What is this ?
Experiment with FizziQ
Avec l'application FizziQ, il est possible d'étudier l'addition de deux ondes sonores et de mesurer l'augmentation du niveau sonore.
Étapes :
Ouvrir FizziQ sur un premier smartphone et sélectionner le sonomètre (niveau sonore en dB). Placer une source sonore (haut-parleur ou second smartphone émettant un son continu) à 30 cm et noter le niveau mesuré.
Ajouter une seconde source sonore identique à côté de la première, à la même distance. Mesurer le nouveau niveau sonore et calculer la différence.
Vérifier que l'augmentation est d'environ 3 dB (et non un doublement en dB). Expliquer pourquoi en utilisant la propriété logarithmique de l'échelle des décibels.
Pour observer les interférences : utiliser deux haut-parleurs émettant la même fréquence pure et déplacer le smartphone entre eux. Repérer les positions de renforcement et d'atténuation du son.
Experiment with FizziQ
De nombreuses expériences peuvent être réalisées simplement avec un smartphone pour comprendre les phénomènes d'addition des ondes sonores.
Addition de deux bruits de même intensité
Analyse du phénomène de battement acoustique :https://www.fizziq.org/team/flume
Interférence dans l'espace de deux ondes de même fréquence : https://www.fizziq.org/team/une-bulle-sans-bruit
Experiment with FizziQ
On a souvent l'habitude dire que si l'on ajoute deux sons de même intensité sonore, l'onde résultante verra l'intensité augmenter de 3 décibels. En fait, comme nous l'expliquons dans cet article, ce résultat n'est vrai que dans le cas particulier des bruits et on voit bien à travers ce simple exemple que la complexité du processus d'addition des ondes.
Ci-dessous nous détaillons certains éléments à prendre en compte quand on étudie le processus d'addition des ondes sonores :
Superposition des ondes : Selon le principe de superposition des ondes, lorsqu'on ajoute deux ondes sonores, la pression acoustique résultante à un point donné est la somme des pressions acoustiques individuelles des deux ondes à ce point.
Interférence : Lorsque deux ondes sonores se combinent, elles peuvent interagir de différentes manières. L'interférence peut être constructive, où les ondes s'ajoutent pour créer une onde résultante plus grande, ou destructive, où elles se soustraient pour créer une onde résultante plus petite.
Phase : La phase relative entre deux ondes sonores joue un rôle crucial dans l'interférence. Si les ondes sont en phase (c'est-à-dire, leurs pics et creux coïncident), elles peuvent se renforcer mutuellement. Si elles sont en opposition de phase (c'est-à-dire, leurs pics et creux se cancelent mutuellement), elles peuvent s'annuler.
Amplitude : L'amplitude des ondes sonores détermine l'intensité du son. Lorsque vous additionnez des ondes sonores, vous additionnez également leurs amplitudes, ce qui peut entraîner une augmentation du volume sonore.
Fréquence : La fréquence des ondes sonores détermine leur hauteur tonale. Si vous additionnez des ondes de fréquences différentes, vous obtiendrez une combinaison de fréquences qui peut créer des harmoniques et des timbres complexes.
L'addition des ondes est un processus très intéressant à étudier en classe car les outils tels que les smartphones permettent de réaliser rapidement des expériences qui mettent en pratique les concepts théoriques appris.
What is this ?
Pour deux ondes de même fréquence et de même amplitude, la pression résultante dépend du déphasage :
p_total = 2 × A × cos(Δφ / 2) × cos(ωt + φ_moyen)
Signification : p_total : pression acoustique résultante (Pa) A : amplitude de chaque onde (Pa) Δφ : déphasage entre les deux ondes (rad) ω : pulsation angulaire (rad/s) t : temps (s) φ_moyen : phase moyenne des deux ondes (rad)
Pour l'addition en décibels de deux sources incohérentes de même niveau : L_total = L + 10 × log₁₀(2) ≈ L + 3 dB
What is this ?
- Le casque à réduction de bruit active qui génère un son en opposition de phase pour annuler le bruit ambiant
- Les battements perçus quand deux instruments jouent des notes très légèrement désaccordées
- Les zones de silence dans une salle de concert dues aux interférences entre ondes directes et réfléchies
- Le son d'un diapason qui varie d'intensité quand on le fait tourner près de l'oreille
- Les vibrations sonores dans un tuyau d'orgue, résultat de l'addition d'ondes aller et retour
What is this ?
Q : Pourquoi deux sources de 60 dB ne font-elles pas 120 dB ?
R : Parce que les décibels utilisent une échelle logarithmique. On additionne les intensités (les puissances), pas les décibels. Deux sources identiques doublent l'intensité, ce qui correspond à un ajout de 3 dB seulement.
Q : Deux sons peuvent-ils s'annuler complètement ?
R : Oui, si deux ondes de même fréquence et de même amplitude arrivent en opposition de phase parfaite. C'est le principe utilisé par les casques à réduction de bruit active. En pratique, l'annulation n'est jamais parfaite.
Q : Qu'est-ce qu'un battement acoustique ?
R : C'est le phénomène qui se produit quand deux sons de fréquences très proches se superposent. Le son résultant fluctue en intensité à une fréquence égale à la différence des deux fréquences, créant un effet de pulsation.
Q : L'addition des ondes fonctionne-t-elle pour la lumière ?
R : Oui, le principe de superposition s'applique à toutes les ondes. Les interférences lumineuses, comme celles observées dans l'expérience des fentes de Young, sont l'exact analogue optique de l'addition des ondes sonores.
Q : Comment la réduction de bruit active fonctionne-t-elle ?
R : Un microphone capte le bruit extérieur. Un processeur calcule en temps réel le signal inverse (en opposition de phase). Un haut-parleur émet ce signal inverse, qui s'additionne au bruit et l'atténue par interférence destructive.