Signaux sonores et information

Signaux sonores et information

Du tonnerre lointain à l'échographie médicale : décoder le son.

Le son a besoin de matière pour se propager

Onde sonore Vibration des particules d'un milieu matériel (air, eau, solide). Le son ne peut pas se propager dans le vide.

Comparaison son / lumière Son Nécessite un milieu matériel. Ne se propage pas dans le vide. Vitesse d'environ 340 m/s dans l'air (≈ 343 m/s à 20 °C).

Lumière Se propage dans le vide, et y va même plus vite que dans un milieu matériel. Vitesse de 3 × 10⁸ m/s dans le vide.

Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ?

La lumière de l'éclair arrive presque instantanément (c = 3 × 10⁸ m/s) tandis que le son du tonnerre voyage bien plus lentement (~ 340 m/s). On peut estimer la distance d'un orage en comptant le délai : 3 secondes ≈ 1 km.

Le son ne va pas à la même vitesse partout

La vitesse du son dépend du milieu : il va plus vite dans les solides et les liquides que dans les gaz.

Valeurs à connaître Air à 20 °C : vson ≈ 340 m/s Eau : vson ≈ 1500 m/s (4× plus vite) Acier : vson ≈ 5000 m/s (15× plus vite) Distance par retard

La relation d = v × t permet de calculer la distance d'une source à partir d'un retard mesuré (orage, écho, sonar).

Fréquence : aigu ou grave ?

Fréquence f Nombre de vibrations par seconde d'un son. S'exprime en hertz (Hz). Une vibration par seconde = 1 Hz.

Son grave Faible fréquence (basse, contrebasse, voix d'homme). Exemple : 100 Hz.

Son aigu Grande fréquence (sifflet, soprano, cymbale). Exemple : 4000 Hz.

À retenir : domaine d'audibilité humain Infrasons : f < 20 Hz (éléphants, tremblements de terre).

Sons audibles : 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz).

Ultrasons : f > 20 000 Hz (chauves-souris, sonar, échographie).

Avec l'âge, la limite supérieure diminue : un adulte de 50 ans entend rarement au-delà de 12 kHz.

Le niveau sonore : décibels et risques auditifs

Niveau sonore Grandeur exprimée en décibels (dB) qui mesure l'intensité perçue d'un son. L'échelle n'est pas proportionnelle : +10 dB correspond à un son perçu environ 2× plus fort.

Niveaux typiques 0 dB : seuil d'audition (très faible).

30 dB : chuchotement.

60 dB : conversation normale.

85 dB : seuil de danger en exposition prolongée.

100 dB : concert, marteau-piqueur.

120 dB : seuil de douleur, avion au décollage.

140 dB : risque de lésion immédiate.

Protéger ses oreilles Limiter le volume des écouteurs (60 % max).

Pas plus de 1 h d'écoute continue.

Bouchons d'oreilles en concert / en boîte de nuit.

Toute lésion auditive due au bruit est irréversible.

Un signal porte de l'information

Un signal est une grandeur physique qui transporte de l'information : son (parole), lumière (Morse, fibre optique), onde radio (radio, Wi-Fi), tension électrique (téléphone filaire), pression (échographie)…

Exemples de signaux d'information Téléphone : voix → signal électrique → onde radio.

Wi-Fi : données → ondes radio (2,4 ou 5 GHz).

Fibre optique : données → impulsions lumineuses dans une fibre de verre.

Échographie : ultrasons → image médicale (fœtus, organes).

Sonar / lidar : signal émis + écho → distance et forme.

Code Morse : trains de signaux courts/longs → texte.

Pour aller plus loin : numérique vs analogique

Les signaux analogiques varient en continu (parole, vinyle). Les signaux numériques ne prennent que les valeurs 0 et 1 (CD, ordinateurs, internet). Le numérique se transmet sans perte et se duplique parfaitement, d'où sa domination aujourd'hui. (Distinction approfondie en technologie et au lycée.)

L'essentiel

Le son nécessite un milieu matériel. Pas de son dans le vide.

Vitesse du son dans l'air : v ≈ 340 m/s ; dans l'eau ~ 1500 m/s.

Fréquence en hertz : grave (faible f) ou aigu (grande f).

Audibles : 20 Hz à 20 kHz. Infrasons : < 20 Hz. Ultrasons : > 20 kHz.

Niveau sonore en décibels. Au-delà de 85 dB en exposition prolongée : danger.

Distance par retard : d = v × t (et /2 si écho aller-retour).

Tout signal (sonore, lumineux, électrique, radio) porte de l'information.