La fréquence des signaux lumineux et sonores permet de les répartir en plusieurs domaines qui ont chacun des applications différentes, notamment dans le transport de l'information. Pour qu'un signal soit porteur d'une information, celle-ci doit être codée.
Les signaux lumineux présentent des risques pour les yeux et la peau, qui augmentent avec leur intensité et leur fréquence. Les risques liés aux signaux sonores dépendent de leur niveau d'intensité sonore, exprimé en décibels (dB).
Les différents types de signaux utilisés pour transporter l'information
On distingue plusieurs types de signaux lumineux et sonores selon leur fréquence.
La notion de fréquence
La fréquence correspond au nombre de répétitions d'un phénomène périodique se déroulant en une seconde. Son unité est le hertz (Hz).
Phénomène périodique
Un phénomène est périodique s'il se répète, identique à lui-même à intervalles de temps régulier.
Les saisons sont des phénomènes périodiques puisqu'elles se répètent à l'identique chaque année.
Fréquence
La fréquence, notée F, correspond au nombre de répétitions d'un phénomène périodique par seconde. Son unité est le hertz (Hz).
Si un phénomène périodique se répète 50 fois par seconde, sa fréquence est de 50 Hz.
Les différents signaux lumineux
Il existe plusieurs types de signaux lumineux, qui se différencient par leur fréquence. L'œil humain est sensible aux signaux lumineux de fréquence comprise entre : [ 4{,}3 \times 10^{14} \text{ Hz} ; 7{,}5 \times 10^{14} \text{ Hz} ] .
On distingue plusieurs types de signaux lumineux selon leur fréquence. La lumière visible est seulement un de ces domaines, caractérisé par la bande de fréquences [ 4{,}3 \times 10^{14} \text{ Hz} ; 7{,}5 \times 10^{14} \text{ Hz} ] ou aussi par la bande de longueurs d'onde [ 400 \text{ nm} ; 800 \text{ nm} ] .
- Beaucoup de télécommandes de télévision utilisent des signaux infrarouges.
- Les signaux radio sont très utilisés dans le domaine des télécommunications et pour la transmission de données (wi-fi, Bluetooth, etc.).
Les différents signaux sonores
Il existe plusieurs types de signaux sonores, qui se différencient par leur fréquence. L'oreille humaine est capable de percevoir les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz.
Plus la fréquence d'un son est importante, plus celui-ci est perçu comme aigu.
Un son de fréquence 80 Hz est grave alors qu'un son de fréquence 1 320 Hz est aigu.
L'oreille humaine est capable de percevoir les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz, on parle de sons audibles. Les sons de fréquence inférieure sont les infrasons et ceux de fréquence supérieure sont les ultrasons.
D'autres animaux perçoivent des fréquences très éloignées du spectre audible par l'homme. Les éléphants peuvent communiquer sur des distances atteignant 10 km grâce à des infrasons, les chauves-souris emploient des ultrasons de fréquence comprise entre 50 Hz et 200 kHz pour percevoir leur environnement.
Ces limites sont approximatives et varient selon les personnes et leur âge.
Les personnes les plus jeunes perçoivent des sons plus aigus que celles plus âgées. Pour les premiers, il s'agit donc de sons audibles, alors que ce sont des ultrasons pour les autres.
Le transport de l'information
Le transport d'une information nécessite le codage d'un signal, celui-ci pouvant ensuite se propager entre l'émetteur et le récepteur.
L'utilisation des signaux
Un signal permet de transmettre une information à distance.
Signal
Un signal est une information codée de façon à être transmise à distance de sa source à son destinataire. Cette information étant codée pour pouvoir être acheminée plus facilement et plus rapidement jusqu'au récepteur (destinataire), elle devra être décodée à la fin de la transmission afin d'être compréhensible.
Un satellite émet un signal radio en direction de la Terre. Ce signal peut comporter des informations météorologiques, par exemple.
Le codage de l'information
Afin qu'un signal soit porteur d'une information, celle-ci doit être codée.
Pour qu'un signal transporte une information, il faut d'abord coder cette information. Le codage le plus simple est le codage binaire pour lequel le signal peut prendre seulement deux valeurs : 0 et 1.
Pour un signal lumineux, on peut attribuer la valeur 0 lorsque la source lumineuse est éteinte et la valeur 1 lorsqu'elle est allumée.
Le transport de l'information
Le signal permet de transporter l'information entre les émetteurs et les récepteurs, de façon libre ou guidée.
Une fois l'information codée, le signal se propage entre un émetteur et un récepteur qui le décodera pour récupérer l'information. Que sa propagation soit guidée ou libre, l'information est transportée très rapidement et est moins sensible aux perturbations.
L'exemple des conversations téléphoniques
Lors des conversations téléphoniques, un signal radio transporte l'information qui est initialement un signal sonore.
La conversation téléphonique entre deux personnes, distantes de plusieurs kilomètres, est rendue possible en transformant (codant) les sons émis en signaux radio. Ces ondes radio se propagent librement entre les antennes des deux téléphones (via une antenne du réseau ou un satellite) à la vitesse de la lumière. Ces signaux radio sont ensuite décodés par le téléphone en signaux sonores.
Les dangers des signaux lumineux et sonores
Les différent signaux lumineux et sonores peuvent être dangereux.
Les risques liés à la lumière
Les signaux lumineux présentent des risques pour les yeux et la peau, qui augmentent avec leur intensité et leur fréquence.
Pour les yeux
Les signaux lumineux, même non visibles, peuvent être dangereux, surtout si leur intensité est importante.
Les signaux lumineux, qu'ils soient visibles ou non, peuvent présenter des risques non négligeables pour la santé humaine.
En effet, selon le temps d'exposition et l'éclairement, la rétine, le cristallin et la cornée de l'œil peuvent subir des dommages parfois irréversibles. Il est donc dangereux de fixer une source trop intense (Soleil, rayon laser, lampe). Ce risque est d'autant plus grand que l'œil humain ne voit ni les infrarouges ni les ultraviolets.
Le port de lunettes spéciales est recommandé lorsque l'éclairement est trop important, notamment :
- au cours d'expérimentations de lasers dans un laboratoire ;
- en extérieur en cas de forte luminosité ou de réflexions importantes (mer, neige) ;
- en observant une éclipse (l'éclairement dû au Soleil est plus faible lorsqu'il est caché par la Lune, mais il augmente à nouveau très vite).
Pour la peau et le reste du corps
Les signaux lumineux ultraviolets et ceux de fréquence supérieure peuvent provoquer des lésions de la peau et des cancers.
Notre peau est également très sensible à la lumière. Les rayonnements infrarouges intenses peuvent provoquer des brûlures cutanées en surface et même plus profondément. Les ultraviolets, et les rayonnements de fréquence plus grande, sont encore plus dangereux, car en générant des mutations des cellules humaines, ils peuvent provoquer des cancers.
Il est préconisé de protéger sa peau du soleil à l'aide de crèmes solaires de bonne qualité et de limiter les durées d'exposition à ces rayonnements.
Les risques auditifs
Les signaux sonores sont d'autant plus dangereux pour l'oreille humaine que leur niveau d'intensité sonore, exprimé en décibels (dB), est important.
L'intensité sonore
L'intensité sonore, notée I, indique la puissance transportée par le son par unité de surface. Son unité est le watt par mètre carré ( \text{W/m}^2 ).
- L'intensité sonore minimale perceptible par l'oreille humaine est 10^{-12} \text{ W/m}^2 .
- Le seuil de douleur correspond à une intensité sonore de 10 \text{ W/m}^2 , elle correspond à celle proche d'un avion au décollage.
Le plus souvent, on utilise plutôt le niveau d'intensité sonore, car les valeurs de son échelle sont plus faciles à retenir.
Niveau d'intensité
Le niveau d'intensité sonore, noté L, augmente avec l'intensité sonore et est plus facile à utiliser. Son unité est le décibel (dB).
- Le niveau d'intensité sonore minimal vaut 0 dB.
- Le niveau d'intensité sonore du seuil de douleur est de 120 dB.
Le niveau d'intensité sonore se mesure avec un sonomètre.
L'exposition à des ondes sonores peut comporter des risques pour la santé humaine : elle peut provoquer une perte d'audition temporaire ou durable. Ces risques augmentent avec l'intensité sonore et la durée d'exposition.
L'utilisation prolongée d'écouteurs est risquée. Les normes européennes limitent leur niveau sonore à 100 dB et obligent une validation par l'utilisateur dès lors qu'il dépasse 85 dB.
L'exposition, bien qu'imperceptible, à des ultrasons et des infrasons peut également donner des migraines, des nausées et des vertiges.