Le son

1. Un son est produit par une vibration

Tous les objets qui produisent un son vibrent : ils font de petits mouvements rapides d'aller-retour autour de leur position de repos.

• la peau du djembé ou du tam-tam vibre quand on la frappe ;
• les lames du balafon vibrent sous les baguettes ;
• les cordes de la kora ou de la guitare vibrent quand on les pince ;
• nos cordes vocales, dans la gorge, vibrent quand nous parlons ou chantons (pose tes doigts sur ta gorge en disant « aaa » : tu sens la vibration) ;
• la membrane d'un haut-parleur vibre.

Quand on arrête la vibration (la main de Fatoumata qui appuie sur la peau), le son s'arrête.

Une source sonore est un objet qui vibre et produit un son. L'oreille est le récepteur du son : son tympan se met à vibrer à son tour, et le cerveau interprète ce message. Un microphone est aussi un récepteur sonore.

2. Le son a besoin d'un milieu matériel

L'objet qui vibre pousse et tire les particules d'air qui le touchent ; celles-ci poussent leurs voisines, et ainsi de suite. La vibration se transmet de proche en proche jusqu'à l'oreille. Le son est la propagation d'une vibration dans un milieu matériel. L'air lui-même ne voyage pas de la source à l'oreille : c'est la vibration qui voyage.

Expérience de la sonnerie sous cloche. On place une sonnerie électrique en marche sous une cloche en verre et l'on retire l'air avec une pompe. Plus on enlève d'air, plus le son devient faible, jusqu'à presque disparaître, alors qu'on voit toujours le marteau de la sonnerie frapper. Quand on laisse rentrer l'air, le son revient.

Conclusion : le son ne se propage pas dans le vide. Il a besoin d'un milieu matériel : un gaz (l'air), un liquide (l'eau) ou un solide (le bois, le métal, le sol). C'est une grande différence avec la lumière, qui traverse le vide : dans l'espace, entre le Soleil et la Terre, la lumière passe mais aucun son ne passe.

3. La vitesse du son

Le son se propage beaucoup moins vite que la lumière. Sa vitesse dépend du milieu :

Dans l'air, on retient v ≈ 340 m/s (valeur pour une température d'environ 15 °C ; elle augmente un peu quand l'air est plus chaud). C'est environ un million de fois moins que la vitesse de la lumière (300 000 km/s).

Comme pour la lumière, on utilise d = v × t, donc t = dv.

L'orage. La lumière de l'éclair arrive presque instantanément ; le son du tonnerre met plus de temps. Le temps compté entre l'éclair et le tonnerre est donc, à très peu près, le temps de trajet du son. Comme 340 × 3 = 1 020 m, on retient une règle pratique : environ 3 secondes par kilomètre.

L'écho. Quand un son rencontre un obstacle (une falaise, un grand mur, le flanc d'une montagne du Fouta-Djallon), il est renvoyé : c'est la réflexion du son. Si l'on entend le son renvoyé séparément du son direct, c'est un écho. Le son fait un aller-retour : la distance parcourue est le double de la distance à l'obstacle.

Notre oreille ne sépare deux sons que s'ils sont espacés d'au moins 0,1 s environ. Pour entendre un écho distinct, l'obstacle doit donc être à au moins 340 × 0,12 = 17 m.

L'écho est utilisé par les bateaux pour mesurer la profondeur de l'eau (sondeur), et par les chauves-souris pour se diriger dans le noir.

4. Les caractéristiques d'un son

a) La hauteur : grave ou aigu. Un son est plus ou moins aigu (comme un sifflet) ou grave (comme un gros tambour). La hauteur dépend de la fréquence de la vibration : le nombre de vibrations par seconde.

• La fréquence se note f et s'exprime en hertz (symbole Hz) : 1 Hz = 1 vibration par seconde.
• La durée d'une vibration complète est la période T, en secondes : f = 1T.
• Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu. Les petites lames du balafon vibrent plus vite que les grandes : elles donnent des sons plus aigus. Une corde de kora plus courte ou plus tendue donne aussi un son plus aigu.

L'oreille humaine perçoit les sons de fréquence comprise entre environ 20 Hz et 20 000 Hz : ce sont les sons audibles. En dessous de 20 Hz : les infrasons (produits par exemple par les séismes). Au-dessus de 20 000 Hz : les ultrasons, entendus par le chien ou la chauve-souris, et utilisés en médecine pour l'échographie. Avec l'âge, on entend moins bien les sons très aigus.

b) L'intensité : fort ou faible. Un son est plus ou moins fort. L'intensité dépend de l'amplitude de la vibration : plus on frappe fort sur le djembé, plus la peau vibre avec de grands mouvements et plus le son est fort. Le son s'affaiblit aussi quand on s'éloigne de la source.

Le niveau sonore se mesure avec un sonomètre, en décibels (symbole dB).

Danger : une exposition longue à des sons forts (à partir d'environ 85 dB) peut abîmer l'oreille de façon définitive (sifflements, surdité). Il faut s'éloigner des enceintes, limiter le volume des écouteurs et faire des pauses.

c) Le timbre. Une kora et un balafon peuvent jouer la même note (même fréquence), à la même intensité, et pourtant on les reconnaît. Ce qui les distingue s'appelle le timbre : c'est la « couleur » particulière du son de chaque instrument ou de chaque voix. C'est grâce au timbre que tu reconnais la voix de ta mère au téléphone.