Ondes sonores et audition

Les notions à connaître

Onde sonore

Perturbation qui se propage dans un milieu matériel (air, eau, tissus) sans transport de matière, en transportant de l'énergie. Exemple : lors d'une échographie, des ultrasons se propagent dans les tissus puis reviennent en écho vers la sonde.

Fréquence f

Nombre de vibrations par seconde, en hertz (Hz) : $f = 1/T$ où $T$ est la période. Exemple : un diapason médical à $440\,\text{Hz}$ vibre 440 fois par seconde.

Hauteur d'un son

Caractère grave ou aigu d'un son, déterminé par sa fréquence : un son aigu a une fréquence élevée, un son grave une fréquence basse. Exemple : la voix d'un enfant (aiguë) a une fréquence plus élevée que celle d'un adulte (grave).

Sons audibles, infrasons, ultrasons

L'oreille humaine perçoit de $20\,\text{Hz}$ à $20\,000\,\text{Hz}$. En dessous : infrasons ; au-dessus : ultrasons. Exemple : l'échographie utilise des ultrasons de plusieurs millions de hertz, inaudibles pour l'oreille.

Niveau d'intensité sonore (dB)

Grandeur en décibels (dB) mesurant la force perçue d'un son. Exemple : une conversation vaut environ $60\,\text{dB}$, un concert $110\,\text{dB}$, et le seuil de douleur se situe vers $120\,\text{dB}$.

Risques auditifs

Une exposition prolongée au-delà de $85\,\text{dB}$ endommage les cellules de l'oreille interne de façon irréversible. Exemple : écouter de la musique trop fort au casque peut provoquer des acouphènes et une perte auditive précoce.

Perception d'un son par l'oreille

L'oreille externe capte le son, l'oreille moyenne (tympan, osselets) l'amplifie, l'oreille interne (cochlée) le transforme en signal nerveux. Exemple : une otite de l'oreille moyenne diminue la transmission des vibrations et donc l'audition.

Audiogramme et compensation

L'audiogramme mesure le seuil d'audition à chaque fréquence ; une perte auditive s'y lit comme un seuil relevé. La compensation amplifie les sons. Exemple : une prothèse auditive amplifie surtout les fréquences aiguës souvent perdues avec l'âge.

Les erreurs à éviter en physique-chimie pour la santé

• ✗ Confondre hauteur $(grave/aigu)$ et intensité $(fort/faible).$

  ✓ La hauteur dépend de la fréquence $f$ ; l'intensité (en dB) dépend de l'énergie transportée.

• ✗ Croire que le son se propage dans le vide.

  ✓ Une onde sonore a besoin d'un milieu matériel (air, eau, tissus) : elle ne se propage pas dans le vide.

• ✗ Penser que les ultrasons sont plus forts que les sons audibles.

  ✓ Ultrasons signifie fréquence plus élevée, pas intensité plus grande : c'est une question de hauteur, pas de force.

• ✗ Additionner les décibels comme des nombres ordinaires.

  ✓ L'échelle des décibels est logarithmique : deux sources de $60\,\text{dB}$ ne donnent pas $120\,\text{dB}$.

Sais-tu répondre à ces questions ?

Les corrigés détaillés sont dans le quiz du chapitre.

1. Quelle grandeur détermine si un son est grave ou aigu ?
2. Quel est le domaine des fréquences audibles pour l'oreille humaine ?
3. En quelle unité mesure-t-on le niveau d'intensité sonore ?
4. Quel type d'onde une échographie utilise-t-elle ?
5. Un son a une période $T = 2\,\text{ms}$. Quelle est sa fréquence ?