Fiche de cours : Ondes et son — Terminale spécialité physique-chimie

Intensité sonore

L'intensité sonore I est la puissance reçue par unité de surface, en W·m⁻². Une source de puissance P qui émet dans toutes les directions répartit cette puissance, à la distance d, sur une sphère d'aire S = 4π × d². On en déduit la relation clé : I = P / S = P / (4π × d²). Plus on s'éloigne de la source, plus la sphère est grande et plus l'intensité reçue diminue.

Niveau d'intensité sonore

Le niveau d'intensité sonore L s'exprime en décibels (dB) : L = 10 × log(I / I₀), ce qui équivaut à I = I₀ × 10^L/10. I₀ est l'intensité sonore de référence (seuil d'audibilité), pour laquelle L = 0 dB. L'échelle de la fiche le montre : chaque fois que l'intensité est multipliée par 10 (I₀, 10 I₀, 100 I₀, 1000 I₀), le niveau augmente de 10 dB (0, 10, 20, 30 dB).

Plusieurs sources sonores

Quand plusieurs sources émettent, les intensités s'ajoutent mais les niveaux ne s'ajoutent pas : I_tot = I₁ + I₂. La méthode tient en trois étapes :

• convertir chaque niveau en intensité : I₁ = I₀ × 10^L₁/10, de même pour I₂ ;
• additionner les intensités ;
• revenir au niveau : L_tot = 10 × log(I_tot / I₀).

Avec deux sources identiques, l'intensité double et le niveau augmente de 10 log 2 ≈ 3 dB.

Atténuation (en dB)

Atténuation géométrique : en s'éloignant de la source, la puissance se répartit sur une sphère plus grande, donc I₂ / I₁ = (d₁ / d₂)² et A = L₁ − L₂ = 20 × log(d₂ / d₁). Quand la distance double, le niveau baisse de 20 log 2 ≈ 6 dB. Atténuation par absorption : un matériau (mur, casque, bouchons) absorbe une partie de la puissance sonore, et l'atténuation vaut A = L_incident − L_transmis.

Onde périodique : période, fréquence, longueur d'onde

La période T est la durée d'un motif, en secondes, et la fréquence vaut f = 1 / T, en hertz. La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant une période : λ = v × T = v / f, où v est la célérité de l'onde. Sur la représentation de l'onde à un instant donné, λ se lit comme la distance entre deux maximums successifs de la sinusoïde.

Interférences de deux ondes

Deux ondes cohérentes (même fréquence, déphasage constant) se superposent en un point M. On définit la différence de marche δ = d₂ − d₁ ; pour des sources en phase et k entier :

• interférences constructives (ondes en phase, amplitude maximale) si δ = k × λ ;
• interférences destructives (opposition de phase, amplitude minimale) si δ = (k + 1/2) × λ.

La position du point M par rapport aux deux sources fixe donc la valeur de δ, et c'est elle qui décide du type d'interférences observé.