Chapitre 3: Le Son et Ses Caractéristiques Physiques PDF

Chapitre 2 Chapitre 3 Les sons de la parole Chapitre 1 Chapitre 4 Chapitre 5 Phonétique & Orthophonie  Phonétique & Phonologie B...

Chapitre 2 Chapitre 3 Les sons de la parole Chapitre 1 Chapitre 4 Chapitre 5 Phonétique & Orthophonie  Phonétique & Phonologie Bloc 1 Logopédie 2024-2025 Phonétique & Phonologie Emilie Veys, PhD 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation Energie externe 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation Energie potentielle maximale 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation Energie Energie cinétique potentielle =0 maximale 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation Energie potentielle maximale Energie cinétique =0 3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’oscillation  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. ENERGIE  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire L’onde sonore est une vibration mécanique des particules qui composent le milieu dans lequel elle se propage. Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Un mouvement vibratoire est une succession de compression / raréfaction des particules. En un point précis, on observe une alternance entre surpression et dépression  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. L’élasticité est la propension d’un milieu à résister à un changement de volume, par exemple à une compression Forc e  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. Le mouvement vibratoire résulte de l’interaction entre inertie et élasticité  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Un mouvement vibratoire est une oscillation imprimée aux particules d’un milieu élastique qui se transmet de proche en proche. La vibration d’un corps élastique engendre la propagation d’une onde de pression.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire Si ce corps élastique vibre à un rythme compris entre 20 et 20 000 oscillations par seconde, il s’agit d’une source sonore et la variation de pression propagée est une onde sonore. Si ce corps élastique vibre à un rythme inférieur à 20 oscillations par seconde, on parle d’infra son. Si ce corps élastique vibre à un rythme supérieur à 20 000 oscillations par seconde, on parle d’ultra son.  3.1. L’onde sonore : un mouvement vibratoire La vitesse de propagation de l’onde dépend de l’élasticité et de l’inertie du milieu dans lequel elle évolue. Exemples de la vitesse de propagation du son (en m/s) à 20°C (sauf mention contraire) Solides Liquides Gaz (pression athmosphérique) Plomb 1230 Eau douce 1490 Air à 0°C 331.4 Os Eau de mer Air à 20°C 343 4000 1530 Verre Mercure 1450 Hydrogène à 0°C 1286 4500 Aluminium Azote 339 5100 Granit 6000 3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs 3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Un son pur est un mouvement vibratoire dont l’élongation est une fonction sinusoïdale du temps Fonction sinusoïdale  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Un son pur est un mouvement vibratoire dont l’élongation est une fonction sinusoïdale du temps Dépression Surpression Temps Fonction sinusoïdale Il se caractérise par deux paramètres : la fréquence et l’amplitude  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence Une vibration sinusoïdale se répète à intervalles de temps réguliers C’est une fonction périodique  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence Une vibration sinusoïdale se répète à intervalles de temps réguliers C’est une fonction périodique  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression La fréquence Temps Un cycle = 1 oscillation complète  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression La fréquence Temps Une période (T) = le temps que dure un cycle (secondes/cycle)  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence Un cycle = 1 oscillation complète Une période (T) = le temps que dure un cycle (en secondes/cycle) La fréquence (F) = le nombre de cycles accomplis en une seconde (en cycles /seconde = en Hertz (Hz))  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression La fréquence Temps 250 ms 500 ms 750 ms 1000 ms 1Hz  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression La fréquence Temps 250 ms 500 ms 750 ms 1000 ms 2Hz 1Hz  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression La fréquence Temps 250 ms 500 ms 750 ms 1000 ms 20Hz 2Hz 1Hz  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence Si ce corps élastique a une fréquence de vibration comprise entre 20Hz et 20 000 Hz, il s’agit d’une source sonore et la variation de pression propagée est une onde sonore. Si ce corps élastique a une fréquence de vibration inférieure à 20Hz on parle d’infra son. Si ce corps élastique a une fréquence de vibration supérieure à 20 000 Hz on parle d’ultra son.  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence La fréquence détermine la sensation de hauteur d’un son Le fait qu’il nous paraît plus ou moins aigu = la tonie L’ensemble des fréquences audibles par l’homme est divisé en 10 octaves, partagées en 12 demi-tons (= notes de musiques)  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs La fréquence et le phénomène de résonance Tout corps susceptible de vibrer possède sa fréquence propre. La vibration d’un corps élastique engendre la propagation d’une onde de pression dont la fréquence correspond à celle de la source. Cette onde entraînera un mouvement de vibration de tout corps qui se trouve sur son chemin et dont la fréquence propre est proche ou identique. C’est le phénomène de résonance  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Un son pur est un mouvement vibratoire dont l’élongation est une fonction sinusoïdale du temps Dépression Surpression Temps Fonction sinusoïdale Elle se caractérise par deux paramètres : la fréquence et l’amplitude  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression L’amplitude Temps L’amplitude correspond à la modification de pression induite par le mouvement vibratoire.  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs Dépression Surpression L’amplitude Temps L’amplitude correspond à la modification de pression induite par le mouvement vibratoire.  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude L’amplitude correspond à la modification de pression induite par le mouvement vibratoire.  La pression = Force/m² (la force exercée par unité de surface) Pour mesurer la force d’une onde sonore on utilise la puissance qui s’exprime en Watts (W). Puissance acoustique (W) = quantité d’énergie/seconde pour obtenir le mouvement vibratoire. Intensité sonore (I) = puissance acoustique/unité de surface = W/m²  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude L’amplitude détermine la sensation d’intensité d’un son. Le fait qu’il soit plus ou moins fort = la sonie Exemple de la corde d’un instrument Plus l’amplitude de la vibration est élevée, plus le son perçu est intense  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude L’amplitude détermine la sensation d’intensité d’un son L’intensité sonore (I) est la puissance acoustique par unité de surface s’exprime en Watts/m² OU en décibels Peu pratique à utiliser à cause de Echelle relative et l’étendue des intensités perceptibles par logarithmique beaucoup l’oreille humaine (de 10-13 à 102 W/m²) plus pratique à utiliser  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude Le décibel (dB) est une échelle relative et logarithmique de mesure de l’intensité sonore. relative : la mesure de l’intensité sonore se fait par rapport à une intensité de référence (= 10-12 w/m²) Correspond à un son de 1000 Hz tout juste audible (au seuil d’audibilité) 1000 fois plus faible qu’un chuchotement 1 000 000 de fois plus faible que la voix de conversation  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude Le décibel (dB) est une échelle relative et logarithmique de mesure de l’intensité sonore. relative : la mesure de l’intensité sonore se fait par rapport à une intensité de référence (= 10-12 w/m²) SI I a = I ref ALORS I a = 0 dB  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude Le décibel (dB) est une échelle relative et logarithmique de mesure de l’intensité sonore. C’est une échelle logarithmique de base 10 Le logarithme d’un nombre est l’exposant auquel il faut élever la base pour obtenir ce nombre Le Bel = log10 (Ia/Iref) Le décibel (dB) = 10 log10 (Ia/Iref)  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude Le décibel (dB) est une échelle relative et logarithmique de mesure de l’intensité sonore. Pour un logarithme de base 10, chaque unité supplémentaire correspond à 10x la valeurs (la pression) de l’unité précédente.  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’amplitude Le décibel (dB) est une échelle relative et logarithmique de mesure de l’intensité sonore. Relation entre intensité acoustique (Ia), intensité relative (Irel) et intensité en Bels et en Décibels Ia Ia / Irel Bels Décibels Exemple de son (W/m²) correspondant 102 1014 14 140 dB Avion au décollage 100 1012 12 120 dB Marteau piqueur à 1m 10-2 1010 10 100 dB Train 10-6 106 6 60 dB Voix parlée normale 10-9 103 3 30 dB Chuchotement 10-12 1 (=100) 0 0 dB Seuil d’audition  3.2. Vibrations sinusoïdales : les sons purs L’impédance L’impédance correspond à une opposition du transfert d’énergie acoustique d’un système physique à un autre. Chaque milieu a sa propre impédance Le transfert d’énergie entre deux milieux est optimal si leur impédance est identique mais d’autant moins bon que leur impédance diffère. 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Un son complexe est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal périodique ou apériodique Dépression Surpression Temps Fonction non-sinusoïdale  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Un son complexe est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal périodique ou apériodique Dépression Surpression Temps 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Théorème de Fourier (1822) : Toute vibration complexe périodique peut être décomposée en une somme de fonctions sinusoïdales Tout son est formé de la somme d’un certain nombre de sons purs.  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Dépression Surpression Temps Fonction non-sinusoïdale  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Dépression Surpression Temps Fonction sinusoïdale Fonction non-sinusoïdale Fonction sinusoïdale  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Dépression Surpression Temps Fonction sinusoïdale Fonction sinusoïdale  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Théorème de Fourier (1822) : Toute vibration complexe périodique peut être décomposée en une somme de fonctions sinusoïdales Tout son est formé de la somme d’un certain nombre de sons purs. La décomposition des sons complexes en sons purs est appelée analyse de Fourier ou analyse spectrale.  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Théorème de Fourier (1822) : Toute vibration complexe périodique peut être décomposée en une somme de fonctions sinusoïdales Tout son est formé de la somme d’un certain nombre de sons purs. La décomposition des sons complexes en sons purs est appelée analyse de Fourier ou analyse spectrale. 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale Amplitude Temp s Fréquence 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale Amplitude Temp s Fréquence 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale SON PUR 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale Temp s Amplitude Temp s Fréquence 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale SON COMPLEXE PERIODIQUE 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’amplitude du son complexe Temp s L’amplitude globale de l’onde sonore complexe correspond à la somme des amplitudes des sons purs qui Temp s la composent à un instant t.  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’amplitude du son complexe L’amplitude globale de l’onde sonore complexe correspond à la somme des amplitudes des sons purs qui la composent à un instant t. 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’amplitude du son complexe  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Dans la réalité, la plupart des sons complexes comportent bien plus que deux ou trois composantes sinusoïdales. 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’analyse spectrale SON COMPLEXE APERIODIQUE 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes L’expérience de Helmholtz (1863) Hermann von Helmholtz (1821-1894) Ghio et Pinto, 2007, p. 102  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Les sons harmoniques Un son harmonique est un son complexe composé de plusieurs sons purs dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence la plus basse. La fréquence la plus basse est Les sons de fréquences multiples notée f0 et appelée fréquence du fondamental sont noté 2f0 fondamentale (H1),3f0 (H2), 4f0 (H3) … nf0 (Hn-1) et appelés harmoniques  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Le son harmonique Dépression Surpression Temps f0  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Le son harmonique Dépression Surpression Temps f0  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Le son harmonique Dépression Surpression Temps H3 H2 H1 f0 Si f0 = 100 Hz, alors 2f0 = 200 Hz, 3f0 = 300 Hz, 4f0 = 400Hz… 3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Le son harmonique  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes Le timbre Il est défini par le nombre et l’intensité des harmoniques qui composent le son. Il permet de distinguer des sons de même hauteur et de même intensité émis par des sources différentes. Permet de distinguer une Permet de distinguer une voix d’une autre ou un voyelle d’une autre instrument d’un autre  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes La durée d’un son est également une dimension importante en phonétique acoustique. Elle doit être suffisamment longue pour être perçue par l’être humain. La durée minimum pour qu’un son soit perceptible varie fortement en fonction de l’intensité : environ 500 ms au seuil d’audibilité et 50 ms dans le décours de la parole.  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes La durée d’un son est également une dimension importante en phonétique acoustique. Un son n’atteint pas instantanément sa réalisation acoustique optimale. Il passe d’abord par une phase d’établissement et se termine par une phase d’amortissement.  3.3. Vibrations non-sinusoïdales : les sons complexes La durée d’un son est également une dimension importante en phonétique acoustique. Un son n’atteint pas instantanément sa réalisation acoustique optimale. Il passe d’abord par une phase d’établissement et se termine par une phase d’amortissement. Phénomènes transitoires qui peuvent durer plusieurs dizaines de millisecondes. 3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Dépression Surpression Temps Fonction non-sinusoïdale apériodique  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Ils se composent généralement d’un très grand nombre de fréquences qui ne sont pas des multiples entiers de la fréquence fondamentale.  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique.  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Le cas particulier du bruit blanc Amplitude Fréquence  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Les fréquences qui composent un bruit sont souvent comprises entre deux limites (inférieure et supérieure) Dans ce cas, on dit qu’il couvre une certaine « bande de fréquences »  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Les fréquences qui composent un bruit sont souvent comprises entre deux limites (inférieure et supérieure) Dans ce cas, on dit qu’il couvre une certaine « bande de fréquences »  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Exemple de spectre d’une bande de bruit Amplitude Temp s Fréquence  3.4. Vibrations non-sinusoïdales : les bruits Un bruit est un mouvement vibratoire non-sinusoïdal apériodique. Les sons complexes apériodiques peuvent être décomposés en une somme de sons purs, selon le théorème de Fourier. Le cas particulier du claquement ou clic Temp Amplitude s Fréquence  Bibliographie Cazals; Y. (2005). Psychoacoustique. In P. Dulguerov et M. Remacle. Précis d’audiophonologie et de déglutition. Tome 1 : L’oreille et les voies de l’audition (pp.111-129). Marseille : Solal Editeur. Costermans, J. (1971). Phonétique et psycho-acoustique. Document non- publié. Syllabus, Université de Louvain, section logopédie. Ghio, A et Pinto, S. (2007). Résonance sonore et cavités supralaryngées. In P. Auzou, V. Rolland-Monnoury, S. Pinto et C. Ozsancak. Les dysarthries (pp. 101-110). Marseille : Solal Editeur. Munot, P. (2002). Phonétique générale. Document non-publié. Syllabus. Laboratoire de phonétique, Service de linguistique expérimentales, ULiège.