Le « Son du Silence », le « Son et la Vision » et les collines musicales vivantes avec le son de la musique — oui, le son est tout autour de nous dans les chansons et notre vie quotidienne.
Mais qu’est-ce que le son exactement, et plus précisément, qu’est-ce que l’énergie sonore ? Y a-t-il du son si personne ne l’entend? (OK, nous devenons un peu philosophiques ici, mais vous pouvez voir comment cela conduit à tant d’autres questions.)
Nous apprécions presque tous certains sons qui rencontrent un large spectre, qu’il s’agisse des Beatles chantant un merle ou de l’engouement ASMR des bruits calmes. Pendant ce temps, certains travailleurs ont besoin d’une protection contre l’énergie sonore et portent une protection auditive — des pilotes d’hélicoptère aux travailleurs de plates-formes pétrolières utilisant de la machinerie lourde.
Examinons les définitions de l’énergie sonore et comment notre compréhension des sources sonores contribue à façonner notre monde.
Quelle est la Définition de l’Énergie sonore ?
Avant de définir l’énergie sonore, nous devons comprendre deux principaux types d’énergie dans l’univers:
- Énergie potentielle, ou énergie stockée quelque part
- Énergie cinétique, énergie de mouvement
Ces énergies peuvent être subdivisées en d’autres formes d’énergie. Pourtant, le potentiel et l’énergie cinétique restent les piliers de la compréhension de l’énergie. Jetez un coup d’œil à notre guide sur l’énergie potentielle et cinétique pour un aperçu plus approfondi de ces énergies.
L’énergie sonore est l’une de ces subdivisions énergétiques. Une onde sonore est une forme d’énergie mécanique. L’énergie sonore est l’énergie libérée par les vibrations d’un objet — le son est ce que vous obtenez des vibrations. Le son se déplace sous forme d’ondes sonores, qui sont des particules vibrantes. Et les ondes sonores peuvent traverser les gaz, les liquides et les solides.
Comment L’Énergie Sonore Est-Elle Produite ?
Prenons un tambour bongo, et plaçons-le sur le sol, prêt à être joué. Il a de l’énergie potentielle dans cette position. Maintenant, frappons la peau du tambour avec nos mains. Ce mouvement de la main est de l’énergie cinétique.
Lorsque votre main (énergie cinétique) frappe le bongo (énergie potentielle), la tête et la peau du bongo vibrent, faisant vibrer les molécules d’air environnantes. Ils vibrent également contre les molécules d’air à proximité, déclenchant une réaction en chaîne de vibration. Les molécules d’air vibrantes vibrent contre les particules voisines, puis l’ensemble suivant de molécules, et ainsi de suite, créant une onde sonore qui se déplace vers l’extérieur de sa source.
Ces molécules vibrantes, ou particules, qui proviennent d’un objet vibrant, constituent une onde sonore. Par exemple, il est facile d’entendre la voix de quelqu’un si vous parlez en face à face avec quelques centimètres entre les deux – l’onde sonore se déplace vers chaque personne. Si vous doublez la distance et tournez le dos l’un à l’autre, il sera plus difficile d’entendre les voix parlées de l’autre. Les ondes sonores s’éloignent des deux personnes.
Les ondes sonores se déplacent lorsqu’un objet vibre ; c’est ce qu’on appelle la propagation.
Les ondes sonores, faisant vibrer les molécules d’air qui nous entourent, sont détectées par l’oreille humaine, faisant vibrer le tympan. Plus les vibrations sonores sont grandes, plus le son est fort — c’est ce qu’on appelle son intensité sonore. L’intensité est déterminée par la force de vibration des particules d’air et montre la quantité d’énergie qu’il y a dans une onde sonore.
Pour imaginer à quoi ressemble une onde sonore, pensez à une vague glissante faite avec l’un de ces jouets coily de votre enfance. Si vous déplacez le Slinky de haut en bas ou à gauche et à droite d’une extrémité, vous créez une onde continue qui se déplace le long du Slinky. La même chose se produit avec le son — les vibrations se déplacent vers l’extérieur sous forme d’ondes, se dirigeant dans la même direction.
Le corps humain peut créer de nombreux sons différents pour aider à expliquer le phénomène. Vous pourriez taper des mains, chanter, casser les jointures ou même avaler de l’eau. Toutes ces actions produisent différents types de sons, et donc des ondes sonores.
Le Son A-T-Il De L’Énergie ?
Oui, le son a de l’énergie. Les ondes de vibration sont l’énergie du son.
Comment Peut-On Entendre l’Énergie Sonore et les Ondes Sonores ?
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Les ondes sonores traversent l’air, les liquides ou les solides, et arrivent à nos oreilles. Les ondes se déplacent dans nos conduits auditifs, puis se poursuivent jusqu’à nos tympans et font vibrer nos osselets — trois petits os dans nos oreilles —.
De là, nos osselets maintenant vibrants transfèrent les ondes sonores à notre cochlée. À ce stade, les cellules ciliées convertissent toutes ces ondes en signaux que notre cerveau peut comprendre et interpréter, ou « entendre », ce que nous comprenons comme du son.
Pensez à écouter de la musique. Jouons le même morceau de musique trois fois mais dans des conditions différentes. La première fois, écoutez-le debout dans la même pièce que la chaîne stéréo. La chanson doit être claire lorsqu’elle voyage dans les airs. La deuxième fois, prenez un bain (profitez-en!) et écoutez la musique tout en gardant la tête et les oreilles sous l’eau. Le son change car les ondes sonores voyagent plus vite sous l’eau. Et enfin, écoutez la musique dans une pièce adjacente, toutes les portes étant fermées.
Un même morceau de musique sonnera différemment dans chaque environnement car les ondes sonores traversent chaque élément (air, eau, murs) de différentes manières.
À Quel Point Le Son Est-Il Fort?
Les ondes sonores changent en fonction du volume sonore. Plus les vibrations sont grandes, plus le son est fort et plus la quantité d’énergie dans l’onde sonore est importante.
Si nous tapotons légèrement notre tambour bongo, cela fait moins de vibrations — et peu de bruit – que si nous frappons le tambour avec une cuillère en bois de toutes nos forces.
Plus les vibrations sont importantes, plus l’amplitude de l’onde sonore est grande. L’amplitude est la hauteur de l’onde sonore. Un son assourdissant produit une onde sonore énorme avec une amplitude élevée, tandis que les sons plus silencieux ont des ondes sonores plus petites.
Le volume et la hauteur affectent l’oreille humaine. Une énergie sonore excessive – qui a d’énormes ondes sonores – peut nous causer une douleur intense et nous nuire, et dans les cas extrêmes, nous rendre sourds.
Pourquoi Les Sons Ont-Ils Des Hauteurs Différentes ?
Comme nous l’avons vu, le bruit d’une onde sonore est déterminé par sa hauteur: plus la vague est élevée, plus le son est fort. Une onde sonore est également caractérisée par sa longueur ou l’espace entre le pic de chaque onde. Pensez à la distance entre les vagues régulières qui se retournent contre le rivage.
Les ondes sonores avec des pics très rapprochés produisent des sons de hauteur plus élevée. C’est parce qu’ils vibrent très rapidement. Les instruments de musique comme les trompettes ont des sons aigus et créent des ondes sonores proches les unes des autres.
À l’inverse, les ondes sonores avec des pics d’onde plus éloignés produisent des sons plus graves. Ces ondes sonores vibrent plus lentement. Un hautbois ou un basson sont des instruments de musique à tonalité plus basse.
Un xylophone illustre parfaitement cette différence de hauteur. Les barres inférieures, plus lourdes et plus grandes produisent une onde sonore plus lente avec une plus grande distance entre elles que la hauteur plus élevée des barres plus petites et plus légères.
Les diapasons sont disponibles en différentes hauteurs et tailles. Plus le diapason est petit, plus son pas est élevé (en supposant que tous les matériaux utilisés sont les mêmes), et plus le diapason est grand, plus son pas est bas. Si vous frappez le même diapason deux fois, une fois doucement et une fois avec force, la tentative la plus frappée résonnera plus fort car elle a plus d’énergie sonore.
Si la hauteur d’un son est trop élevée pour l’oreille humaine, nous l’appelons ultrasonique. Si elle est trop basse, on l’appelle infrasonore.
Architectes et ingénieurs du son étudient le voyage du son, appelé acoustique, lors de la conception de salles de concert, de cinémas et partout où le son est essentiel. Les surfaces dures réfléchissent bien le son, créant des échos, tandis que les surfaces plus douces comme les tapis absorbent le son, réduisant l’écho.
Comment Mesure-T-On Le Son ?
Le son est mesuré en décibels, également appelé niveau de densité d’énergie sonore ou pression acoustique.
Quelle est la vitesse du son ?
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Plusieurs facteurs peuvent affecter la vitesse du son, comme la température de l’air, le matériau traversé par l’onde sonore et la fréquence de l’onde sonore, par exemple.
Sur Terre, au niveau de la mer, avec une température de l’air de 59 degrés Fahrenheit (15 degrés Celsius), la vitesse du son est de 1 225 km/h (761,2 mph). Le son se déplace plus rapidement dans l’air plus chaud. En tant que tel, plus vous êtes dans l’atmosphère, plus la vitesse requise est faible pour briser le mur du son.
Par exemple, le premier avion à franchir le mur du son et à voler à une vitesse supersonique était un avion de recherche propulsé par une fusée Bell X-1. Le 14 octobre 1947, l’avion a été remorqué haut dans l’atmosphère et relâché. Il a franchi le mur du son (local) à 662 milles à l’heure (1 066 km/h).
Un boom sonore se produit lorsque les avions vont plus vite que la vitesse du son. Un son comme le tonnerre se fait entendre parce que l’air est repoussé à grande force, créant une onde de choc. Les particules d’air déplacées et pressurisées se déplacent vers l’extérieur dans toutes les directions, et la libération de pression de l’onde de choc est entendue comme un boom sonore.
Qu’est-ce que l’effet Doppler ?
Les ondes sonores peuvent jouer des tours à vos oreilles dans ce que l’on appelle l’effet Doppler.
Par exemple, une voiture qui s’approche de vous a une hauteur sonore élevée qui s’abaisse une fois qu’elle a passé devant vous, bien que la production de bruit de la voiture ne change pas du tout. Si vous étiez assis dans le véhicule, vous ne remarqueriez aucun changement dans le bruit de la voiture. Les fréquences de longueur d’onde sonore de la voiture restent les mêmes tout au long de l’approche et du passage.
Cependant, la vitesse de la voiture lorsqu’elle se déplace vers vous fait que les ondes sonores frappent votre oreille à une vitesse ou à une fréquence plus rapide que celle du véhicule. Cela fait sonner le pas du moteur plus haut. Le contraire se produit une fois que la voiture vous dépasse — les ondes sonores viennent à votre oreille plus lentement et à une fréquence plus basse, ce qui la rend plus basse.
Pourquoi N’Entendez-Vous pas le Son dans l’Espace ?
L’espace est un vide, sans molécules d’air pour que les ondes sonores vibrent. Le son est une onde mécanique et ne peut donc pas traverser le vide. Il n’y a pas de molécules d’air dans le vide que l’onde sonore puisse vibrer.
Nous pouvons le rendre visuel en pensant à un stade plein de personnes effectuant une vague de stade. Les gens sont les molécules d’air, et ils bougent – ou vibrent – pour maintenir la vague du stade. Les ondes sonores (l’onde du stade) peuvent se déplacer lorsqu’il y a des molécules d’air (personnes).
Il n’y a pas de molécules d’air (personnes) dans le vide, donc l’onde sonore ne peut pas voyager et faire du bruit, tout comme il n’y a pas de vague de stade sans personnes.
Utilisations pratiques de l’Énergie Sonore
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L’énergie sonore ne se limite pas à nous permettre de communiquer et d’entendre ce qui se passe autour de nous. Enregistrer du son est une chose, mais maintenant nous pouvons utiliser l’énergie sonore de plusieurs façons pour améliorer nos modes de vie.
Comment L’Énergie Sonore Est-Elle Utilisée ?
L’énergie sonore est une énergie bénéfique. Au quotidien, l’énergie sonore nous permet de savoir quand les téléphones sonnent, d’écouter de la musique, de communiquer en parlant et d’entendre un camion de fret klaxonner pour avertir du danger. Ce ne sont que quelques exemples d’énergie sonore.
Les ultrasons — vibrations d’énergie sonore à une hauteur trop élevée pour que les humains puissent l’entendre – sont essentiels dans le domaine médical. L’échographie utilise la même méthode d’écholocation pour montrer aux futures mamans leur bébé en développement via un scan.
L’échographie peut également briser les calculs rénaux ou être utilisée pour scanner des organes.
Pendant ce temps, le sonar permet aux navires de naviguer et de fouiller les mers, de cartographier les fonds marins ou de rechercher des navires coulés.
Le Sonar Utilise-T-Il Des Ondes Sonores ?
Sonar signifie Navigation et télémétrie sonores. Le sonar a été largement utilisé en mer pour cartographier les océans, localiser les dangers, rechercher, etc.
Le sonar utilise des ondes sonores parce que les ondes sonores se déplacent plus loin dans l’eau que le radar ou la lumière.
Le sonar actif envoie des ondes sonores aux objets et « écoute » les échos qui peuvent aider à cartographier la zone étudiée. Le sonar passif consiste à « écouter » les ondes sonores dans l’océan, telles que d’autres bateaux ou des baleines.
Quelle est la Différence Entre les Ondes Sonores et les Ondes Radio ?
Nous avons vu que les sons sont faits d’ondes. Lorsque nous écoutons la radio, elle produit du son. Pourtant, les ondes sonores et les ondes radio sont fondamentalement différentes les unes des autres.
Une radio reçoit des ondes qui sont transmises. La différence critique entre les ondes sonores et les ondes radio est que l’onde radio est un type d’onde électromagnétique. En revanche, les ondes sonores sont des vibrations qui font une onde mécanique.
Les ondes radio peuvent également traverser les aspirateurs, contrairement aux ondes sonores. C’est pourquoi des satellites comme Voyager 1 communiquent avec la Terre à l’aide d’ondes radio.
L’Énergie Sonore Peut-Elle Être Convertie en Énergie Électrique ?
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Oui, nous pouvons convertir l’énergie sonore en énergie électrique. Un exemple répandu est un microphone.
Lorsque quelqu’un parle ou chante dans un microphone, l’énergie sonore descend du micro pour frapper un diaphragme. À son tour, le diaphragme vibre, déplaçant un aimant près d’une bobine. Le microphone produit maintenant un signal électrique.
Le signal électrique du microphone se dirige généralement vers un haut-parleur, qui convertit ensuite le signal électrique en ondes sonores. En conséquence, vous avez votre concert, karaoké ou conférence.
La recherche visant à transformer le bruit en énergie électrique précieuse pour alimenter les appareils en est à un stade très précoce. Comme on le voit avec le microphone, c’est possible, mais la conversion du son en électricité à des niveaux bénéfiques reste théorique plus que pratique.
Vous pouvez cependant effectuer des expériences de lévitation acoustique assez impressionnantes avec des ondes sonores et de l’énergie sonore.
Qui a Découvert L’Énergie Sonore ?
Plusieurs noms célèbres ont contribué à la découverte de l’énergie sonore.
- Le philosophe grec Pythagore a expérimenté les propriétés des cordes vibrantes dès le 6ème siècle avant JC.
- Aristote a émis l’hypothèse que les ondes sonores se propagent dans l’air par le mouvement de l’air.
- L’ingénieur en architecture romain Vitruve a réussi à déduire les mécanismes de transmission des ondes sonores au 1er siècle avant JC.
- Galilée a étudié les ondes sonores et l’acoustique aux XVIe et XVIIe siècles, élevant l’étude à un niveau scientifique.
- Le mathématicien français Marin Mersenne a approfondi l’étude des vibrations, fournissant trois lois qui forment la base de l’acoustique musicale moderne.
- Robert Hooke, physicien anglais, a été le premier à produire une onde sonore d’une fréquence connue.
- À la fin du 17e et au début du 18e siècle, les études du physicien français Joseph Sauveur ont examiné la relation des ondes, de la hauteur et des fréquences. De nombreux termes acoustiques proviennent de son travail.
Les Animaux et les Humains Entendent-Ils des Ondes Sonores Différentes?
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Les animaux et les humains ont des plages d’audition différentes, ce qui signifie que nous entendons différentes plages d’ondes sonores d’autres créatures.
Chaque espèce a une aire de répartition auditive, et souvent certaines de ces aires sont partagées. Ces plages de fréquences sont mesurées en Hertz (Hz) et en Kilohertz (kHz).
Les humains peuvent détecter des ondes sonores de 20 Hz à 20 000 Hz.
En règle générale, les petits mammifères détectent des aires de répartition supérieures et les grands animaux des aires de répartition inférieures.
Un éléphant a une plage de 16 Hz à 12 000 Hz. De nombreux bruits qu’ils émettent sont indétectables à l’oreille humaine. La portée d’un chat est de 45 Hz à 64 000 Hz — ils entendront des choses à la portée supérieure que les humains et les éléphants manqueront.
Les chiens entendent souvent des bruits aigus auxquels nous sommes totalement inconscients car leur portée s’étend jusqu’à 45 000 Hz.
L’Énergie sonore Façonne Notre Monde
L’énergie sonore est bien plus que l’audition de bruits. Nous utilisons notre ouïe pour donner un sens à l’énergie sonore qui nous entoure.
La vieille énigme d’un arbre qui tombe dans une forêt sans que personne ne l’entende — fait-elle du bruit? Comprendre l’énergie sonore signifie que vous savez que l’arbre qui tombe fait vibrer les particules d’air, mais qu’il ne fait pas de bruit. Il produit de l’énergie sonore et ne fait de bruit que si vous êtes là pour recevoir les ondes sonores vibrantes que votre cerveau peut interpréter comme du bruit.
Pour plus de faits fascinants sur l’énergie et les phénomènes naturels, assurez-vous de parcourir davantage le blog Amigo Energy.
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