LES AVANCEES DE L'HOMME GRACE A LA DECOUVERTE DE L'ECHOLOCATION
JAHAN Sibylle
LE TROADEC Constance
MATTIO Inès
Propagation des sons
Célérité des ondes sonores
La célérit é ou vitesse de propagation d’une onde est donnée par la relation :
avec v qui s'exprime en m/s
d la distance en mètre (m)
t le temps en seconde (s)
Le retard:
la perturbation se transmet de proche en proche, les points reproduisent donc le même mouvement, mais avec un décalage dans le temps. Ce décalage est appelé retard τ.
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La célérité d’une onde dépend du milieu de propagation.
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La célérité varie selon la pression à laquelle est soumis le milieu car celle-ci change sa masse volumique. L’air se dilate si la pression diminue, donc la masse volumique diminue aussi.
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La vitesse du son varie également selon la température. Plus elle augmente, plus la célérité augmente. En effet, plus elle augmente, plus la masse volumique diminue, c'est-à-dire plus le milieu est volumineux. Par exemple, à 0°C, sa vitesse dans l’air est de 331 m/s et à 20°C, elle est de 343m/s.
Effet Doppler
Lors de l’émission d’une onde sonore par une source en mouvement il se produit un phénomène caractéristique appelé effet Doppler.
L’effet Doppler est la modification de la fréquence d’onde lorsque la source émettrice et le récepteur sont en mouvement relatif. La modification de la fréquence d’une onde par effet doppler dépend de la vitesse de la source, il est donc possible en comparant la fréquence initiale et la fréquence fe après effet doppler de déduire cette vitesse.
Par exemple, quand on regarde la voiture (vidéo à droite) la fréquence perçue est supérieure à la fréquence du son émis par le camion puis quand il s’approche elle diminue fortement, donc le klaxon est plus aigü lorsqu’elle s’approche de nous et plus grave lorsqu’elle s’éloigne.
Même si nous ne l'entendons pas, le principe est le même pour les ultrasons.
C'est pourquoi les dauphins et les chauve-souris sont capables d’apprécier la vitesse relative de l’objet en
mesurant la modification de fréquence du signal émis.
Mais comment la chauve-souris et le dauphin font-ils pour que l'effet doppler ne modifie pas les informations reçues?
Prenons l'exemple de la chauve-souris. Si elle émet des ultrasons à l'arrêt (image du haut), la fréquence réfléchie sera la même, ce qui ne perturbe pas ses calculs.
Mais elle émet la plupart du temps en mouvement (quand elle chasse une proie par exemple: image du bas). Les fréquences augmentent quand elle se rapproche de la proie qui réfléchit des ultrasons de plus haute fréquence, ou bien elles diminuent lorsu'elle séloigne de la proie qui réfléchit des ultrasons à plus basse fréquence.. Pour compenser ce décalage de fréquence, l’animal baisse ou augmente sa fréquence d’émission pour que son cerveau puisse interpréter la fréquence réfléchie.
Cette correction permet à la chauve-souris de
déduire la vitesse relative de la proie.
Les dauphins sont également capables d’apprécier la vitesse relative de l’objet en
mesurant la modification de fréquence du signal émis.
Lorsque l'onde est émise par la chauve-souris dans l'air ou bien par le dauphin dans l'eau, elle rencontre des obstacles donc des changements de milieu. L'animal reçoit une partie de l'onde qui est réfléchie ou bien diffusée, mais d'autres phénomènes tels que la transmission et l'absorption atténuent l'intensité de l'onde.
La réfléxion
Lorsque qu'elle change de milieu, l'onde sonore peut être réfléchie, c'est-à-dire qu'elle reste dans le même milieu et subit un changement de direction.
La fréquence de l’onde n’est pas modifiée par le changement de milieu, mais la célérité change, donc la longueur d’onde change.
L’angle d’incidence i et l’angle de réflexion i’ sont égaux : i=i’
La réfraction (ou transmission)
Elle peut aussi être transmise dans l'autre milieu. Cette partie de l'onde ne sera donc pas reçue par le dauphin ou la chauve-souris.
L’impédance acoustique
Lors d’un changement de milieu, les ultrasons sont caractérisés par leur impédance acoustique, qui est la résistance qu’un milieu oppose à sa mise en mouvement lorsqu’il est traversé par une onde acoustique. Elle dépend par exemple de la vitesse de propagation de l’onde et de sa pression acoustique.
La réfraction et la réfléxion de l"onde dépendent donc de l"impédance acoustique.
La diffusion
L'onde peut aussi être diffusée, c'est-à-dire qu'elle est émise dans toutes les directions..
Les dauphins et chauve-souris s'adaptent à ce phénomène en bougeant leur tête.
Les interférences
Les interférences résultent de la superposition de deux ou de plusieurs ondes de même nature et de fréquence identique ou voisine.
En ce point les amplitudes des deux ondes s'additionnent.
Y a-t-il des interférences entre les ondes émises par les animaux et les ondes réfléchies?
En fait, il n'y en a pas, car pour éviter les interférences, les animaux modifient la fréquence des ondes qu'ils émettent ou alors ils attendent que l'onde soit revenue.
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