MV
← Les cours de 4e
4eCHAPITRE 146 min de lecture

Le son et la frequence

COMPRENDRE EN VIDÉO

Avec Paul Olivier

Capsules de collège · Connexion Internet nécessaire.

EXPÉRIMENTER

À toi de manipuler

PhET · En français · Installé sur ce site.

M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4eme


Objectifs et competences

Repères du programme de cycle 4 (BO 2020) :

  • Relier la frequence a la hauteur d'un son
  • Connaitre le domaine de frequences des sons audibles, des infrasons et des ultrasons

Competences du socle :

  • D1.3 : Utiliser la grandeur frequence et son unite (Hz)
  • D4 : Mesurer une frequence (oscilloscope, logiciel)
  • D3 : Adopter un comportement responsable face aux risques auditifs

A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :


1. Rappel : qu'est-ce qu'un son ?

Un son est produit par la vibration d'un objet (corde, membrane, cordes vocales). Cette vibration se propage dans un milieu materiel (air, eau, solide) sous forme d'onde sonore.

Rappel 5eme : le son ne se propage pas dans le vide. Vitesse du son dans l'air ≈ 340 m/s.


2. La frequence d'un son

Definition

La frequence est le nombre de vibrations (aller-retour) par seconde.

f=1T\boxed{f = \dfrac{1}{T}}
Grandeur Symbole Unite
Frequence f Hertz (Hz)
Periode T Seconde (s)

1 Hz = 1 vibration par seconde. 1 kHz = 1 000 Hz.

Lien frequence — hauteur du son

Frequence Hauteur du son Exemple
Basse (ex : 100 Hz) Son grave Voix masculine grave, contrebasse
Elevee (ex : 5 000 Hz) Son aigu Sifflet, voix d'enfant

Plus la frequence est elevee, plus le son est aigu. Plus la frequence est basse, plus le son est grave.


3. Domaines de frequences

Domaine Frequence Audible par l'Homme ? Exemples
Infrasons < 20 Hz Non Seismes, elephants, baleines
Sons audibles 20 Hz — 20 000 Hz Oui Voix, musique, bruits quotidiens
Ultrasons > 20 000 Hz Non Chauve-souris, echographie, sonar, dauphins

L'oreille humaine

  • Les bebes entendent jusqu'a ~20 000 Hz.
  • Avec l'age, la limite superieure diminue (~15 000 Hz a 30 ans, ~12 000 Hz a 50 ans).
  • Les chiens entendent jusqu'a ~40 000 Hz (sifflet a ultrasons).
  • Les chauve-souris emettent des ultrasons jusqu'a 120 000 Hz pour se reperer (echolocation).

A La Reunion : les dauphins et les baleines a bosse qui frequentent les eaux reunionnaises entre juin et octobre utilisent des sons de frequences variees pour communiquer. Les baleines a bosse emettent des chants complexes entre 20 Hz et 4 000 Hz, parfois audibles sous l'eau a des dizaines de kilometres.


4. Risques auditifs

L'echelle des decibels (dB)

Le niveau sonore se mesure en decibels (dB).

Niveau sonore Situation Risque
0 dB Seuil d'audibilite —
30 dB Chuchotement —
60 dB Conversation normale —
80 dB Rue bruyante Debut de fatigue auditive
85 dB(A) Niveau élevé Risque dépendant notamment de la durée cumulée d’exposition
100 dB(A) Concert, discothèque Une exposition même courte peut présenter un risque ; réduire le niveau et la durée
120 dB Avion au decollage Seuil de douleur
130 dB+ Explosion Lesions immediates

Consequences d'une exposition excessive

  • Fatigue auditive : sensation de « coton dans les oreilles », temporaire
  • Acouphenes : sifflements ou bourdonnements perçus sans source externe, transitoires ou persistants
  • Surdite partielle ou totale : destruction irreversible des cellules ciliees de l'oreille interne

Prevention

  • Porter des bouchons d'oreilles ou un casque anti-bruit en milieu bruyant
  • Limiter le volume des ecouteurs (regle : si on n'entend pas quelqu'un parler a 1 m, c'est trop fort)
  • S'eloigner des enceintes lors d'un concert
  • Faire des pauses sonores regulieres

5. Activite experimentale

TP — Mesurer la frequence d'un son avec Audacity

Materiel : ordinateur + logiciel Audacity + microphone Protocole :

  1. Enregistrer un son (diapason, voix, instrument)
  2. Zoomer sur le signal pour voir les vibrations
  3. Mesurer la periode T (duree d'un motif qui se repete)
  4. Calculer la frequence : f=1/Tf = 1/T

Exemple : si le motif se repete toutes les 0,002 s → f=1/0,002=500f = 1/0{,}002 = 500 Hz


Bilan — Ce qu'il faut retenir

Notion Definition Formule
Frequence Nombre de vibrations par seconde f = 1 / T
Hertz (Hz) Unite de frequence ; 1 Hz = 1 vibration/seconde —
Son grave Son de basse frequence —
Son aigu Son de haute frequence —
Sons audibles Domaine de frequences percu par l'oreille humaine : 20 Hz a 20 000 Hz —
Infrasons Sons de frequence inferieure a 20 Hz (non audibles) —
Ultrasons Sons de frequence superieure a 20 000 Hz (non audibles) —

Mots-cles : frequence, hertz, hauteur, grave, aigu, sons audibles, infrasons, ultrasons, risques auditifs, decibel

Erreurs frequentes :

  • Confondre frequence (aigu/grave) et amplitude/volume (fort/faible) : un son peut etre aigu et faible, ou grave et fort
  • Croire qu’un son inaudible est forcément sans danger : le risque dépend du niveau, de la durée et des caractéristiques du son, notamment sa fréquence et son mode de transmission ; des ultrasons puissants peuvent aussi présenter des risques
  • Croire que les infrasons n'existent pas parce qu'on ne les entend pas

Differenciation

  • Remediation : classer une liste de sons (voix grave, sifflet, tonnerre, chant d'oiseau) du plus grave au plus aigu et associer une gamme de frequences
  • Approfondissement : rechercher le principe de l'echographie medicale (ultrasons envoyes dans le corps, reflexion sur les organes, image reconstruite) et expliquer pourquoi on utilise des ultrasons plutot que des sons audibles

Sources de prévention : INRS — exposition au bruit ; SPF Santé publique — infrasons et ultrasons. Les domaines 20 Hz–20 kHz sont des ordres de grandeur pour une oreille jeune en bonne santé, pas des limites identiques pour tous.

Ressources associees

← Ch.13 — Optique et couleurs | Progression 4eme | Ch.15 — Bilan energetique →

Pour accompagner ce chapitre

Toutes les ressources
Objectifs et repères pédagogiques

Thème : Des signaux pour observer et communiquer

Durée prévue : 2 h

Mots-clés : son, frequence, hertz, hauteur, sons audibles, infrasons, ultrasons, risques auditifs, decibel

Écris quelques mots pour explorer les cours et les documents.