Ondes sonores
I - Propriétés, propagation des ondes sonores et ultrasonores.
Une onde sonore ou ultrasonore ne peut se propager que dans un milieu matériel (de la matière). Atomes ou molécules se transmettent de proche en proche l'énergie qui se propage.
La vitesse de propagation du son dans l'air est de l'ordre de :
\[ \bbox[yellow, 4px, border:1px solid red] { v_{son}=340 \text{ } m.s^{-1} } \]La célérité du son dans la matière dépend des propriétés physiques du milieu de propagation :
- l'état physique de la matière (gaz, liquide, solide) : le son se propage d'autant plus vite que la matière est compacte ;
- la température : quand la température augmente, l'agitation moléculaire croît et le son se propage plus facilement et donc plus vite.
- la pression : plus la pression est élevée, plus les molécules sont rapprochées, permettant une propagation plus rapide du son.
II - Phénomène de réflexion.
Le phénomène de réflexion des ondes sonores est utilisé pour mesurer des distances.
Les capteurs à ultrasons mesurent de la durée entre l'émission de l'onde et la réception de l'écho ce qui leurs permet de calculer la distance entre l'émetteur et l'obstacle :
\[ { d=v_{us} \times \frac{Δt}{2} } \]Remarque. Ces capteurs sont dits Time-of-Flight sensors car ils mesurent le temps de vol de l'onde : \(Δt=ToF\)
III - Intensité et puissance acoustiques.
La perception sensorielle d'un son, l'audition, est influencée par deux grandeurs physiques :
- la hauteur d'un son permet de distinguer les sons aigus, médiums et graves. Elle est liée à la fréquence de l'onde sonore ;
- l'intensité sonore (le volume) permet de distinguer si un son est trop fort, fort ou pas assez... Elle est liée à l'amplitude de l'onde sonore.
Les sons audibles par l'oreille humaine ont une fréquence comprise entre \(20 \text{ }Hz\) et \(20 \text{ }kHz\).
Fig. 1 – spectre des ondes sonores.
L'intensité sonore (ou acoustique) est notée \(I\) et exprimée en \(W.m^{-2}\). Elle diminue lorsque le récepteur s'éloigne de la source. Elle dépend de \(P\) la puissance sonore (ou acoustique) de la source, exprimée en \(W\). Les deux grandeurs sont liées par la relation :
\[ \bbox[yellow, 4px, border:1px solid red] { I=\frac{P}{S} } \]Lorqu'une source sonore émet une puissance constante, l'intensité décroit avec l'éloignement. Ceci est dû au fait que la surface sur laquelle est répartie cette puissance est de plus en plus grande. Pour une source (isotrope) qui émet de la même manière dans toutes les directions, la surface \(S\) sur laquelle se répartie la puissance est une sphère de rayon \(R\), donc \(S=4πR^{2}\).
