C. La propagation du son

1) Propagation de l'onde

Le son se propage dans un milieu compressible. Seule la compression se déplace dans le matériaux mais pas les molécules ; il n’y a aucun déplacement de matière, seulement un déplacement d’énergie.

La vitesse de propagation du son dépend de certaines propriétés du matériau dans lequel il se propage :

• la pression,
• la chaleur,
• la compressibilité.

Plus le milieu est élastique (moins il est rigide), plus la célérité de l’onde sera faible. Il en va de même si le milieu a une grande inertie. L’inertie d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu ou ce système oppose lorsqu’on cherche à le mettre en mouvement.

Quelques exemples de vitesses :

Le son a besoin d’un matériau support pour se propager. Dans le vide, il n’y a pas de propagation sonore possible (contrairement à la lumière par exemple). Cette hypothèse est vérifiable grâce à l’expérience de la cloche sous vide :

On prend un réveil allumé que l’on place sous une cloche à vide que l’on referme. L’air est ensuite pompé pendant 45 secondes. Une fois le vide effectué, on observe l’absence de son. Puis, au fur et à mesure que de l’air est réintroduit sous la cloche, on remarque son retour progressif.

2) Écho et réverbération

Les phénomènes d’écho et de réverbération correspondent tous deux à la répétition d’un son qui se réfléchit après avoir percuté un obstacle.

Lorsqu’on schématise cette situation (voir figure 1.11), l’angle de réflexion (ici i’) est égal à l’angle d’incidence (ici i).

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.

Ce phénomène se représente par un schéma semblable à la figure 1.12.

Ici, 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 temporel.

Comme expliqué ci dessus, si l’onde réfléchie est perçue moins de 1⁄10 de seconde après son émission, la différence ne sera pas perçue par l’oreille : c’est le phénomène de réverbération.

Si cette durée est supérieure à 1⁄10 de seconde, deux sons seront distingués par l’oreille : c’est le phénomène de l’écho.

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 :

Le principe de l’écho a différentes applications : dans les salles de concert, les réflexions sont maîtrisées pour que l’ensemble du public perçoive un son agréable.

L’écho est également très utilisé pour calculer une vitesse. La méthode est la suivante : une onde est émise. Lorsqu’elle rencontre un obstacle, son écho revient vers l’émetteur. En connaissant la vitesse de propagation de l’onde dans le milieu concerné, ainsi que on délai de retour, on peut calculer la distance de l’obstacle.

C’est cette technique qui est utilisée par les sous-marins équipés d’un radar.