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Seconde · Physique-chimie · Ondes et signaux · Chapitre 14

Émission et perception d’un son

Fiche de cours5 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Émission et propagation d’un son

Définition. Un son est émis par un objet qui vibre : corde, membrane, lame, colonne d’air, haut-parleur. Cette vibration comprime puis dilate l’air tout près de la source, et ces variations de pression se propagent de proche en proche jusqu’à l’oreille.

Propriété. Un son a besoin d’un milieu matériel pour se propager (air, eau, métal) : il ne se propage pas dans le vide. C’est ce que montre l’expérience de la cloche à vide, où le son s’éteint à mesure que l’air est extrait, alors qu’on voit toujours le marteau frapper.

Remarque. La caisse de résonance d’un instrument met en vibration un grand volume d’air : le son émis est beaucoup plus fort, mais sa fréquence ne change pas.

2Vitesse de propagation du son

Définition. La vitesse (ou célérité) du son est la distance parcourue par seconde :

v=dΔtsoitd=v ΔtetΔt=dv,v=\frac{d}{\Delta t}\qquad\text{soit}\qquad d=v\,\Delta t\quad\text{et}\quad \Delta t=\frac{d}{v},

avec dd en m{\mathrm{m}}, Δt\Delta t en s{\mathrm{s}} et vv en m⋅s−1{\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}.

Propriété. Le son se propage plus vite dans les solides que dans les liquides, et plus vite dans les liquides que dans les gaz. Dans un milieu donné, la vitesse ne dépend ni de la fréquence ni du niveau sonore.

Méthode — écho. Un son réfléchi par un obstacle situé à la distance dd effectue l’aller et le retour : il parcourt 2d2d. On a donc 2d=v Δt2d=v\,\Delta t, soit d=v Δt2d=\dfrac{v\,\Delta t}{2}.

Remarque. La valeur 340 m⋅s−1{340\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} correspond à l’air à 20∘C{20{}^{\circ}\mathrm{C}} environ ; la vitesse du son y augmente légèrement avec la température. La lumière se propage près d’un million de fois plus vite : l’éclair est vu presque au moment où il se produit, le tonnerre arrive bien après.

3Signal sonore périodique : période et fréquence

Définition. Un microphone transforme le son en une tension uu que l’on visualise sur un oscillogramme. Le signal est périodique lorsqu’il se répète identique à lui-même ; le motif le plus court qui se répète a pour durée la période TT (en s{\mathrm{s}}). La fréquence ff est le nombre de périodes par seconde, en hertz (Hz{\mathrm{Hz}}) :

f=1TetT=1f(T en s, f en Hz).f=\frac{1}{T}\qquad\text{et}\qquad T=\frac{1}{f}\qquad (T\ \text{en ${\mathrm{s}}$},\ f\ \text{en ${\mathrm{Hz}}$}).

Méthode — lire une période. repérer nn périodes complètes, mesurer la durée totale Δt\Delta t correspondante, puis calculer T=ΔtnT=\dfrac{\Delta t}{n} : c’est plus précis que sur une seule période. Convertir TT en secondes avant d’appliquer f=1/Tf=1/T.

Figure 1 — Oscillogramme d’un son périodique : quatre périodes en 8,0 ms{8{,}0\,\mathrm{ms}}, donc T=2,0 msT={2{,}0\,\mathrm{ms}} et f=5,0×102 Hzf={5{,}0\times10^{2}\,\mathrm{Hz}}.

4Hauteur, timbre et domaines de fréquence

Définition. La hauteur d’un son est liée à sa fréquence : plus ff est grande, plus le son est aigu ; plus ff est petite, plus le son est grave. Deux sons de même hauteur ont la même fréquence.

Définition. Le timbre permet de reconnaître l’instrument : il est lié à la forme du signal. Deux instruments qui jouent la même note donnent des oscillogrammes de même période mais de formes différentes.

DonnéesDomaines de fréquence et valeurs à connaître
  • Infrasons : f<20 Hzf<{20\,\mathrm{Hz}} • sons audibles par l’humain : de 20 Hz{20\,\mathrm{Hz}} à 20 kHz{20\,\mathrm{kHz}} • ultrasons : f>20 kHzf>{20\,\mathrm{kHz}}.
  • Vitesse du son : air à 20∘C{20{}^{\circ}\mathrm{C}} ≈340 m⋅s−1\approx{340\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} ; eau ≈1 500 m⋅s−1\approx{1\,500\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} ; acier ≈5 000 m⋅s−1\approx{5\,000\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}. Lumière dans le vide : c=3,00×108 m⋅s−1c={3{,}00\times10^{8}\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}.
  • Conversions : 1 kHz=1×103 Hz{1\,\mathrm{kHz}}={1\times10^{3}\,\mathrm{Hz}} ; 1 ms=1×10−3 s{1\,\mathrm{ms}}={1\times10^{-3}\,\mathrm{s}} ; 1 µs=1×10−6 s{1\,\mathrm{\text{µ}s}}={1\times10^{-6}\,\mathrm{s}}.

5Intensité sonore et niveau d’intensité sonore

Définition. L’intensité sonore traduit l’énergie transportée par le son : elle dit si le son est fort ou faible. On lui associe le niveau d’intensité sonore LL, exprimé en décibels (dB{\mathrm{dB}}) et mesuré avec un sonomètre.

Propriété. L’échelle des décibels est très resserrée : 0 dB{0\,\mathrm{dB}} est le seuil d’audibilité, 120 dB{120\,\mathrm{dB}} le seuil de douleur. Doubler le nombre de sources identiques n’ajoute qu’environ 3 dB{3\,\mathrm{dB}} ; s’éloigner de la source fait diminuer le niveau. Repères : chuchotement 30 dB{30\,\mathrm{dB}}, conversation 65 dB{65\,\mathrm{dB}}, rue à fort trafic 80 dB{80\,\mathrm{dB}}, concert amplifié 110 dB{110\,\mathrm{dB}}.

Remarque — danger. Au-delà de 85 dB{85\,\mathrm{dB}}, une exposition prolongée détériore l’audition de façon irréversible : réduire le volume, s’éloigner des enceintes, limiter la durée d’écoute, porter des protections auditives.

6Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Expliquer l’émission d’un son par un objet qui vibre et justifier qu’il ne se propage pas dans le vide.
  • Exploiter v=d/Δtv=d/\Delta t dans les trois sens, y compris dans le cas d’un écho (le son parcourt 2d2d).
  • Lire une période sur un oscillogramme, en déduire la fréquence, situer le son parmi les infrasons, les sons audibles et les ultrasons.
  • Comparer la hauteur et le timbre de deux sons à partir de leurs oscillogrammes.
  • Exploiter une échelle de niveaux en décibels et repérer une situation dangereuse pour l’audition.

7Exemples types

Exemplemesurer une distance avec le son

Orage : Léa voit l’éclair, puis entend le tonnerre 6,0 s{6{,}0\,\mathrm{s}} plus tard. La lumière met un temps négligeable pour lui parvenir, donc d=v Δt=340×6,0=2 040 md=v\,\Delta t=340\times 6{,}0={2\,040\,\mathrm{m}}, soit environ 2,0 km{2{,}0\,\mathrm{km}}.
Écho : face à une falaise, on crie et l’on perçoit l’écho 2,4 s{2{,}4\,\mathrm{s}} plus tard. Le son a fait l’aller-retour, donc d=v Δt2=340×2,42=408 md=\dfrac{v\,\Delta t}{2}=\dfrac{340\times 2{,}4}{2}={408\,\mathrm{m}}, soit environ 4,1×102 m{4{,}1\times10^{2}\,\mathrm{m}}.

Exemplede la période à la fréquence

Un oscillogramme montre 4 périodes en 8,0 ms{8{,}0\,\mathrm{ms}} (figure 1) : T=8,04=2,0 ms=2,0×10−3 sT=\dfrac{8{,}0}{4}={2{,}0\,\mathrm{ms}}={2{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{s}}, donc f=12,0×10−3=5,0×102 Hzf=\dfrac{1}{2{,}0\times 10^{-3}}={5{,}0\times10^{2}\,\mathrm{Hz}} (500 Hz{500\,\mathrm{Hz}}). Ce son est audible, et il est plus aigu que le la3_3 d’un diapason (440 Hz{440\,\mathrm{Hz}}) car 500>440500>440.

Exempleajouter des haut-parleurs

Un haut-parleur seul produit 85 dB{85\,\mathrm{dB}} en un point. Avec deux haut-parleurs identiques au même endroit : 85+3=88 dB85+3={88\,\mathrm{dB}} ; avec quatre, on double de nouveau le nombre de sources : 88+3=91 dB88+3={91\,\mathrm{dB}}. Le niveau n’est donc multiplié ni par 2, ni par 4.

Pièges
  • Oublier de diviser par 2 dans un calcul d’écho : la durée mesurée correspond à un aller-retour.
  • Appliquer f=1/Tf=1/T avec TT en millisecondes : il faut convertir en secondes d’abord (2,0 ms=2,0×10−3 s{2{,}0\,\mathrm{ms}}={2{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{s}}).
  • Confondre hauteur et niveau sonore : un son aigu n’est pas un son fort ; la hauteur dépend de la fréquence ff, le niveau sonore de l’intensité sonore (sur un oscillogramme, de l’amplitude du signal).
  • Additionner les décibels comme des longueurs : deux sources de 60 dB{60\,\mathrm{dB}} ne donnent pas 120 dB{120\,\mathrm{dB}}, mais environ 63 dB{63\,\mathrm{dB}}.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : émission, propagation, vitesse, période, fréquence, niveau sonore

7 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Qui vibre ?Difficulté 1 sur 3
  2. L’expérience de la cloche à videDifficulté 1 sur 3
  3. Le son voyage plus ou moins viteDifficulté 1 sur 3
  4. Mesurer une distance grâce au sonDifficulté 1 sur 3
  5. Lire une période sur un oscillogrammeDifficulté 1 sur 3
  6. Périodes, fréquences et domainesDifficulté 1 sur 3
  7. Des décibelsDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Applications : guitare et diapason, mesure de la vitesse du son, sonar, chantier, sonomètre

5 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. La guitare et le diapasonDifficulté 2 sur 3
  2. Mesurer la vitesse du son en classeDifficulté 2 sur 3
  3. Du sonar à l’échographieDifficulté 2 sur 3
  4. Sur le chantierDifficulté 2 sur 3
  5. Une application « sonomètre »Difficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Propagation, période et fréquence, hauteur, timbre, écho

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions à choix multiples5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. L’alarme d’un immeuble7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. L’aide au stationnement5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Au concert3 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Écholocation, oscillogrammes, hauteur et timbre, niveau sonore

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux ?4 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. L’écholocation du grand dauphin7 ptsDifficulté 3 sur 3
  3. Deux instruments au conservatoire6 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Mesurer la vitesse du son dans la cour3 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Température et vitesse du son, incertitudes, double écho, décibels, tuyaux sonores

6 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 h 30calculatrice autorisée

  1. La vitesse du son dépend de la températureDifficulté 3 sur 3
  2. Huit binômes, huit résultatsDifficulté 3 sur 3
  3. Entre deux falaisesDifficulté 3 sur 3
  4. De l’intensité sonore au décibelDifficulté 3 sur 3
  5. Les tuyaux d’un orgue (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
  6. Les haut-parleurs du stadeDifficulté 3 sur 3
6

Devoir bilan

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Émission et perception d’un son ; décrire un mouvement, modéliser une action par une force

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours et automatismes4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Accorder une guitare6 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Un bateau hydrographique6 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. L’enceinte suspendue4 ptsDifficulté 2 sur 3

Seconde · Physique-chimie : les 17 chapitres

  1. Corps purs et mélanges
  2. Solutions aqueuses
  3. De l’atome à l’élément chimique
  4. Cortège électronique et tableau périodique
  5. Vers des entités plus stables : ions et molécules
  6. Quantité de matière : la mole
  7. Transformations physiques
  8. Transformations chimiques
  9. Synthèse d’une espèce chimique
  10. Transformations nucléaires
  11. Décrire un mouvement
  12. Modéliser une action : forces
  13. Principe d’inertie
  14. Émission et perception d’un son
  15. Lumière : propagation, spectres et réfraction
  16. Lentilles minces convergentes et modèle de l’œil
  17. Signaux et capteurs