#1 - Qu'est ce qu'un son ?

Quelle est la différence entre un son et un bruit ?

Pour répondre à cette question, on peut adopter deux approches complémentaires.

Le point de vue physique

• Un son correspond à un phénomène ordonné : il est répétitif ou périodique.
• Un bruit, au contraire, possède une structure aléatoire, donc moins prévisible.

Le point de vue psycho-acoustique

• Un son est, en réalité, un bruit que l’on choisit d’écouter.
• Un bruit est un son jugé indésirable, que l’on ne souhaite pas entendre.

Prenons un exemple simple : la télévision de votre voisin, réglée trop fort.
Pour lui, il s’agit d’un son agréable. Pour vous, c’est un bruit gênant. La différence ne réside donc pas dans la nature physique du phénomène, mais dans la façon dont chacun le perçoit. Pourtant, dans les deux cas, il s’agit toujours de la propagation mécanique d’ondes de pression dans un milieu élastique..

Pression et vitesse

En acoustique, on parle souvent de pression, mais beaucoup plus rarement de son « opposé » naturel : la vitesse (on entend parfois le terme « dépression »).

Imaginez trois molécules d’air voisines, maintenues ensemble par une force de répulsion semblable à des ressorts.
Lorsqu’une source sonore met en mouvement l’une de ces molécules, elle génère une pression acoustique (p) qui provoque un déplacement (x) puis une vitesse (v).

Cette alternance pression / vitesse se propage de proche en proche : c’est ainsi que le son voyage.
La pression acoustique n’est en réalité qu’une petite variation très rapide autour de la pression atmosphérique.

Valeurs de référence

La pression totale que l'on nommera (p) est égale à l'addition de la pression atmosphérique et la pression acoustique.

La pression atmosphérique peut varier en fonction du temps mais elle est égale à 10⁵ soit 100 000 Pascal (Pa). Les pascals sont des newtons par m².

Nos oreilles, qui sont des capteurs de pression pure, fonctionnent entre ces deux valeurs :

P_min = 2 . 10^-5 Pa (0.000002 Pascal)

P_max = 200 Pa (Seuil de destruction de l’oreille)

On se rend compte que la pression acoustique est une toute petite variation sur l'échelle de la pression atmosphérique.

Principe de propagation

Dans cette illustration, nous voyons un haut parleur qui va générer une variation de pression, qu'il va transmettre aux molécules d'air avec lesquelles il sera en contact, créant cette alternance de pression et vitesse liée au déplacement de ces molécules.

Ce phénomène que l'on appelle la propagation va se faire sur un temps donné en parcourant une certaine distance, c'est ce que l'on appelle la célérité.

Pour comprendre ce principe de propagation et d'alternance il faut le décomposer en 5 phases :

1. les molécules sont au repos v + / p - 
2. les molécules vont se déplacer et créer une pression acoustique v- / p +
3. Les molécules reviennent à leur position initiale v + / p -
4. L'onde est transmise à la molécule suivante v- / p +
5. Les molécules sont dans leur état d'origine v + / p -

L'intensité acoustique

L’énergie sonore totale est formée par l’ensemble des variations de pression et de vitesse. Cet ensemble d'alternance entre pression et vitesse se nomme intensité acoustique (Ia) qui s'exprime en W.m². Elle caractérise le son et est indépendante de la sensibilité de l'oreille. Cette intensité acoustique va aller dans une direction donnée qui sera identique au sens de vibration des molécules. On dit qu'il y a une co-linéarité entre la vitesse et le déplacement de l'onde sonore.

D'un point de vue "énergétique" l'intensité acoustique est égale au produit de la pression par la vitesse.

La vitesse a un vecteur car elle dépend du sens de vibration des molécules, avec une valeur mini et maxi. Tandis que la pression est un scalaire car on ne connait pas son sens de propagation.

D'un point de vue physique, l'intensité acoustique (Ia) est un flux d’énergie mécanique traversant une surface S sous forme de variations de pression et de vitesse. Elle représente l'énergie sonore transmise par unité de surface et par unité de temps. Prenons l'exemple de nos tympans ou de la cellule d'un micro qui sont tout deux des surfaces.

Puissance acoustique

Pour une surface donnée (qui peut être juste une surface d'air) on va avoir différentes intensités acoustiques (Ia) qui passent à travers cette surface.  Le cumul de cette énergie sur la surface S représente la puissance acoustique (Wa). W pour puissance (à ne pas confondre avec la pression) qu'on exprime en watt acoustique qui correspond à n'importe quelle source sonore.

W_a = I_a . S

Pour bien comprendre ce que représente la puissance acoustique d'une source sonore, prenons l'exemple d'un instrument de musique. Lorsque nous captons le son de cet instrument avec un micro, celui-ci ne capte qu'une infime partie de la puissance acoustique totale, sous forme de pression ou de vitesse (selon le micro utilisé) qui varie selon la distance et l'axe donné en fonction du placement du micro et le couplage à la salle. Cela ne restituera pas de manière significative ce que l'on entend sur les hauts parleur par rapport à son état naturel.