Le son : comprendre fréquence, longueur d’onde et vitesse

Une voix grave et un sifflement aigu sont deux sons, mais leurs vibrations diffèrent. Pour expliquer ce que nous entendons, trois grandeurs sont particulièrement utiles : la fréquence, la longueur d’onde et la vitesse de propagation.

Une onde dans la matière

Dans l’air, une source vibrante produit des variations de pression qui se transmettent de proche en proche. Les molécules oscillent autour de leur position moyenne ; elles ne voyagent pas toutes de la source jusqu’à notre oreille. Le son transporte de l’énergie grâce au milieu.

Trois grandeurs à distinguer

Grandeur	Signification	Unité
Fréquence f	Nombre d’oscillations par seconde	Hertz, Hz
Longueur d’onde λ	Distance entre deux compressions successives	Mètre, m
Vitesse v	Distance parcourue par l’onde par unité de temps	m/s

La relation essentielle

Ces grandeurs sont liées par v = f × λ. Dans l’air à environ 20 °C, la vitesse vaut près de 343 m/s. Pour un son de 500 Hz, la longueur d’onde vaut 343/500, soit environ 0,69 m.

Si la fréquence double alors que la vitesse reste identique, la longueur d’onde est divisée par deux. Cette conclusion vient directement de la relation, sans supposer que les sons aigus vont plus vite.

Aigu et fort ne veulent pas dire la même chose

La fréquence contribue à la hauteur perçue : grave ou aiguë. L’amplitude et l’intensité contribuent au niveau sonore. Deux sons peuvent donc avoir la même hauteur tout en étant entendus à des niveaux très différents.

Un exemple du quotidien

Lors d’un feu d’artifice lointain, le flash est vu avant que le bruit soit entendu. La lumière arrive beaucoup plus rapidement que le son. Ce décalage ne signifie pas que l’explosion produit d’abord l’un, puis l’autre.

Mini-quiz

À vitesse constante, un son plus aigu possède-t-il une longueur d’onde plus grande ? Non : sa fréquence plus élevée correspond à une longueur d’onde plus courte.

Source

OpenStax — Speed of Sound, Frequency, and Wavelength