Son (physique) - Définition

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- Introduction - Propagation du son - Amplitude et la pression sonore - Fréquence et hauteur - Espace-temps - Timbre - La musique - Enregistrement - Le son et l'informatique

Amplitude et la pression sonore

L'amplitude est une autre caractéristique importante d'un son. La pression sonore perçue dépend (entre autres) de l'amplitude et correspond dans l'air aux variations de pression de l'onde. Le son peut être fort ou doux (les musiciens disent forte ou piano).

Unité de mesure

En acoustique la pression sonore et l'intensité se mesurent en décibels (dB). C'est une grandeur sans dimension, logarithme du rapport entre une grandeur caractéristique du son étudié et celle d'un son de référence.

Le choix d'un logarithme permet d'avoir des chiffres aisément manipulables, qui ne deviennent pas extrêmement grands ou petits (voir l'article Échelle logarithmique), et parce que cette approche correspond mieux à ce que perçoit l'oreille humaine en termes de sensation sonore.

Ces considérations sont le fruit des recherches du psychophysicien allemand Gustav Fechner qui, au milieu du XIX^ème siècle, s'était fixé pour but de quantifier les sensations que peuvent produire différents stimuli (variation de température, d'éclairement, etc.).

On utilise deux grandeurs pour mesurer l'intensité : l'intensité, mesurée en watts par mètre carré et pour laquelle l'intensité de référence est I₀ = 10^-12W.m^-2, et la pression, mesurée en pascals et pour laquelle la pression de référence est P₀ = 2.10^-5 Pa. La première est toujours le double de la seconde, et c'est a priori celle qui est utilisée en l'absence de précision.

Mais attention, la notion de niveau sonore ne donne qu'une vague idée de la sensation perçue, car il faut prendre en compte la sensibilité de l'oreille, qui varie principalement selon la fréquence du son (l'oreille est moins sensible aux basses fréquences). Une meilleure approximation du volume perçu est donnée en décibel pondéré A (dBA), elle peut être mesurée électroniquement après filtrage du signal par un filtre à pondération A (il existe également des pondérations B et C adaptées aux mesures de sons d'intensités plus grandes).

0 dB correspond au minimum que l'oreille humaine peut percevoir appelé seuil d'audibilité, et non au silence absolu. Cette valeur a été choisie par expérimentation pour un son de fréquence 1000 Hz, elle vaut 10^-12 W.m^-2, mais la plupart des personnes a un seuil d'audibilité supérieur à 0 dB (environ 4 dB). Le seuil de douleur est de 130 dB, mais l'oreille peut subir des dommages à partir de 85 dB (voir l'article Psychoacoustique).

Il suffit de changer la référence de puissance ou de pression (P₀ ou W₀ dans les formules ci-dessous) pour que l'échelle des volumes soit complètement changée. C'est pourquoi les décibels gradués sur le bouton de volume d'une chaîne Hi-fi ne correspondent pas du tout à des niveaux acoustiques mais à des puissances électriques de sortie de l'amplificateur, ce qui n'a quasiment rien à voir : la valeur 0 dB représente bien souvent la puissance maximale que l'amplificateur est capable de délivrer.

Niveau de bruit en puissance	Niveau d'intensité	Niveau de bruit en pression
$Lw = 10 \log \left ( \frac{W}{W_0} \right )$	$LI = 10 \log \left ( \frac{I}{I_0} \right )$	$Lp = 10 \log \left ( \frac{p}{p_0} \right)^2 = 20 \log \left ( \frac{p}{p_0} \right)$

Le niveau de puissance caractérise une source sonore, il est donc indépendant de la distance source - récepteur. En revanche, les niveaux d'intensité et de pression correspondent aux niveaux perçus par le récepteur. Ils dépendent donc de la source et aussi de la distance source récepteur.

Différentes mesures de l'amplitude

Il existe plusieurs façons de mesurer l'amplitude d'un son, et par extension, d'un signal quelconque de nature ondulatoire :

l'amplitude moyenne (la valeur moyenne arithmétique du signal positif)
l'amplitude efficace (amplitude continue équivalente en puissance)
l'amplitude crête (maximale positive)
l'amplitude crête à crête (l'écart maximal d'amplitude positive et négative)

Dans la pratique, l'amplitude moyenne présente peu d'intérêt et n'est pas utilisée. En revanche, la valeur efficace ou RMS, pour Root Mean Square en anglais, soit la valeur quadratique moyenne du signal est universellement adoptée pour mesurer la valeur des tensions alternatives, dans le cadre général autant qu'en acoustique. Un amplificateur qui est donné pour 10 watts RMS fera 14 watts en crête et 28 watts en crête à crête (aussi noté cc). Les mesures de puissance crête à crête sont assez souvent appelées « watts musicaux » par les vendeurs de matériel audiovisuel, car les chiffres sont plus flatteurs.