SONS Production et propagation des sons
Émission et propagation du son
Le son est une perturbation d'un milieu matériel élastique. Cette perturbation modifie la pression dans le milieu, et aussi le déplacement et la vitesse des particules du milieu. Les sons se propagent dans les milieux élastiques, qui transmettent l'état de compression ou de dilatation de proche en proche, sans qu'il y ait transport de matière à distance.
Émission
Un son prend naissance dans l'air quand les molécules qui le composent sont mises en mouvement d'une quelconque façon. Ainsi, le va-et-vient périodique d'une membrane de haut-parleur provoque la transmission dans l'air d'ébranlements successifs de compression et de dépression. Les instruments de musique donnent de bons exemples de différents types d'émission sonore. Les cordes d'un violon reçoivent de l'énergie de l'archet qui y entretient des oscillations de relaxation : ces oscillations mettent en vibration la caisse, et les vibrations de la caisse sont rayonnées dans l'atmosphère ; le piano, la harpe, les tambours, les cymbales – et les haut-parleurs – rayonnent également le son par vibration d'une surface solide. Dans le cas de la trompette, le jet d'air émis par les poumons de l'instrumentiste est périodiquement haché par les vibrations de ses lèvres – il s'agit là encore d'oscillations de relaxation, dont la fréquence dépend à la fois de la tension des lèvres de l'instrumentiste et des caractéristiques du tube de la trompette ; les instruments à anche (hautbois, clarinette) et la voix humaine émettant des sons « sonores » ou « voisés » (comme les voyelles usuelles) fonctionnent aussi par interruption quasi périodique d'un jet d'air.
Les caractéristiques plus ou moins directives du rayonnement dépendent à la fois de la source sonore et de la fréquence : généralement, une source donnée est moins directive pour les fréquences graves que pour les fréquences aiguës qu'elle émet.
Propagation et effet des obstacles
Une onde « plane » se propage dans une direction, sans affaiblissement. Une onde « sphérique » se propage dans toutes les directions : s'il n'y a pas de pertes dans le milieu de transmission, l'énergie qu'elle transmet à un récepteur décroît comme l'inverse du carré de la distance, en raison de l'augmentation de la surface.
La vitesse de propagation, ou célérité, d'un son dans un milieu élastique possède une propriété remarquable : elle ne dépend que du milieu considéré et de son état de température et de pression ; elle ne dépend pas du son qui se propage, de sa nature, de sa fréquence ou de son intensité (sauf dans le cas d'ébranlements très violents, comme les explosions). Dans l'air à la température ordinaire, la célérité du son est de l'ordre de 340 m/s.
La propagation des ondes sonores en champ libre est un cas idéal dont on peut se rapprocher dans une « chambre sourde », suffisamment spacieuse et aux parois très absorbantes. Tout objet perturbant cette propagation provoque des phénomènes de réflexion, de réfraction ou de diffraction interprétables en termes de sources secondaires de Huygens.
Comme en optique, il y a réfraction lorsque le son passe d'un milieu à un autre dans lequel la célérité est différente. En acoustique, ce phénomène ne joue pas un grand rôle : une faible proportion seulement de l'énergie du son est réfractée, la plus grande partie étant réfléchie. Mais il est aussi possible que, dans un milieu déterminé, la célérité du son varie d'un point à un autre, en raison par exemple de la présence d'un gradient de température. Alors, la propagation des ondes, au lieu de se faire en ligne droite, est courbée par réfraction, comme dans le cas des mirages optiques. C'est parce que le vent est cause d'une célérité inhomogène qu'il « porte » le[...]
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Écrit par
- Michel BRUNEAU : professeur d'acoustique à l'université du Maine, Le Mans
- André DIDIER : professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers, ancien directeur du laboratoire d'électro-acoustique du Conservatoire national des arts et métiers
- Jean-Claude RISSET : compositeur, directeur de recherche au C.N.R.S. (laboratoire de mécanique et d'acoustique, Marseille)
Classification
Médias
Lord Rayleigh
Wellcome Collection ; CC0
Aciers réfractaires
Encyclopædia Universalis France
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Encyclopædia Universalis France
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