Son

Le son est une vibration mécanique d'un fluide, qui se propage sous forme d'ondes longitudinales grâce à la déformation élastique de ce fluide. La science qui étudie les sons est l'acoustique.

Dans un milieu fluide compressible, une variation de pression se propage sous la forme d'une onde. Le son ne se propage pas dans le vide : il faut de la matière pour que sa vibration puisse se propager en ondes sonores. L'air est un milieu propice, et les variations de la pression de l’air constituent le son.

On appelle source sonore un objet vibrant, comme un instrument de musique ou un haut-parleur, à l'origine d'une vibration de l'air. La perturbation se propage, mais les particules d'air oscillent seulement de quelques micromètres autour d'une position stable, de la même façon que lorsqu'on jette une pierre dans l'eau, les vagues se déplacent en s'éloignant du point de chute, mais l'eau reste au même endroit, elle ne fait que se déplacer verticalement et non suivre les vagues (un bouchon placé sur l'eau reste à la même position sans se déplacer). Dans les fluides, l'onde sonore est longitudinale, c'est-à-dire que les particules vibrent parallèlement à la direction de déplacement de l'onde.

Les solides, en vibrant, peuvent transmettre un son. La vibration s'y propage, comme dans les fluides, avec une faible oscillation des atomes autour de leur position d'équilibre, résultant en une contrainte du matériau, équivalent à la pression dans un fluide, mais plus difficile à mesurer. La rigidité du matériau permet la transmission d'ondes de contraintes transversales. De même, quoique dans une moindre mesure, la viscosité d'un fluide peut modifier, particulièrement dans des conditions extrêmes, les équations de propagation calculées pour un gaz parfait.

Comme pour tous les phénomènes perçus, le temps joue un rôle fondamental. Le son étant une variation de la pression, et l'information sonore une variation de cette variation, l'impression sonore dépend à plusieurs égards du temps. Le son étant aussi une onde qui se propage dans l'espace au cours du temps, il existe des relations étroites entre l'espace et le temps, tant dans l'étude du son que dans sa perception.

On distingue plusieurs caractères du son :

la direction d'origine ;
l'intensité, dite aussi volume sonore ou sonie ;
la hauteur, qui se décompose en hauteur tonale et hauteur spectrale ;
le timbre, qui comprend la variation caractéristique de l'émission sonore dans le temps.

Il suffit qu'un de ces caractères varie, les autres restant inchangés, pour qu'on perçoive une différence. La répétition d'une forme dans le temps entraîne la notion de rythme. Par ailleurs, les êtres humains sont capables de distinguer et de suivre une émission sonore dotée d'une certaine continuité de caractères au milieu d'une quantité d'autres

Les physiologistes s'accordent à dire que l'oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que dans une plage de fréquences allant d'environ 16 Hz pour les basses ou graves profondes à 15 à 18 kHz pour les aiguës les plus fines et élevées.

La sensibilité diminue progressivement aux fréquences extrêmes et varie selon les individus, la perception des aiguës diminue notamment avec l'âge, et celle des graves se confondant finalement avec celle des vibrations, on ne peut désigner de limite absolue :

en dessous de 16 Hz, les vibrations du milieu se nomment infrasons.
au-dessus de 20 kHz, soit 20 000 Hz, il s'agit d'ultrasons.
au-dessus de 1 GHz, soit 1 000 000 000 Hz, la dénomination est hypersons.

Le spectre sonore est directement lié à la sensation d'acuité d'un son, qui s'exprime en disant que le son est plus « aigu », quand le spectre est centré sur les hautes fréquences, ou plus « grave » ou « sourd » dans le cas contraire. Cette sensation relativement imprécise s'étend des sons les plus graves, vers 16 Hz, aux plus aigus, vers 15 000 Hz.

Si le son est harmonique, c'est-à-dire qu'il contient principalement des fréquences approximativement multiples d'une fondamentale audible, cette fréquence, telle qu'elle s'exprime en hertz (Hz), détermine sa hauteur tonale. La perception d'une hauteur tonale s'exerce pour des fréquences fondamentales comprises entre environ 30 Hz et 5 000 Hz. Elle s'exprime par la possibilité de reproduire la note en la chantant ; une personne entraînée au solfège peut en dire le nom.

Les humains identifient assez bien la répartition des fréquences, et dans les sons harmoniques, celle-ci est un élément important du timbre musical. La tonie discrimine finement des fréquences proches, bien que, si le spectre est riche en harmoniques, les erreurs d'une octave soient plus fréquentes que les autres. On peut créer des illusions auditives comme celle de la gamme de Shepard, qui semble monter éternellement ses degrés, en jouant sur ces deux aspects de la perception des fréquences sonores.

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