être constante tandis que la fréquence varie, et inversement, ou bien les deux paramètres peuvent varier

On peut combiner l’analyse de la fréquence, de l’amplitude et des variations dans le temps dans une représentation unique appelée spectrogramme

Question 21

18) Après avoir rappelé la définition de la période, calculez celle d’un son dont la fréquence est de
1 500 Hz

Answer 21

Période = durée d’un cycle sinusoïdal càd la distance entre 2 zones successives identiques (2 zones de compression ou 2 zones de raréfaction des molécules d’air)

Période généralement exprimée en ms

Fréquence = inverse de la période

F = 1/N&raquo_space; N = 1/F

si F = 1500 Hz alors
N = 1/1500
N = 0,00067 soit 0,67 ms

Question 22

19) Soit une vibration sinusoïdale, dont la période est de 0,4 ms. Calculez la fréquence de cette
vibration.

Answer 22

si N = 0,4 ms = 0,0004 secondes

F = 1/N soit
F = 1/0,0004
F = 2500 Hz