Chapitre 11 – Émettre et percevoir un son

Thème 3 : Ondes et signaux | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique

Dernière mise à jour : 22 juin 2026, 17:00

Objectifs du chapitre :

Décrire l'émission et la propagation d'un signal sonore dans un milieu matériel ;
Relier la distance parcourue, la vitesse du son et la durée : \(d=v\times t\) ;
Reconnaître un signal périodique, mesurer sa période \(T\) sur un oscillogramme et calculer sa fréquence : \(f=\dfrac{1}{T}\) ;
Relier la fréquence à la hauteur (grave / aigu) d'un son ;
Citer l'unité du niveau d'intensité sonore (décibel) et connaître les risques auditifs.

Situation d'introduction

Un éclair illumine le ciel, et le tonnerre n'arrive que quelques secondes plus tard : la lumière va bien plus vite que le son. À un concert, le sonomètre affiche 100 dB et l'on ressort les oreilles qui sifflent. Au téléphone, on reconnaît une voix grave d'une voix aiguë. Qu'est-ce qu'un son, comment se propage-t-il, comment décrire un son grave ou aigu, et à partir de quand devient-il dangereux ?

1. Émission et propagation d'un son

Définition Un son est produit par un objet qui vibre (corde, haut-parleur, cordes vocales, peau d'un tambour). Cette vibration se transmet de proche en proche dans un milieu matériel (air, eau, métal) : c'est la propagation du son. Un son ne se propage pas dans le vide (pas de matière à mettre en mouvement).

Vitesse de propagation du son La vitesse \(v\) (ou célérité) dépend du milieu. Dans l'air, à température ambiante :

\( v_{\text{air}} \approx 340\ \text{m/s} \)

Le son va plus vite dans l'eau (≈ 1 500 m/s) et encore plus vite dans les solides (acier ≈ 5 000 m/s). La distance parcourue est reliée à la durée par :

\( d = v \times t \)

avec \(d\) en mètres (m), \(v\) en m/s, \(t\) en secondes (s).

Méthode — Calculer une distance ou une durée avec le son

Repérer ce que l'on cherche (distance \(d\) ou durée \(t\)) et ce que l'on connaît.
Choisir la forme de la relation : \(d=v\times t\) pour une distance, \(t=\dfrac{d}{v}\) pour une durée.
Vérifier les unités (m, m/s, s) avant de calculer, puis remplacer les valeurs.

Exemple travaillé. Un plongeur tape deux pierres sous l'eau ; un second plongeur situé à \(d=750\ \text{m}\) entend le choc. Avec \(v_{\text{eau}}\approx1\,500\ \text{m/s}\) : \(t=\dfrac{d}{v}=\dfrac{750}{1\,500}=0{,}50\ \text{s}\). Le son met une demi-seconde à lui parvenir.

Mini-exercice 1. On voit l'éclair puis on entend le tonnerre 6 s après. À quelle distance est l'orage ? (\(v\approx340\ \text{m/s}\))

\(d=v\times t=340\times6=2\,040\ \text{m}\approx 2\ \text{km}\). On peut retenir l'ordre de grandeur : « 3 secondes ≈ 1 km ».

Mini-exercice 2. Un randonneur crie face à une falaise et entend l'écho 2,0 s plus tard. À quelle distance est la falaise ? (Attention : le son fait l'aller-retour.)

Distance totale parcourue : \(d=v\times t=340\times2{,}0=680\ \text{m}\). Mais c'est un aller-retour, donc la falaise est à \(680\div2=340\ \text{m}\).

2. Période et fréquence d'un signal sonore

Définition Un son pur est un signal périodique : le même motif se répète identique à lui-même au cours du temps. La période \(T\) est la durée d'un motif (en secondes, s). La fréquence \(f\) est le nombre de motifs par seconde, elle s'exprime en hertz (Hz).

Relation période – fréquence La fréquence est l'inverse de la période :

\( f=\dfrac{1}{T} \qquad\text{et}\qquad T=\dfrac{1}{f} \)

avec \(T\) en secondes et \(f\) en hertz. Sous-multiples utiles : \(1\ \text{ms}=10^{-3}\ \text{s}\), \(1\ \text{kHz}=10^{3}\ \text{Hz}\).

Méthode — Mesurer T sur un oscillogramme puis calculer f

Repérer un motif complet du signal (d'un point à son répétiteur identique).
Lire sa durée sur l'axe horizontal : c'est la période \(T\). Penser à convertir en secondes.
Calculer la fréquence : \(f=\dfrac{1}{T}\) (en Hz).

Exemple travaillé. Sur un oscillogramme, un motif occupe \(T=2{,}0\ \text{ms}=2{,}0\times10^{-3}\ \text{s}\). Alors \(f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{1}{2{,}0\times10^{-3}}=500\ \text{Hz}\).

Hauteur d'un son (perception) Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu ; plus elle est petite, plus il est grave. L'oreille humaine perçoit environ de 20 Hz à 20 000 Hz. En dessous : les infrasons ; au-dessus : les ultrasons (inaudibles).

Mini-exercice 3. Un diapason émet un son de fréquence 440 Hz. Quelle est sa période ?

\(T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{440}\approx2{,}3\times10^{-3}\ \text{s}=2{,}3\ \text{ms}\).

Mini-exercice 4. Deux notes sont jouées : la première a une période \(T_1=4{,}0\ \text{ms}\), la seconde \(T_2=1{,}0\ \text{ms}\). Laquelle est la plus aiguë ?

\(f_1=\dfrac{1}{4{,}0\times10^{-3}}=250\ \text{Hz}\) ; \(f_2=\dfrac{1}{1{,}0\times10^{-3}}=1\,000\ \text{Hz}\). La seconde note (1 000 Hz) a la plus grande fréquence : c'est la plus aiguë.

3. Niveau d'intensité sonore

Définition Le niveau d'intensité sonore \(L\) traduit la « force » d'un son (son volume sonore). Il se mesure au sonomètre et s'exprime en décibels (dB). Plus le son est fort, plus \(L\) est élevé.

Échelle des niveaux sonores L'échelle des décibels n'est pas proportionnelle : 0 dB correspond au seuil de l'audition, et chaque grande étape correspond à un son nettement plus intense. Quelques repères :

≈ 0 dB : seuil d'audition ; ≈ 30 dB : chuchotement ;
≈ 60 dB : conversation ; ≈ 85 dB : seuil de danger (exposition prolongée) ;
≈ 120 dB : seuil de douleur (concert près des enceintes, réacteur d'avion).

Méthode — Évaluer un risque auditif

Relever le niveau sonore \(L\) (au sonomètre, ou sur une application smartphone).
Le comparer au seuil de danger de 85 dB.
Au-delà, et surtout si l'exposition est longue ou répétée : se protéger (bouchons, casque) ou s'éloigner de la source.

Exemple travaillé. Dans un atelier, un sonomètre indique 92 dB en continu pendant le travail. Ce niveau dépasse 85 dB : l'exposition prolongée présente un risque pour l'audition. Le port de protections auditives est obligatoire.

Mini-exercice 5. Un son passe de 200 Hz à 800 Hz : devient-il plus grave ou plus aigu ? Son niveau sonore change-t-il forcément ?

Il devient plus aigu (la fréquence augmente). Le niveau sonore (en dB) ne change pas forcément : fréquence (hauteur) et niveau (force) sont deux grandeurs indépendantes.

4. Applications

Autour de nous.

Musique : un instrument règle la hauteur d'une note en changeant la fréquence (longueur de corde, position des doigts).
Échographie et sonar : on mesure le temps d'aller-retour d'ultrasons pour connaître une distance (profondeur de la mer, image d'un fœtus).
Santé et travail : les sonomètres surveillent le bruit en concert, en discothèque, en atelier ; la réglementation impose des protections au-delà de seuils de niveau sonore.
Sécurité routière : on estime la distance d'un orage en comptant les secondes entre l'éclair et le tonnerre.

Erreurs fréquentes

❌ Croire que le son se propage dans le vide → ✅ il lui faut un milieu matériel (dans l'espace, aucun son).
❌ Confondre fréquence (en Hz, grave/aigu) et niveau sonore (en dB, faible/fort) : ce sont deux grandeurs différentes.
❌ Oublier l'aller-retour dans un problème d'écho → ✅ diviser la distance par 2.
❌ Calculer \(f=\dfrac{1}{T}\) avec \(T\) en ms → ✅ convertir d'abord \(T\) en secondes.
❌ Penser qu'un son fort est forcément aigu → ✅ un son grave peut être très fort (basse, tonnerre).

À retenir

Un son est une vibration qui se propage dans un milieu matériel (jamais dans le vide) ; \(v\approx340\ \text{m/s}\) dans l'air, plus vite dans l'eau et les solides.
Distance et durée : \(d=v\times t\).
Signal périodique : période \(T\) (s), fréquence \(f\) (Hz), avec \(f=\dfrac{1}{T}\).
Fréquence grande → son aigu ; fréquence petite → son grave. Oreille : ≈ 20 Hz à 20 000 Hz.
Niveau d'intensité sonore \(L\) en décibels (dB), mesuré au sonomètre ; danger au-delà de 85 dB de façon prolongée.