Le son

Le son est une vibration qui se propage dans les gaz, les liquides et les solides. En général il s'agit pour l'homme d'une vibration de l'air, une variation infime et plus ou moins rapide de la pression de l'air qui fait vibrer la membrane de ses tympans et exciter des terminaisons nerveuses situées dans l'oreille interne.
Cette vibration se caractérise par une fréquence (la hauteur du son) et par une amplitude (l'intensité du son). La bande des fréquences audibles s'étend d'environ 20 Hz à 20000 Hz. En ddehors de cette bande de fréquences se trouvent les infra-sons (pour les fréquences plus basses) et les ultra-sons (au delà de 15 à 20000 Hz).
Comme pour les signaux électriques le son peut être périodique ou non, purement sinusoïdal (son pur) ou complexe. Dans ce dernier cas, le plus fréquent, le signal complexe peut être décomposé en une fréquence fondamentale et ses harmoniques.
Le timbre d'un son dépend de sa composition, c'est à dire de l'amplitude de chacun de ses harmoniques par rapport à la fréquence fondamentale.
Dans l'air, le son se propage à 340m/s environ, vitesse dépendant de la température (331m/s à 0°C et 343m/s à 20°C).
Dans les liquides la vitesse est nettement plus élevée (1440m/s dans l'eau) et plus encore dans les solides 3500m/s dans le cuivre et 5000 m/s dans l'acier.

Intensité du son

Le seuil d'audibilité est 0dB à 1000Hz, ce qui correspond à 10-12W/m²
L'intensité du son diminue avec l'inverse du carré de la distance.
Pour l'oreille humaine la sensation sonore n'est pas proportionnelle à l'amplitude du son mais au logarithme de cette amplitude. Ainsi :
- doubler la puissance de la source sonore équivaut à augmenter le niveau sonore de 3 décibels.
- quadrupler cette puissance augmente le niveau de 6 dB.
- multiplier par 10 la puissance augmente ce niveau de 10 dB.
- la multiplier par 100 ajoute 20 dB au niveau.
On voit que l'opération de multiplication de la puissance correspond à une addition pour le calcul du niveau.
L'oreille a une dynamique (domaine de fonctionnement) de 120 à 130 dB (soient 1 à 10 W/m²)
Les exemples ci-dessous n'ont qu'un intérêt relatif car dans un même endroit le niveau sonore peut varier dans de grandes proportions. Ils permettent toutefois de se faire une idée.
130 dB : avion à réaction au décollage à une distance de 25m
120 dB : coup de tonnerre à proximité
110 dB : train passant à proximité
100 dB : atelier de chaudronnerie en pleine activité
90 dB : bruit de circulation intense
80 dB : rue animée, salle de réunion
70 dB : intérieur d'un train en marche
60 dB : conversation courante
50 dB : appartement normal
40 dB : extérieur calme, campagne
30 dB : appartement dans quartier calme
20 dB : extérieur très silencieux
10 dB : studio d'enregistrement
0 dB : seuil d'audibilité

Le diagramme de Fletcher et Munson

L'ensemble de courbes de la figure ci-contre est appelée diagramme de Fletcher et Munson. Il représente les courbes d'égale sensation sonore d'une oreille humaine normale en fonction de la fréquence.
La zone d'audition normale est comprise entre la limite de la douleur (vers 120 décibels) et le seuil d'audition (0dB à 1000Hz). Elle est en outre limitée vers 30 Hz pour les fréquences basses et vers 15000 Hz pour les fréquences haute.
Ce diagramme est une moyenne. Il montre que la sensibilité de d'oreille est maximale entre 1000 et 5000Hz. Les limites évoluent d'un sujet à l'autre et pour un même individu en fonction de l'âge ou des maladies et accidents.

Courbes psophométriques

Pour compenser la sensibilité de l'oreille, certains appareils incorporent des filtres qui permettent de mesurer en décibels une intensité sonore. Pour préciser comment la mesure a été effectuée on utilise l'unité dB(A), dB(B), dB(C) ou dB(D). C'est le dB(A) qui est le plus utilisé.

Le bruit

Le bruit que les radioamateurs combattent est le bruit radioélectrique en haute fréquence, lequel se traduit par un souffle dans les écouteurs et haut-parleurs. C'est un son très complexe, composé d'une multitude de signaux sinusoïdaux de fréquences et d'amplitudes constamment variables de façon aléatoire. La puissance correspondant au bruit dépend de l'amplitude de celui-ci et de la largenr de la bande de fréquence considérée. Plus la largeur de bande est grande, plus la puissance de bruit est importante.
Le bruit blanc est un bruit dont la puissance est constante sur tout le spectre : l'énergie contenue dans une bande de fréquence de 100 Hz est la même quelque soit la fréquence centrale de cette bande.
Le bruit rose est un bruit dont la puissance décroit de 3 dB par octave (à chaque fois que la fréquence centrale double) pour la même bande de fréquence B.
La photo ci-contre montre un signal à haute-fréquence (3,6MHz) "bruité". Les amplitudes relatives du signal et de celle du bruit peuvent être exprimées à l'aide du rapport signal-sur-bruit.