17.S : Son (Résumé)

Termes clés

fréquence de battement	fréquence des battements produits par des ondes sonores dont la fréquence diffère
battements	interférence constructive et destructrice d'au moins deux fréquences sonores
arc et réveil	perturbation en forme de V créée lorsque la source d'onde se déplace plus rapidement que la vitesse de propagation des ondes
Effet Doppler	modification de la fréquence observée d'un son due au mouvement de la source ou de l'observateur
décalage Doppler	changement réel de fréquence dû au mouvement relatif de la source et de l'observateur
fondamental	la résonance de fréquence la plus basse
harmoniques	le terme utilisé pour désigner collectivement le fondamental et ses nuances
audition	perception du son
intensité	perception de l'intensité sonore
notes	unité de base de musique avec des noms spécifiques, combinée pour générer des mélodies
harmoniques	toutes les fréquences de résonance supérieures à la valeur fondamentale
téléphone	unité numérique de sonie
terrain	perception de la fréquence d'un son
onde de choc	front d'onde produit lorsqu'une source sonore se déplace plus rapidement que la vitesse du son
boom sonique	bruit fort qui se produit sous forme d'onde de choc lorsqu'il balaie le sol
son	onde de pression progressive qui peut être périodique ; l'onde peut être modélisée comme une onde de pression ou comme une oscillation de molécules
niveau d'intensité sonore	quantité sans unité vous indiquant le niveau du son par rapport à une norme fixe
niveau de pression acoustique	rapport entre l'amplitude de pression et la pression de référence
timbre	nombre et intensité relative de plusieurs fréquences sonores
transducteur	dispositif qui convertit l'énergie d'un signal en une forme d'énergie mesurable, par exemple, un microphone convertit les ondes sonores en un signal électrique

Équations clés

Pression d'une onde sonore	$$ \ Delta P = \ Delta P_ {max} \ sin (kx \ mp \ oméga t + \ phi) $$
Déplacement des molécules oscillantes d'une onde sonore	$$s (x, t) = s_ {max} \ cos (kx \ mp \ oméga t + \ phi) $$
Vitesse d'une onde	$$v = f \ lambda$$
Vitesse du son dans un fluide	$$v = \ sqrt {\ frac {\ bêta} {\ rho}} $$
Vitesse du son dans un solide	$$v = \ sqrt {\ frac {Y} {\ rho}} $$
Vitesse du son dans un gaz idéal	$$v = \ sqrt {\ frac {\ gamma RT} {M}} $$
Vitesse du son dans l'air en fonction de la température	$$v = 331 \ ; m/s \ sqrt {\ frac {T_ {K}} {273 \ ; K}} = 331 \ ; m/s \ sqrt {1 + \ frac {T_ {C}} {273 \ ; ^ {o} C}} $$
Diminution de l'intensité lorsqu'une onde sphérique se dilate	$$I_ {2} = I_ {1} \ gauche (\ dfrac {r_ {1}} {r_ {2}} \ droite) ^ {2} $$
Intensité moyenne sur une période	$$I = \ frac {\ angle P \ triangle} {A} $$
Intensité du son	$$I = \ frac {(\ Delta p_ {max}) ^ {2}} {2 \ rho v} $$
Niveau d'intensité sonore	$$ \ beta (dB) = 10 \ ; \ log_ {10} \ gauche (\ dfrac {I} {I_ {0}} \ droite) $$
Longueurs d'onde de résonance d'un tube fermé à une extrémité	$$ \ lambda_ {n} = \ frac {4} {n} L, \ ; n = 1, 3, 5, \ lpoint$$
Fréquences de résonance d'un tube fermé à une extrémité	$$f_ {n} = n \ frac {v} {4L}, \ ; n = 1, 3, 5, \ lpoint$$
Longueurs d'onde de résonance d'un tube ouvert aux deux extrémités	$$ \ lambda_ {n} = \ frac {2} {n} L, \ ; n = 1, 2, 3, \ lpoint$$
Fréquences de résonance d'un tube ouvert aux deux extrémités	$$f_ {n} = n \ frac {v} {2L}, \ ; n = 1, 2, 3, \ lpoint$$
Fréquence de battement produite par deux ondes dont la fréquence diffère	$$f_ {battement} = |f_ {2} - f_ {1} |$$
Fréquence observée pour un observateur fixe et une source mobile	$$f_ {o} = f_ {s} \ gauche (\ dfrac {v} {v \ mp v_ {s}} \ droite) $$
Fréquence observée pour un observateur en mouvement et une source fixe	$$f_ {o} = f_ {s} \ gauche (\ dfrac {v \ pm v_ {o}} {v} \ droite) $$
Décalage Doppler pour la fréquence observée	$$f_ {o} = f_ {s} \ gauche (\ dfrac {v \ pm v_ {o}} {v \ mp v_ {s}} \ droite) $$
Numéro de Mach	$$M = \ frac {v_ {s}} {v} $$
Sinus de l'angle formé par l'onde de choc	$$ \ sin \ thêta = \ frac {v} {v_ {s}} = \ frac {1} {M} $$

Résumé

17.1 : Ondes sonores

• Le son est une perturbation de la matière (une onde de pression) transmise de sa source vers l'extérieur. L'ouïe est la perception du son.
• Le son peut être modélisé en termes de pression ou de déplacement de molécules.
• L'oreille humaine est sensible aux fréquences comprises entre 20 Hz et 20 kHz.

17.2 : Vitesse du son

• La vitesse du son dépend du support et de l'état du support.
• Dans un fluide, en raison de l'absence de forces de cisaillement, les ondes sonores sont longitudinales. Un solide peut supporter des ondes sonores longitudinales et transversales.
• Dans l'air, la vitesse du son est liée à la température de l'air T par\(v = 331\; m/s \sqrt{\frac{T_{K}}{273\; K}} = 331\; m/s \sqrt{1 + \frac{T_{C}}{273 \;^{o} C}} \ldotp\)
• v est le même pour toutes les fréquences et toutes les longueurs d'onde du son dans l'air.

17.3 : Intensité sonore

• L'intensité I =\(\frac{P}{A}\) est la même pour une onde sonore que celle qui a été définie pour toutes les ondes, où P est la zone de passage de puissance A. L'unité SI pour I est le watt par mètre carré. L'intensité d'une onde sonore est également liée à l'amplitude de pression\(\Delta\) p : $$I = \ frac {(\ Delta p) ^ {2}} {2 \ rho v} $où\(\rho\) est la densité du milieu dans lequel l'onde sonore se déplace et v _w est la vitesse du son dans le milieu.
• Le niveau d'intensité sonore en unités de décibels (dB) est de $$ \ beta (dB) = 10 \ ; \ log_ {10} \ left (\ dfrac {I}} {I_ {0}} \ right) $où I ₀ = 10 ⁻¹² W/m ² est l'intensité seuil de l'audition.
• La perception de la fréquence est la hauteur. La perception de l'intensité est le volume et le volume a des unités de téléphone.

17.4 : Modes normaux d'une onde sonore stationnaire

• Les sons indésirables peuvent être réduits par des interférences destructrices.
• Le son possède les mêmes propriétés d'interférence et de résonance que celles définies pour toutes les ondes.
• Dans les colonnes d'air, la résonance de fréquence la plus basse est appelée fondamentale, tandis que toutes les fréquences de résonance supérieures sont appelées harmoniques. Collectivement, elles sont appelées harmoniques.

17.5 : Sources du son musical

• Certains instruments de musique peuvent être modélisés comme des tuyaux présentant des conditions limites symétriques : ouverts aux deux extrémités ou fermés aux deux extrémités. D'autres instruments de musique peuvent être modélisés sous forme de tuyaux présentant des conditions limites antisymétriques : fermés à une extrémité et ouverts à l'autre.
• Certains instruments, tels que l'orgue à tuyaux, possèdent plusieurs tubes de différentes longueurs. Des instruments tels que la flûte font varier la longueur du tube en fermant les trous le long du tube. Le trombone fait varier la longueur du tube à l'aide d'une barre coulissante.
• Les instruments à cordes produisent du son à l'aide d'une corde vibrante avec des nœuds à chaque extrémité. L'air qui entoure la corde oscille à la fréquence de la corde. La relation entre les fréquences de la chaîne est la même que pour les conditions limites symétriques du tube, la longueur du tube étant remplacée par la longueur de la chaîne et la vitesse par v =\(\sqrt{\frac{F_{T}}{\mu}}\).

17.6 : Beats

• Lorsque deux ondes sonores de fréquence différente interfèrent, des battements sont créés avec une fréquence de battement égale à la valeur absolue de la différence entre les fréquences.

17.7 : L'effet Doppler

• L'effet Doppler est une modification de la fréquence observée d'un son due au mouvement de la source ou de l'observateur.
• Le changement réel de fréquence est appelé décalage Doppler.

17.8 : Ondes de choc

• Le nombre de Mach est la vitesse d'une source divisée par la vitesse du son, M =\(\frac{v_{s}}{v}\).
• Lorsqu'une source sonore se déplace plus rapidement que la vitesse du son, une onde de choc se produit lorsque les ondes sonores interfèrent.
• Un boom sonore est le son intense qui se produit lorsque l'onde de choc se déplace sur le sol.
• L'angle produit par l'onde de choc peut être trouvé comme\(\sin \theta = \frac{v}{v_{s}} = \frac{1}{M}\)
• Un sillage de proue se produit lorsqu'un objet se déplace plus rapidement que la vitesse d'une onde mécanique dans le milieu, comme un bateau se déplaçant dans l'eau.

Contributeurs et attributions

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