Ondes Sonores: Intensité et Atténuation

• Le chapitre traite des phénomènes ondulatoires, notamment l'effet Doppler, l'intensité sonore, et l'atténuation acoustique.

Intensité Sonore et Atténuation Acoustique

• L'intensité sonore (I) est la puissance acoustique (P) par unité de surface (S), mesurée en watts par mètre carré (W/m²).
• Formule de l'intensité sonore: I = P/S, où P est en watts et S en mètres carrés.
• Dans le cas d'une source sonore émettant uniformément dans toutes les directions, l'intensité sonore à une distance R est I = P / (4πR²).
• Le seuil d'audibilité est l'intensité sonore minimale perceptible, variable selon la fréquence et l'âge.
• La perception sonore n'est pas directement proportionnelle à l'intensité.
• Le niveau d'intensité sonore (L) est défini par L = 10 log(I/I₀), où I₀ est l'intensité sonore de référence (1,0 × 10⁻¹² W/m²), et L est en décibels (dB).
• Le niveau d'intensité sonore augmente de 3 dB quand l'intensité sonore double.
• L'atténuation A d'un son, quand le niveau d'intensité sonore passe de L à L', est A = L - L' = 10 log(I/I'), où A, L, et L' sont en décibels.

Diffraction

• La diffraction est l'étalement des directions de propagation d'une onde traversant une ouverture ou rencontrant un obstacle de taille comparable ou inférieure à sa longueur d'onde.
• La fréquence, la longueur d'onde et la célérité de l'onde ne sont pas modifiées par la diffraction.
• L'angle de diffraction (θ) dépend de la longueur d'onde (λ) et de la taille (a) de l'objet diffractant.
• Formule de l'angle caractéristique de diffraction : θ = λ/a (en radians), avec λ et a en mètres.
• Si D >> a, alors tan θ ≈ θ.

Ondes Progressives

• Une onde progressive est une onde qui se propage avec une amplitude dépendant de la position et du temps.
• Une onde progressive est dite périodique si elle se répète identiquement à intervalles réguliers.
• L'amplitude (s) d'une onde progressive est décrite par une fonction mathématique incluant le temps (t) et une constante spatiale.
• Les variations de s(x,t) dans le temps et dans l'espace sont régulières pour les ondes progressives sinusoïdales, caractérisées par une double périodicité.

Interférences

• Lorsque deux ondes de même nature se rencontrent, elles se superposent géométriquement, s'additionnant ou s'annulant par endroits.
• Les ondes doivent être synchrones (même fréquence) et cohérentes (déphasage constant) pour interférer.
• Les interférences sont constructives si les vibrations sont en phase, renforçant l'onde résultante.
• Les interférences sont destructives si les vibrations sont en opposition de phase, annulant les amplitudes.
• La différence de marche (δ) est la différence de longueur des trajets respectifs de deux ondes issues de sources cohérentes S₁ et S₂ interférant en un point M.

Interférences Lumineuses

• Les trous d'Young sont un dispositif qui permet d'observer des interférences lumineuses.
• Les ondes issues des trous d'Young ont même fréquence et un déphasage constant.
• La figure d'interférence présente des franges brillantes et sombres.
• La différence de marche est : δ = (S₂M) – (S₁M) = n × (S₂M – S₁M)
• Si D est grand et θ petit on obtient tan θ ≈ θ = δ/b, avec δ = (b*x)/D
• Si δ = k × λ, alors les interférences sont constructives.
• Si δ = (k + ½) × λ, alors les interférences sont destructives.

Interfrange

• L'interfrange (i) est la distance entre deux franges consécutives de même nature, et peut être calculé avec la formule i = (λ × D) / b.

Effet Doppler

• L'effet Doppler est le décalage de fréquence perçu lorsque la distance entre une source d'ondes et un observateur varie.
• Le décalage Doppler est Δf = fr - fe.
• Le signe de Δf dépend du mouvement relatif de l'émetteur (E) et du récepteur (R).
• Formule générale du décalage Doppler: Af = fe ((Vonde / (Vonde ± v))-1)
• Applications : doppler sanguin médical, radars routiers, et mesure de la vitesse des galaxies en astrophysique.

Ce chapitre explore l'intensité sonore, mesurée en watts par mètre carré, et son lien avec la puissance acoustique. Il aborde également le seuil d'audibilité et l'atténuation du son. La formule de l'intensité sonore et le niveau d'intensité sonore en décibels sont expliqués.