Qu'est-ce que le son ? Ondes sonores, fréquence et décibels expliqués

La musique, une voix, une porte qui claque : nous entendons des sons toute la journée sans y prêter attention. Mais qu’est-ce que le son, au juste ? En bref : une vibration qui se propage dans l’air sous forme d’onde. Votre oreille capte cette vibration et votre cerveau en fait du son.

Dans cet article, vous découvrez comment naît le son, ce que signifient fréquence et décibel, à quelle vitesse va le son et quelle est la différence entre infrasons et ultrasons.

Qu’est-ce que le son ?

Selon le dictionnaire, le son est une vibration de l’air que l’on perçoit avec les oreilles. Les physiciens voient les choses plus largement : pour eux, le son est toute onde de pression qui se propage dans un milieu. Ce peut être l’air, mais aussi l’eau ou un solide, comme un mur. Et il ne doit pas forcément être audible. Les sons trop graves ou trop aigus pour notre oreille comptent aussi.

Ce que l’un entend, l’autre ne l’entend donc pas forcément. Un chien ou une chauve-souris entend des sons qui nous sont inaudibles. Pour ces animaux, c’est simplement du son.

Comment naît le son ?

Le son commence toujours par quelque chose qui vibre : une corde de guitare, vos cordes vocales ou la membrane d’un haut-parleur. À chaque mouvement vers l’avant, la source comprime les particules d’air situées devant elle. La pression de l’air y augmente un instant : c’est ce qu’on appelle une compression. Quand la source revient en arrière, une zone de pression plus basse apparaît : une raréfaction.

Les particules comprimées transmettent leur poussée aux particules voisines, qui la transmettent à leur tour aux suivantes. La vibration se propage ainsi comme une onde, tandis que l’air lui-même reste en grande partie en place. On peut comparer cela à un caillou jeté dans l’eau : les vaguelettes s’éloignent de l’endroit où le caillou est tombé, mais l’eau ne se déplace pas avec elles.

Plus l’onde se propage, plus les particules d’air doivent se partager l’énergie. C’est pourquoi le son s’affaiblit à mesure que vous vous éloignez de la source, jusqu’à ce que vous ne l’entendiez plus du tout.

Et comme le son a besoin d’un milieu pour se propager, il n’y a pas de son dans l’espace. Si deux satellites entrent en collision dans le vide, cela se passe dans un silence total.

À quoi ressemble une onde sonore ?

On ne peut pas voir le son, mais on peut le dessiner. Si l’on représente la pression de l’air à un endroit en fonction du temps, on obtient une onde. Les sommets sont les compressions, les creux les raréfactions.

Deux propriétés de cette onde déterminent ce que vous entendez : combien de fois elle vibre, et l’importance des différences de pression.

Fréquence : aigu ou grave (Hz)

Le nombre de vibrations par seconde s’appelle la fréquence, et elle se mesure en hertz (Hz). Une onde qui va et vient mille fois par seconde a une fréquence de 1 000 Hz. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.

Fréquence et longueur d’onde sont liées : plus le son est aigu, plus l’onde est courte. Un son grave de 20 Hz a dans l’air une longueur d’onde d’environ 17 mètres, un son aigu de 20 000 Hz même pas 2 centimètres.

Une oreille humaine saine entend environ de 20 à 20 000 Hz. Cela varie d’une personne à l’autre. Avec l’âge, ce sont surtout les sons aigus qui se dégradent, et c’est aussi le cas en cas de lésions dues au bruit. Votre oreille est la plus sensible aux sons moyennement aigus, autour de 1 000 à 5 000 Hz. C’est aussi là que se trouvent les sons qui rendent la parole compréhensible.

Intensité : fort ou faible (dB)

L’importance des différences de pression dans l’onde s’appelle l’amplitude. Plus l’amplitude est grande, plus vous entendez le son fort. Cette intensité sonore s’exprime en décibels (dB).

L’échelle des décibels est logarithmique. Chaque fois que l’on ajoute 10 dB, l’énergie sonore est multipliée par dix, et le son paraît environ deux fois plus fort à votre oreille. Chaque fois que l’on ajoute 3 dB, l’énergie double déjà. Quelques exemples :

À partir d’environ 80 dB, le son peut abîmer votre audition en cas d’exposition prolongée, et au-delà de 100 dB, cela se produit en quelques minutes. Bon à savoir : le seuil de la douleur est bien plus élevé. Le son peut donc abîmer votre audition bien avant de faire mal. Combien de temps vous pouvez rester sans danger dans quel bruit, vous le découvrez dans combien de décibels sont dangereux.

À quelle vitesse va le son ?

Dans l’air à 20 °C, le son va à environ 343 mètres par seconde, soit plus de 1 200 kilomètres par heure. Vous le remarquez lors d’un orage : vous voyez l’éclair tout de suite, mais le tonnerre arrive plus tard. Si vous comptez les secondes et les divisez par trois, vous savez à peu près à combien de kilomètres se trouve l’orage.

Cette vitesse n’est pas une valeur fixe. Dans l’air chaud, le son va plus vite que dans l’air froid : à -40 °C, c’est environ 306 mètres par seconde, à +40 °C quelque 355. Dans les liquides et les solides, le son va encore beaucoup plus vite, parce que les particules sont plus proches les unes des autres. Dans l’eau, c’est environ 1 480 mètres par seconde, dans l’acier autour de 5 900.

Pour le reste, les ondes sonores se comportent comme les vagues. Elles peuvent se réfléchir sur un mur, ce que vous entendez comme un écho ou une réverbération. Elles contournent les coins, si bien que vous pouvez entendre quelqu’un parler au coin de la rue. Et deux ondes peuvent se renforcer ou au contraire s’annuler. C’est ce dernier principe qu’utilisent les casques à réduction de bruit : ils créent un contre-son qui annule le bruit ambiant.

Infrasons et ultrasons

Tous les sons ne nous sont pas audibles. En dessous de 20 Hz, on parle d’infrasons. Vous ne les entendez pas, mais à un niveau élevé, vous pouvez parfois en sentir les vibrations, par exemple avec un trafic lourd ou une grosse basse. Les éléphants utilisent les infrasons pour communiquer entre eux sur de grandes distances, parce que les sons graves portent loin.

Au-dessus de 20 000 Hz, on parle d’ultrasons. Les chauves-souris et les dauphins les utilisent pour s’orienter et repérer leurs proies : ils émettent un son et écoutent l’écho. Les humains utilisent aussi les ultrasons, par exemple pour une échographie à l’hôpital et chez le dentiste pour enlever le tartre. Et grâce au sonar, les navires mesurent la distance jusqu’au fond marin en émettant une impulsion sonore et en mesurant le temps jusqu’à l’écho.

De l’onde sonore à l’audition

Entre 20 et 20 000 Hz se trouve tout ce que nous entendons : d’un klaxon à une symphonie. Comment votre oreille capte ces vibrations et comment votre cerveau en fait du son, de la parole et de la musique, vous le découvrez dans notre article sur le fonctionnement de l’audition.

Trop de son peut abîmer cette audition de façon permanente. Vous voulez savoir comment l’éviter ? Lisez alors nos conseils pour prévenir les lésions auditives, ou découvrez comment les bouchons d’oreilles sur mesure atténuent le son tout en vous permettant de tout entendre.