Écho

L’écho est le phénomène de réflexion d’une onde sonore sur un obstacle, renvoyant le son vers sa source avec un retard perceptible. Pour distinguer un écho du son original, il faut une distance minimale d’environ 17 mètres entre l’émetteur et l’obstacle.

Observer expérimentalement l’écho

Avec l’application FizziQ, il est possible de mesurer la vitesse du son en utilisant l’écho.

Étapes :

• Se placer face à un grand mur (gymnase, façade d’immeuble) à une distance connue d’au moins 30 mètres.
• Ouvrir FizziQ et sélectionner l’oscillogramme ou le sonomètre. Produire un son bref et intense (claquement de mains, sifflet).
• Analyser l’enregistrement pour mesurer le temps entre le son initial et son écho. Le son a parcouru deux fois la distance au mur.
• Calculer la vitesse du son : v = 2d/Δt. Comparer avec la valeur théorique de 343 m/s à 20 °C.

Activités scientifiques sur ce thème

Plusieurs méthodes permettent d’exploiter l’écho pour mesurer la vitesse du son.

• 1 : Vitesse du son - Mesurer la vitesse du son par chronométrage
• Vitesse du son : éprouvette
• Vitesse du son : résonance en tube
• 2 : Sept méthodes pour mesurer la vitesse du son - Article complet
• 3 : Peut-on voir le son ? - Visualiser les ondes sonores

En savoir plus

Condition de perception de l’écho

L’oreille humaine ne distingue deux sons que s’ils sont séparés d’au moins 0,1 seconde. Avec une vitesse du son de 340 m/s, cela correspond à une distance aller-retour de 34 mètres, soit 17 mètres entre la source et l’obstacle.

De la mythologie à la science

Dans la mythologie grecque, Écho était une nymphe condamnée à ne pouvoir que répéter les derniers mots des autres. Ce mythe poétique expliquait un phénomène naturel longtemps mystérieux. Au XVIIe siècle, Marin Mersenne et Pierre Gassendi ont étudié scientifiquement la réflexion du son.

Applications technologiques

Le sonar (Sound Navigation and Ranging) utilise l’écho pour détecter les obstacles sous-marins et mesurer les profondeurs. L’échographie médicale exploite le même principe avec des ultrasons pour visualiser l’intérieur du corps. Le radar fonctionne de façon similaire avec des ondes électromagnétiques.

Réverbération et écho

La réverbération est la superposition de nombreuses réflexions rapprochées qui créent une traînée sonore continue. L’écho, lui, est une réflexion distincte et séparée du son original. Dans une salle de concert, on recherche une réverbération contrôlée sans écho gênant.

Niveau scolaire et programmes

3e à Terminale - Physique-chimie

• Propagation des ondes sonores
• Vitesse du son et réflexion
• Applications : sonar, échographie
• Calculs de distances par chronométrage

Formule

Distance à un obstacle par écho :

d = v × Δt / 2

Signification :

• d : distance à l’obstacle (m)
• v : vitesse du son (≈ 343 m/s à 20 °C)
• Δt : temps entre l’émission et la réception de l’écho (s)

Condition de perception d’un écho distinct :

Δt > 0,1 s → d > 17 m

Exemples d’application

• Un randonneur crie face à une falaise et entend l’écho 2 secondes plus tard : la falaise est à 340 m

• Le sonar d’un sous-marin détecte un obstacle à 500 m en mesurant un écho après 0,67 s

• L’échographie utilise des ultrasons (2-10 MHz) pour imager les organes grâce aux échos

• Les chauves-souris utilisent l’écholocation pour se repérer et chasser dans l’obscurité

• Les salles de concert sont conçues pour éviter les échos gênants tout en préservant une bonne réverbération

FAQ

Q : Pourquoi n’entend-on pas toujours un écho ? R : Pour percevoir un écho distinct, il faut un obstacle à plus de 17 m. De plus, l’obstacle doit être suffisamment réfléchissant et le son assez puissant pour revenir audible.

Q : L’écho change-t-il la fréquence du son ? R : Non, la fréquence reste identique. Seule l’intensité diminue car l’énergie se dissipe pendant le trajet. Si l’obstacle se déplace, l’effet Doppler modifie la fréquence.

Q : Comment les chauves-souris utilisent-elles l’écho ? R : Elles émettent des ultrasons et analysent les échos pour localiser les obstacles et leurs proies. Ce processus s’appelle l’écholocation.

Q : Quelle différence entre écho et réverbération ? R : L’écho est une réflexion distincte (retard > 0,1 s). La réverbération est la superposition de multiples réflexions rapprochées qui prolongent le son sans répétition nette.

Q : Peut-on mesurer la vitesse du son avec l’écho d’un smartphone ? R : Oui, FizziQ permet d’enregistrer le son et de mesurer précisément le délai entre l’émission et l’écho. C’est une des méthodes les plus accessibles.

Concepts liés

Célérité du son - Réflexion des ondes - Réverbération - Sonar - Échographie - Écholocation - Effet Doppler