Le son est une vibration mécanique dans un milieu fluide, se propageant sous forme d'ondes longitudinales dans un milieu (gaz, liquide, solide). Les êtres humains, comme de nombreux animaux, captent ces vibrations avec l'oreille et le sens de l'ouïe.
Le son est caractérisé grâce à deux paramètres :
Le son pur n'est composé que d'une seule fréquence - comme un sifflement. La tonalité du téléphone fait entendre un son de 440 Hz, un la (la note de musique), c'est-à-dire que les molécules vibrent et font vibrer le tympan 440 fois par seconde, avec plus ou moins d'ampleur. Lorsque la fréquence augmente, le son devient plus aigu, si elle diminue, le son devient plus grave. En musique on parle de hauteur du son. Dans l'environnement naturel, le son pur n'existe pas.
Notre oreille perçoit des mélanges de sons purs. Les sons complexes sont donc des sons naturels, composés de plusieurs sons qu'on peut différencier lors d'une analyse spectrale. Ce phénomène se produit dans un orchestre, par exemple, mais aussi pour les voix humaines : si deux personnes chantent à l'unisson, on peut distinguer la voix de chacune d'entre elles grâce à leur richesse harmonique. Le cerveau est capable de grouper (on appelle cela la fusion dans une scène sonore) la suite des notes pour suivre la mélodie, mais aussi de séparer les harmoniques (la fission) pour ne suivre qu'un seul instrument à la fois. L'oreille agit comme un prisme qui décompose la lumière blanche en toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. En fonction de l'instrument ou de la voix, le cerveau va favoriser certaines "couleurs". Chaque couleur interagit avec la cochlée située dans l'oreille interne, comme on enfonce une ou plusieurs touches d'un piano pour produire un son complexe.
Comment le son se propage-t-il ? Dans un milieu fluide compressible, une variation de pression se propage sous la forme d'une onde. Le son est une vibration de molécules, mais pas un déplacement d'air, contrairement au vent. Les molécules vibrent localement, entraînant avec elles d'autres molécules : leur oscillation entraîne leur propagation, jusqu'à ce qu'elles faiblissent et s'arrêtent naturellement.
Le son ne se propage pas dans le vide : pour qu'il puisse se propager en ondes sonores, il faut de la matière (gaz, liquide, solide). C'est la raison pour laquelle aucun son ne peut se répandre dans l'espace. L'air dans lequel vivent les humains sur Terre, en revanche, est un milieu propice à la propagation des sons, et ce sont les variations de la pression de l'air qui créent les sons.
La vitesse du son, appelée aussi célérité du son, désigne la propagation des ondes sonores dans différents milieux, qu'ils soient liquides, solides ou gazeux.
Cependant, cette vitesse n'est pas définie et varie en fonction du milieu utilisé (par exemple, les ondes sonores se déplacent plus rapidement dans l'eau que dans l'air), ainsi qu'en fonction des propriétés du milieu, notamment la température.
Lorsqu'on parle de "vitesse du son", il est plutôt fait allusion à la propagation des ondes sonores dans l'air. Quelle est la vitesse du son dans l'air ? Elle est d'environ 340 mètres par seconde, soit 1230 km par heure. Cette vitesse porte aussi le nom de Mach 1.
Dans de la matière solide, le son peut se propager beaucoup plus rapidement, jusqu'à atteindre une vitesse de 5600 à 5900 mètres par seconde pour l'acier : il se répand par une vibration qui se propage sans déplacer les atomes.
Quelle est la vitesse du son dans l'eau ? La propagation du son dans l'eau est plus rapide dans l'eau que dans l'air, à environ 1482 mètres par seconde, parce que l'eau est à la fois beaucoup plus dense et beaucoup moins compressible que l'air. Tel un miroir acoustique, la surface de l'eau renvoie presque tous les sons. En effet, le son est comme canalisé par l'eau, et s'y propage bien, mais dans l'eau de mer, l'onde sonore est soumise à des effets dus à sa densité. Grâce à la grande portée des ondes acoustiques, la détection sous-marine a pu être développée, avec les SONAR émetteurs et récepteurs, qui mesurent le temps de propagation d'une onde sonore, et donc obtenir des informations sur les mouvements de l'eau en profondeur, même à grande distance.
Certains mammifères marins, comme le dauphin ou le béluga, produisent des ultrasons d'une intensité différente, dont la gamme de fréquences se situe entre 16.000 et 10.000.000 Hz, qui ne peuvent être perçus par l'oreille humaine
Les ondes sonores, comme toutes ondes, sont définies par leur intensité (ou amplitude) qui s'exprime en Décibels et par leur fréquence qui s'exprime en Hertz. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu. A l'inverse, une fréquence basse correspond à un son grave. L'intensité (ou amplitude) d'un son peut être à l'origine de nuisances sonores : ainsi, le niveau d'une conversation animée peut atteindre les 60 dB, et le seuil de la douleur se situe à environ 130 dB. Il existe également le timbre, lié à la forme de l'onde, car généralement, les ondes sonores ne se représentent pas à l'aide de sinusoïdes parfaites.
L'oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz. De nombreuses espèces perçoivent les sons d'autres fréquences, comme les éléphants qui utilisent les infrasons (fréquences très faibles) pour communiquer ou les chiens et les chats qui perçoivent les ultrasons (fréquences élevées).
L'écho est un phénomène acoustique de réflexion du son. Le mot "écho" vient de la nymphe Echo de la mythologie grecque, qui incarnait ce phénomène.
Le principe de l'écho est le retour d'une onde sonore réfléchie par une discontinuité rencontrée dans le trajet de propagation : cela se produit parce que l'onde sonore n'est pas rectiligne, mais longitudinale, et se répand comme des faisceaux partant dans plusieurs directions. Chaque faisceau n'allant pas au même endroit, mais à la même vitesse, ils reviennent à l'émetteur après avoir rencontré la discontinuité (l'obstacle) à des moments différents. Ainsi, on entend souvent des échos successifs, de plus en plus faibles. En général, les échos proviennent de surfaces dures fixes comme les murs et les montagnes, ou de cibles mobiles comme les navires et les sous-marins.
Comme les SONAR, certains animaux marins utilisent aussi l'écho pour localiser des obstacles ou de la nourriture : ils émettent des ondes sonores, attendent qu'elles frappent un quelconque barrage et en déduisent la distance en entendant l'écho de leurs propres ondes sonores.
Quelle est la vitesse du mur du son ? Lorsqu'un avion franchit le mur du son, il dépasse la vitesse de propagation du son dans l'atmosphère, qui est d'environ 1230 km/h. Pour comprendre le bang supersonique qui se produit lors du passage du mur du son, il faut comprendre l'effet Doppler. Découvert en 1842 par Christian Doppler, cet effet décrit le phénomène par lequel plus la fréquence d'un son est élevée, plus il sera aigu, et lorsque la source se rapproche, l'observateur percevra une fréquence plus élevée. Lorsque un avion atteint la vitesse du son, les ondes s'accumulent à l'avant : c'est une onde de choc qui provoque un bruit sec et puissant pour quelqu'un au sol (sorte d'explosion ou bang supersonique). Si la vitesse augmente encore (vitesse "supersonique"), cette onde de choc, moins rapide que l'avion, se propage derrière lui : le bang se fait donc entendre après le passage de l'avion.
