Propagation du son dans différents milieux :
La production et la propagation des sons sont crées à partir d'un mouvement vibratoire. À la source, le milieu est déformé (par un choc, une compression, etc.) et par suite de son élasticité, la déformation atteint les molécules voisines qui dérangées de leur position d'équilibre, agissent à leur tour de molécules en molécules. Le phénomène se produit sans transport de matière. Les particules du milieu entrent en vibration les unes après les autres autour de leur position d'équilibre. La déformation se propage dans le milieu selon une onde.
- La célérité du sons change selon les milieux :
Exemples :
Dans un milieu fluide compressible (l'air), le son se propage sous forme d'une variation de pression créée par la source sonore. Un haut-parleur, par exemple, utilise ce mécanisme. La compression se propage, mais les particules d'air oscillent seulement de quelques micromètres autour d'une position stable, de la même façon que lorsqu'on jette une pierre dans l'eau, les vagues se déplacent en s'éloignant du point de chute, mais l'eau reste au même endroit, elle ne fait que se déplacer verticalement et non suivre les vagues.
La vitesse du son se définit de 2 manières :
- Vitesse de groupe :
L'énergie sonore, quotient de la distance parcourue par le temps nécessaire à son arrivée.
- Vitesse de phase :
c = ω/k
avec :
c : la vitesse du son en mètre/seconde.
ω : la pulsation de l'onde (en rad/s).
k : la norme de son vecteur d'onde (en rad/m).
avec :
c : la vitesse du son en mètre/seconde.
ω : la pulsation de l'onde (en rad/s).
k : la norme de son vecteur d'onde (en rad/m).
Les Expériences :
Pour vérifier nous avons fait l'expérience nous même pour pouvoir voir la vitesse du son dans l'air, dans l'eau et dans la pierre.
- Dans l'air :
Pour cette expérience nous avons placé 2 microphone à 60 cm l'un de l'autre pour pouvoir calculer la vitesse du son entre ces deux même microphone.
Nous avons donc placé le haut parleur puis l'avons activé sur 500 Hz puis 5000 Hz, nous établirons un exemple sur 500 Hz.
Sur l'ordinateur grâce à un logiciel nous obtenons 2 graphiques :
Sur ce graphique nous pouvons voir la fréquence du 1er micro (en vert) et du 2ème micro (en bleu). Le logiciel nous montre donc le temps que met le son à atteindre les 2 micro que nous pouvons voir en bas à gauche avec Dt= 1.756 m.s .
Nous pouvons ajouter que l'amplitude du 2ème micro diminue.
Nous pouvons ajouter que l'amplitude du 2ème micro diminue.
Ensuite nous calculons la vitesse : nous avons Dd=60 cm et Dt= 1.756 m.s
Donc :
Ce résultat est donc en concordance avec le résultat annoncé dans le tableau au début de la partie propagation. L'air étant un milieu gazeux, le son se propage lentement dans un milieux de faible densité.
- Dans l'eau :
Nous avons placé 2 microphone enveloppé de filme plastique, nous les avons encore une fois positionné à 60 cm l'un de l'autre.
La propagation du son étant trop rapide dans l'eau nous n'avons pu qu'effectuer un choc pour pouvoir démontrer la vitesse du son dans l'eau.
Sur un ordinateur portable nous obtenons ceci :
Sur un ordinateur portable nous obtenons ceci :
Nous pouvons voir que les 2 courbes sont identique et forme une seule courbe violet (bleu+rouge), cette expérience nous démontre que la vitesse du son dans l'eau n'est pas mesurable sur une si faible distance car le son est plus rapide dans un milieu dense, ici un liquide.
- Dans la pierre :
Pour la dernière expérience, dans la pierre, nous avons utilisé un morceau de basalte où nous avons placé 2 piézomètre à une distance de 60 cm. Nous avons créé un choc avec un poids.
Grâce au logiciel audacity, les piézomètres mesure 2 courbes :
On peut apercevoir que la différence de temps que met le son à atteindre les piézomètres est de 0.00015 sec.
Ainsi nous faisons 0.6/0.00015=4000
La vitesse moyenne dans la pierre (ici le basalte) est de 4000 m/s
Ainsi nous faisons 0.6/0.00015=4000
La vitesse moyenne dans la pierre (ici le basalte) est de 4000 m/s
Phénomènes liés à la propagation d’une onde sonore :
La propagation d’une onde sonore est fortement dépendante de la nature du milieu dans lequel elle se propage. Lorsqu’elle change de milieu ou qu’elle rencontre des obstacles, la propagation de l’onde sonore est déviée.
Pour une onde, un obstacle consiste en un milieu dans lequel les propriétés physiques de propagation sont différentes.
Pour une onde, un obstacle consiste en un milieu dans lequel les propriétés physiques de propagation sont différentes.
L'écho et la réverbération :
Suivant la durée entre l’émission du son et son retour, on observe deux phénomène différents :
Lorsque cette durée est supérieure à 1⁄10 de seconde, l’oreille distingue deux sons distincts. Ce phénomène est appelé écho.
Lorsque cette durée est inférieure à 1⁄10 de seconde, l’oreille humaine ne perçoit pas le décalage temporel et « mélange » les deux sons. On parle alors de réverbération.
Lorsque cette durée est supérieure à 1⁄10 de seconde, l’oreille distingue deux sons distincts. Ce phénomène est appelé écho.
Lorsque cette durée est inférieure à 1⁄10 de seconde, l’oreille humaine ne perçoit pas le décalage temporel et « mélange » les deux sons. On parle alors de réverbération.
Un homme émet un son dans une pièce. Il entend ce son immédiatement puis celui ci se réfléchit sur les parois de la pièce en respectant l’égalité des angles d’incidence et de réflexion. Après réflexion, l’onde va être de nouveau perçue par l’émetteur avec un décalage.
Cette durée est déterminée par la distance parcourue par l’onde entre son émission sa réception après les multiples réflexions.
Elle est donnée par la formule suivante : T = D/V
Les phénomènes d’écho et de réverbération correspondent tous deux à la répétition d’un son qui se réfléchit après avoir percuté un obstacle :
Les phénomènes d’écho et de réverbération correspondent tous deux à la répétition d’un son qui se réfléchit après avoir percuté un obstacle :
Par exemple, si par réflexions successives l’onde revient à son point de départ, se produit le phénomène bien connu de l’écho. Dans une salle nue aux parois lisses, les réflexions multiples peuvent créer non seulement un écho bien trop important, mais également une persistance exagérée et désagréable des sons, phénomène appelé réverbération.
La réflexion :
Une onde sonore rencontrant une surface lisse et non déformante rebondit comme une boule de billard. L’onde incidente est réfléchie et donne lieu à une nouvelle onde, onde réfléchie, semblable mais de direction différente.
Un arrière de scène de forme parabolique permet l’augmentation de l’énergie rayonnée dans la direction désirée.
Par exemple, si par réflexions successives l’onde revient à son point de départ, se produit le phénomène bien connu de l’écho. Dans une salle nue aux parois lisses, les réflexions multiples peuvent créer non seulement un écho bien trop important, mais également une persistance exagérée et désagréable des sons, phénomène appelé réverbération.
La réflexion :
Une onde sonore rencontrant une surface lisse et non déformante rebondit comme une boule de billard. L’onde incidente est réfléchie et donne lieu à une nouvelle onde, onde réfléchie, semblable mais de direction différente.
Un arrière de scène de forme parabolique permet l’augmentation de l’énergie rayonnée dans la direction désirée.
Un sonar est un dispositif permettant la localisation des fonds marins par réflexions des ondes sonores envoyées depuis la surface. Ces deux exemples utilisent les phénomènes de réflexion.
La diffraction :
Lorsqu’une onde sonore arrive à proximité d’un obstacle, elle va le contourner. L’arrête de l’obstacle devient le centre de la nouvelle onde secondaire, appelée onde diffractée. La fente présente sous une porte ou l’ouverture, même minime, d’une fenêtre deviennent une nouvelle source sonore.
La réfraction :
Si le front d’une onde sonore passe d’un milieu ayant une célérité d'un milieu et une célérité d'un autre milieu, sa direction va en être modifiée. L’onde est déviée et produit une onde réfractée ainsi qu’une onde réfléchie.
Les ondes secondaires possèdent bien sûr moins d’énergie que l’onde incidente, la différence étant dissipée en chaleur par le matériau.
L’absorption :
Pour supprimer une onde acoustique, il faut transformer son énergie rayonnante en une énergie non perceptible auditivement, par exemple en chaleur.