3.3 Description de certains phénomènes acoustiques

3.3     Description de certains phénomènes acoustiques

 

3.3.1 L’effet Doppler:

 

         Ce paragraphe aborde un phénomène physique directement lié au son et observable dans la vie de tous les jours : l’effet Doppler. Cet effet porte son nom du mathématicien autrichien Christian Doppler qui l’a présenté en 1842.

Physiquement, cet effet est la variation apparente de la fréquence de l’onde acoustique émise par une source sonore en mouvement par rapport à un observateur immobile. En effet, la perception du son n’est pas la même pour l’observateur  lorsque la source sonore se déplaçant à une certaine vitesse est loin ou proche de lui.

On va prendre pour exemple une ambulance avec sa sirène allumée (source sonore/émetteur) passant devant un piéton immobile (observateur/récepteur). La sirène de l’ambulance émet un son toujours identique, conservant une même fréquence  et une même intensité.

 

 

 

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Doc 3.3.1 : Lorsque que l’ambulance s’éloigne le son perçu par le piéton devient plus grave. A l’inverse  lorsque l’ambulance se rapproche  le son perçu devient plus aigu.

 

 

Pourtant le piéton réceptionnant le son perçoit un son plus aigu lorsque l’ambulance se rapproche et plus grave lorsqu’elle s’éloigne.

En raison de son déplacement,  les ondes émises par la sirène atteignent plus vite l’observateur lorsque l’ambulance se rapproche de lui. Ainsi, en apparence la fréquence vu de l’observateur immobile semble augmenter et le son devient plus  aigu : la longueur d'onde perçue par le piéton diminue et la fréquence des ondes sonores perçues augmente. 

Le phénomène inverse se produit lorsque l’ambulance s’éloigne du récepteur, les ondes émises mettent de plus en plus de temps à atteindre le piéton. Le son perçu est alors de plus en plus grave car la longueur d’onde augmente et la fréquence diminue.

 

 

3.3.2 La réflexion et la transmission sonore :

 

On a précédemment étudié la propagation de l’onde acoustique dans l’air mais cette dernière est contrainte à rencontrer certains obstacles lorsqu’elle se propage dans le milieu aérien. En effet une onde sonore évoluant dans l’air peut rencontrer une surface quelconque tel qu’un mur en béton ou une vitre ; c’est ainsi qu’une partie de l’onde est absorbée et transmise dans le matériau alors que l’autre partie est réfléchie par la surface en question. Ces phénomènes de réflexion et de transmission sonore sont assimilés aux propriétés présentes en optique, notamment la réflexion sonore est très proche de celle d’un rayon lumineux établit par les lois de Snell-Descartes . Chacun d’entre nous a au moins une fois dans sa jeunesse expérimenté le phénomène de réflexion sonore en criant face à une falaise ou une montagne où de l’écho était alors créé. La réflexion est en fait à la base du phénomène de l’écho, en effet les ondes sonores sont réfléchies sur les parois de la falaise, c’est alors qu’elles nous reviennent jusqu’au tympan. L’oreille humaine utilise la réflexion pour capter plus facilement les sons, notre oreille est donc de forme adéquate à réaliser cette réflexion sonore.

  

 

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         Doc 3.3.2 : Réflexion – Transmission 

 

Le schéma ci-dessus (Doc 3.3.2) illustre le phénomène de réflexion mais aussi celui de transmission à travers l’interface entre deux matériaux. Sur la partie gauche du schéma  les ondes sonores sont assimilées à des rayons sonores afin de simplifier le phénomène qui est complexe. Ce schéma représente le cas général d’une onde sonore réfléchie sur la surface d’un milieu matériel. Le rayon sonore réfléchi forme le même angle avec la normale que celui du rayon incident : c’est la réflexion. Il y a tout de même une partie de l’onde qui est absorbée par le milieu et une dernière qui est transmise à travers celui-ci : c’est la transmission. Sur le schéma le rayon transmis est dans la même direction que la normale mais en réalité  le phénomène est plus complexe.