Fréquence d'un son, ultrasons, infrasons

Un son trop grave ou trop aigu peut devenir inaudible — la fréquence trace la frontière.

1 L'idée

Un son est produit par la vibration d'un objet (corde de guitare, membrane de haut-parleur, colonne d'air). Cette vibration se répète régulièrement : le son est périodique.

La fréquence $f$ est le nombre de vibrations effectuées par seconde. Plus $f$ est grande, plus le son est aigu ; plus $f$ est petite, plus il est grave.

L'oreille humaine perçoit les sons compris entre $20$ Hz et $20\,000$ Hz. En dehors de cette plage, les sons existent mais restent inaudibles pour nous.

2 Grandeurs et relations

Fréquence

$f = \dfrac{1}{T} \quad (\text{en hertz, Hz})$

Période

$T = \dfrac{1}{f} \quad (\text{en secondes, s})$

Infrasons

$f \lt 20 \text{ Hz}$

Sons audibles

$20 \text{ Hz} \le f \le 20\,000 \text{ Hz}$

Ultrasons

$f \gt 20\,000 \text{ Hz}$

3 Exemples de calcul

La fréquence d'un diapason

Un diapason émet un son à $f = 440$ Hz.

Période : $T = \dfrac{1}{440} \approx 2{,}3 \times 10^{-3}$ s.

Ce son est audible car $20 \le 440 \le 20\,000$ Hz.

Un sifflet à chien

Un sifflet à chien émet à $f = 22\,000$ Hz.

Comme $22\,000 \gt 20\,000$ Hz, c'est un ultrason : inaudible pour l'être humain.

Domaines de fréquences et animaux

Infrasons ($f \lt 20$ Hz) : émis et perçus par les éléphants et les baleines ; produits aussi lors des séismes.
Sons audibles ($20$ Hz $\le f \le 20\,000$ Hz) : perçus par l'oreille humaine.
Ultrasons ($f \gt 20\,000$ Hz) : utilisés par les chauves-souris (écholocation) et les dauphins ; exploités en médecine (échographie) et dans les sonars.

Méthode — déterminer le domaine d'un son

Lire la fréquence $f$ du son en Hz. Si on dispose de la période $T$, calculer d'abord $f = 1/T$.
Comparer $f$ aux deux seuils : $20$ Hz et $20\,000$ Hz.
Conclure : si $f \lt 20$ Hz → infrasound ; si $20 \le f \le 20\,000$ Hz → son audible ; si $f \gt 20\,000$ Hz → ultrason.

Erreurs fréquentes

Confondre fréquence élevée (son aigu) et intensité sonore élevée (son fort) : ce sont deux grandeurs indépendantes.
Oublier l'unité : $f$ se donne en hertz (Hz) et $T$ en secondes (s).
Inverser la formule : on écrit $T = 1/f$, jamais $T = f$.