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Comment fonctionnent les ultrasons ?

  1. invite87654345678
    Invité

    Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonjour

    Je suis totalement novice en matière de physique des sons, et je recherche des explications (pas trop ardues), et/ou des sites compréhensibles sur les ultrasons.
    Comment ça fonctionne, si certaines fréquences peuvent être dangereuses, etc...

    Merci par avance pour votre aide
    Cordialement

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  2. Karibou Blanc

    Date d'inscription
    février 2004
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Les ultrasons sont (comme tous les sons) des ondes de compression d'un matériaux (comme l'air mais aussi l'eau, le bois ou encore l'acier, etc...). Il se dilate, se comprime, se dilate... à une certaine fréquence et notre oreille y est sensible pourvu que cette fréquence ne soit pas trop faible ou trop élevée. Les ultrasons sont des sons dont la fréquence est très importante, l'oreille est sourde aux ultrasons, mais certains matériaux comme le quartz permettent de transformer l'onde sonore en signal de tension mesurable avec un simple oscilloscope (c'est l'effet piezoélectrique).

    En outre, ils ont l'avantage d'avoir une très courte longueur d'onde qui permet d'obtenir une bonne résolution dans les techniques d'imagerie qui les utilisent : ecchographie, sonar...

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  3. invite87654345678
    Invité

    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonjour

    Merci pour tes explications. Par contre saurais-tu me dire si les ultrasons peuvent être désagréables, dangereux, voire mortels, lorsqu'ils sont émis à une certaines fréquence ?

    Cordialement
     

  4. Karibou Blanc

    Date d'inscription
    février 2004
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    A ma connaissance non pas de danger. Peut etre des degats sont causés pour des fréquences vraiment tres tres courtes ou des expositions répétées et/ou prolongées. Mais à part ca rien de méchant. On en envoie même sur des foetus lors de l'ecchographie.

    Par contre les chiens ont une oreille sensible à certaines frequences d'ultrason et ils trouvent ca tres déségrable. C'est comme si nous nous entendions un son tres aigu en continu, au bout d'un moment ca agace, voire fait mal.

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  5. invite87654345678
    Invité

    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    J'ai entendu dire que des sons à haute fréquence pouvait briser du verre (ex illustré, la Castafiore). Or donc, si le fait est authentique, les ultrasons peuvent provoquer des dommages.
    Si les dégâts peuvent être matériels, ils pourraient également être physiques.
    J'ai découvert une étude canadienne qui met en garde contre l'utilisation des ultrasons dans certains domaines professionnels (il faut que je retrouve le site...)
    Ou alors fais-je la confusion avec les infrasons ?
     


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  6. Baygon_Jaune

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Pour ce qui est du cassage de verre, il s'agit d'un phénomène d'excitation résonnante. La matière vivante est molle et donc nettement moins sensible à ce genre de chose (parce dissipative). Cela dit, avec quelque chose de concentré on peut arriver à un effet - on peut casser les calculs rénaux par ultrasons, par exemple. Tout est une question de puissance et de volume ... Avec des infra-sons, on peut aussi détruire un pont, par exemple (surtout s'il est de vieille conception). Voir l'exemple du pont de Tacoma, soumis à une excitation basse fréquence « malencontreuse ».
    « L'ennemi est bête : il croit que c'est nous l'ennemi alors que c'est lui ! » Desproges
     

  7. uvdr

    Date d'inscription
    octobre 2004
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    89

    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    salut Kaolin,

    je crois qu'il vaut mieux parler de la fréquence qui peut briser un verre particulier:
    la longueur d'onde à laquelle un objet est le plus sensible (cad, l'objet va absorber le plus d'énergie acoustique pour une certaine fréquence) est donnée pour la grande dimension de cet objet.
    donc un verre de table dont la grande dimension est 10cm sera particuliairement sensible à un son de longueur d'onde de 10cm donc à une fréquence de 3400Hz (la loi liant la longueur d'onde "L" à la fréquence "H" d'un son est H=V/L où "V" est la vitesse du son dans l'air, en conditions standard V=340m/s) il faudra donc en théorie pour briser ce verre ENTRENIR sa vibration durant suffisamment longtemps (ça je ne sais pas comment ça marche, mes cours de RDM sont trop loins derrière moi).
    un autre exemple est celui trés connu du pont qui c'est disloqué sous le pas cadencé d'un régiment (napoléonien?): si tous les soldats du régiment font 2 pas à la seconde (2Hz) ils font donc vibrer ce pont à cette fréquence et si le pont fait environ 120m la fréquence propre du pont est celle du pas cadencé, donc...(doublon avec Baygon-jaune, je rédige plus lentement que toi!)
    un autre exemple (rhaaaaa j'suis en forme c't'aprem) on ressent tous les "basses" de la musique dans notre corps. je suis plutôt grand, la grande dimension de mon tronc doit être d'environ 0.5m donc je vais particuliairement ressentir les bas médiums (autour de 640Hz).
    voila, voila, tout ça pour dire que ce n'est particuliairement le fait des ultras-sons:
    - les fréquences des sons audibles feront vibrer les objets de grandes dimensions,
    - les fréquences des ultras-sons feront vibrer les objets de petites dimensions,
    - les infras-sons feront vibrer les objets de trés grandes dimensions
    -...

    petite anecdocte, j'ai entendu du dire que selon ce principe le ronronnement du chat est une sorte d'automassage interne qu'il s'applique.

    cordialement.
     

  8. invite87654345678
    Invité

    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Salut

    Merci à tous. Je commence à saisir le topo. Entre temps j'ai retrouvé le site canadien qui fait référence à la dangerosité des ultrasons dans le domaine industriel, dans certaines conditions.
    J'annexe le lien :
    http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs...h-sante_f.html

    J'ai découvert aussi que les Américains avaient mis au point des outils de découpage ultrasonique pour la construction de leur B2 Spirit tout en matériaux composite de haute résistance.

    Ma question n'est pas désintéressée. En effet, je cherche à savoir si les ultrasons peuvent servir d'armes pour détruire... des insectes par exemple...
     

  9. Ludwig

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Citation Envoyé par kaolin
    Salut

    Ma question n'est pas désintéressée. En effet, je cherche à savoir si les ultrasons peuvent servir d'armes pour détruire... des insectes par exemple...

    Les applications industrielles sont nombreuses. Nettoyage par ultrasons, soudure des plastics, perçage etc...

    Elles sont essentiellement basées sur deux propriétés, l'une étant l'échauffement par contact direct avec le transducteur, l'autre la cavitation se passant quand un transducteur est imergé dans un liquide par exemple.

    Dans les deux cas, il s'agit d'apllications de puissance,
    100 w à quelques kw selon le type d'installation.

    Un autre domaine est la mesure non destructive, dans ce cas les puissances vont des qq mW à qq w.

    Si tu fabriques des ultras sons avec des tiges de ferrites,
    (Magnéto-striction) et que par malheur ta tige n'est pas chargée, elle se brise instantanément.

    Les ultras-sons de forte puissance peuvent avoir des effets destructifs sur les matériaux (comme n'importe quel type d'énergie) si la mise en oeuvre est bancale.

    Cordialement

    Ludwig
    Le temps détruit tout ce qui est fait sans lui (Proverbe Chinois)
     

  10. francoisss

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    petite question
    la vitese dans l air des ultrasons est constante? si oui un émetteur couplé à un recepteur permet il de calculer une distance dans l'air?
     

  11. triall

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonsoir, normalement la vitesse d'un son dépend juste du milieu et non de sa fréquence , ainsi on doit pouvoir calculer assez facilement une distance . On le fait pour la foudre, on compte les secondes entre l'éclair et le claquement ou grondement et on multiplie par 330 (330m/s célérité du son ) .
    Je sais que cette vitesse dépend aussi de la pression de l'air ...
    A noter le son anti-jeune , un son aigu , agaçant que les personnes plus âgées n'entendent pas .Il parait que certain jeunes ont mis ce son en sonnerie , ainsi leur prof n'entend pas quand le tel sonne !
    J'ai vu un article où un habitant, agacé par la présence de jeunes en contrebas, leur mettait de la musique classique pour les faire fuir, mais là c'est autre chose !
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  12. Gilgamesh

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Dans l'air la pression dépend essentiellement de la (racine carrée de la) température.

    Donc oui, en prenant de préférence en compte ce facteur, on peut utiliser ce genre de signal pour calculer des distances.
    Parcours Etranges
     

  13. francoisss

    Date d'inscription
    mai 2014
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    et comment se déplace t elle dans l'air à partir d un emeteur? je pensais que c'etait une onde sphérique mais on m'a contredit en me disant que son emission était principalement linéaire.
     

  14. phuphus

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonsoir,
    Citation Envoyé par triall Voir le message
    Je sais que cette vitesse dépend aussi de la pression de l'air ...
    La vitesse des ondes acoustiques dans l'air ne dépend que de la température.

    Citation Envoyé par Gilgamesh
    Dans l'air la pression dépend essentiellement de la (racine carrée de la) température.
    Je suppose que tu as voulu écrire "la vitesse dépend..."

    Citation Envoyé par francoisss
    et comment se déplace t elle dans l'air à partir d un emeteur? je pensais que c'etait une onde sphérique mais on m'a contredit en me disant que son emission était principalement linéaire.
    La directivité dépend de la taille de la source comparée à la longueur d'onde. Les ultrasons ont des longueurs d'onde très courtes, donc lorsqu'il sont émis par une source dont la taille est de l'ordre de quelques cm, alors ils sont directifs ; mais si la taille de la surface émissive est plus petite que la longueur d'onde alors il y a propagation sphérique. C'est aussi valable pour les ondes acoustiques audibles (sachant que l'on peut avoir une certaine directivité avec d'autres astuces, même pour les fréquences de quelques dizaines de Hz : voir les caissons de basse cardioïdes).
     

  15. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    les ultrasons peuvent-ils être dangereux, voire mortels, lorsqu'ils sont émis à une certaines fréquence ?
    Non ça ne dépend pas spécialement de la fréquence. En fait à partir d'une certaine intensité on peut devenir sourd mais si la fréquence est audible (entre 10Hz et 20kHz). Si la fréquence est inaudible même si l'intensité est force ça ne rendra pas sourd.

    Par contre il me semble qu'une bombe ça fait entre autre une onde de pression (donc du son) dangereuse/mortelle.

    et comment se déplace t elle dans l'air à partir d un emeteur? je pensais que c'etait une onde sphérique mais on m'a contredit en me disant que son emission était principalement linéaire.
    Les sons peuvent se propager en onde sphérique ou en onde plane (voir l'équation des ondes). Ça dépend donc de la source. Par contre dans les basses c'est très difficile de faire une onde plane, les haut-parleurs font plutôt des ondes sphériques, et je crois que c'est à peu près le contraire pour les hautes fréquences. Et puis quand on rajoute le terme de perte dans l'équation des ondes, ça fait se transformer progressivement les ondes planes en ondes sphériques, sauf si la source (et donc l'onde plane également) est de largeur infinie.
    Dernière modification par acx01b ; 29/06/2014 à 21h37.
     

  16. triall

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Le front d'onde qui représente le premier son émis est sphérique, évidemment , mais le son est une onde longitudinale .
    Le son se propage dans toutes les directions de l'espace sous forme de cercle ayant pour centre l'origine du son, mais ces cercles se déforment , vibrent, dans le sens du déplacement.
    Il y a 2 sortes d'ondes : longitudinales ou transversales , un bon exemple d'onde longitudinale est représentée par un ressort que l'on pince , la déformation se fait dans le sens de l'avancement du son , avant-arrière parallèle au déplacement .
    Les vagues sont des ondes transversales, la déformation est du haut vers le bas , perpendiculaire à la progression de la vague .
    Dernière modification par triall ; 29/06/2014 à 21h52.
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  17. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Citation Envoyé par triall Voir le message
    Le front d'onde qui représente le premier son émis est sphérique, évidemment , mais le son est une onde longitudinale .
    Le son se propage dans toutes les directions de l'espace sous forme de cercle ayant pour centre l'origine du son, mais ces cercles se déforment , vibrent, dans le sens du déplacement.
    Il y a 2 sortes d'ondes : longitudinales ou transversales , un bon exemple d'onde longitudinale est représentée par un ressort que l'on pince , la déformation se fait dans le sens de l'avancement du son , avant-arrière parallèle au déplacement .
    Les vagues sont des ondes transversales, la déformation est du haut vers le bas , perpendiculaire à la progression de la vague .
    Je ne comprends pas trop ce que tu veux expliquer, tu peux être plus clair ? (ça m'intéresse)




    Moi je le vois comme ça :

    L'équation des ondes dans l'air
    a comme solutions évidentes les ondes planes, par exemple pour une propagation dans l'axe des x :

    c'est une "forme" dans le plan (y,z), et f c'est l'onde telle que la forme h se déplace / se propage le long de l'axe des x

    mais il y a également comme solutions les ondes sphériques beaucoup moins évidentes mathématiquement, mais vu que l'équation des ondes est parfaitement symétrique c'est tout à fait logique qu'il y ait ce type de solution


    bien sûr la théorie de Fourier nous dit que les ondes sphériques peuvent s'écrire comme des "combinaisons linéaires" d'ondes planes
    Dernière modification par acx01b ; 29/06/2014 à 22h34.
     

  18. triall

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    @acx01b
    Je parle du front d'onde du son dans l'air . Comme le son se propage dans toutes les directions, le front d'onde est une sphère qui a pour centre l'origine du son .. Tous les points d'un front d'onde ont le même temps de parcours , c'est bien une sphère non ?
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  19. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    non je ne comprends pas.

    et une onde plane alors ?

    avec mon
    et
    c'est une solution de l'équation de d'Alembert
    et le front d'onde c'est bien donc pas du tout une sphère ?

    en faisant une combinaison linéaire on arrive à

    où là on a clairement le front d'onde
    Dernière modification par acx01b ; 29/06/2014 à 22h50.
     

  20. triall

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Je ne comprends pas non plus, sans parler mathématique, il est évident que près de la source sonore les fronts d'onde sont des sphères, plus on s'éloigne , plus ces sphères peuvent être assimilés à des plans , exactement comme les ondes lumineuses..Mais bon si les maths le disent , alors ..C'est bien vieux pour moi pour relever la mathématique du son !
    Vous ne m'enlèverez pas de l'idée que les fronts d'onde sonore dans l'air sont des sphères !
    Sur un ressort étiré dans la longueur ; je veux bien que ce soit plan !
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  21. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    non tu te trompes,
    ça dépend de la source,
    ça peut être une onde plane ou une onde sphérique

    comme onde plane, imagine un cube avec juste les coins et les arrêtes un peu arrondis, et dont le centre est haute pression, et plus on s'écarte du centre de ce pseudo cube plus on revient à la pression atmosphérique

    donc à t = 0 ce cube de haute pression est à un certain endroit, et il se propage (il se déplace) à vitesse constante tout droit dans la direction de l'axe des x

    c'est clairement une onde plane, le front d'onde n'est pas une sphère

    après quel haut-parleur est capable de générer ce genre d'onde de pression (de son) je ne sais pas trop.

    et comme je disais plus haut, si on introduit le terme de perte dans l'équation des ondes, on n'a plus d'ondes parfaitement planes (mais on a toujours les ondes parfaitement sphériques). a priori à grosse intensité le terme de perte doit être négligeable, ce n'est qu'à faible intensité qu'il devient important ? donc si on émet une onde d'intensité forte elle peut-être approximativement plane même avec les termes de perte.
    Dernière modification par acx01b ; 29/06/2014 à 23h29.
     

  22. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    pour ne pas te perdre :

    la somme de plein d'ondes sphériques (celles de l'équation des ondes) peut donner une onde plane

    l'équation des ondes est linéaire donc on a le principe de superposition

    si tu découpes ta situation initiale (pression de chaque point de l'espace à t = 0) en éléments infinitésimaux de volumes,
    tu peux considérer la propagation de l'onde de chaque petit volume séparément, et faire la somme à la fin

    alors oui effectivement chaque petit volume se propage en onde sphérique (c'est évident que si tu mets une haute pression en un point de l'espace, ça va se propager en onde sphérique), mais la somme pourra très bien être une onde plane.

    réciproquement, la somme de plein d'onde planes peut donner une onde sphérique

    (*) quand je dis somme de "plein" d'ondes c'est une intégrale bien sûr
    Dernière modification par acx01b ; 29/06/2014 à 23h43.
     

  23. triall

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonsoir, je n'ai pas bien compris l'exemple du cube .
    Il est fermé ; on le déplace dans l'air suivant l'axe des x , alors cela ressemble à un front d'onde plan : oui sans doute!! Mais c'est un cas très très particulier .Le son, dans l'air , quelque soit la source se déplace dans toutes les directions à la fois , non ?
    Vous devez penser au son qui sort d'un haut parleur , comme le haut parleur ne fait qu'avancer ou reculer, vous pensez que les front d'onde sont plans , mais pas du tout , moi j'en suis certain . Il faudrait que le son qui part en hauteur aille plus vite que le son qui file bien perpendiculairement au haut parleur ! Le son, même d'un haut parleur se propage dans tout l'espace, en haut, en bas , derrière, devant ...
    J'ai l'impression que l'on ne parle pas de la même chose...
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  24. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    lis mon dernier message !
     

  25. acx01b

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    c'est bon je t'ai convaincu ou toujours pas ?

    donc non toutes les ondes sonores ne se propagent pas en sphérique ! ça dépend des conditions initiales.

    mon cube ce n'est pas une boite, on est à l'air libre on a juste à t=0 une haute pression dans un truc qui a la forme d'un cube

    l'ennui c'est tu ne veux pas regarder les équations

    mon onde c'est

    mon cube c'est

    et ce cube peut se propager de différentes manières : onde plane dans différentes directions, onde sphérique, mélange de tout ça. Donc la connaissance de f en t=0 ne suffit pas.

    sauf que si on connait en plus en t=0, alors ça détermine complètement la suite de la propagation.

    notamment si la source de pression (le truc qui a généré une pression en forme de cube) se décale légèrement dans la direction (1,0,0) donc l'axe des x, alors ça va donner une onde plane direction (1,0,0)

    par contre si la source en t=0 ne bouge pas, on aura une propagation type sphérique

    (je précise que là on a vraiment une source de pression juste en t=0 et t=0+epsilon, après on laisse l'onde se propager toute seule il n'y a plus de source d'énergie)

    mais tu sais les ondes lumineuses c'est pareil : parfois c'est un "rayon" de lumière, parfois une source qui génère des ondes sphériques !
    Dernière modification par acx01b ; 30/06/2014 à 00h42.
     

  26. francoisss

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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Petite question au niveau des perturbations.

    Je désirerais calculer une distance(d'environ 20cm- 1m) grace à un système basé sur un emeteur, un recepteur et un chronometre (l'onde parcourt seulement un seul allé). j'aimerai savoir si des perturbations dans l'air, comme quelqu'un qui crie ou autres (je cherches tous les problemes plosibles) peut perturber le temps de trajet et donc affecter le calcul de la distance (sachant que je recherche un minimum de précision. (au cm, 1/2cm) )
     

  27. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Citation Envoyé par francoisss Voir le message
    Petite question au niveau des perturbations.

    Je désirerais calculer une distance(d'environ 20cm- 1m) grace à un système basé sur un emeteur, un recepteur et un chronometre (l'onde parcourt seulement un seul allé). j'aimerai savoir si des perturbations dans l'air, comme quelqu'un qui crie ou autres (je cherches tous les problemes plosibles) peut perturber le temps de trajet et donc affecter le calcul de la distance (sachant que je recherche un minimum de précision. (au cm, 1/2cm) )
    Bonjour.
    La perturbation principale est la température, car la vitesse dans un gaz est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue.
    Au revoir.
     

  28. phuphus

    Date d'inscription
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par acx01b Voir le message
    après quel haut-parleur est capable de générer ce genre d'onde de pression (de son) je ne sais pas trop.
    Un HP avec membrane plate se déplaçant en bloc, et dont les dimensions sont grandes devant la longueur d'onde. On doit aussi se situer en dehors des fréquences d'annulation (filtre en peigne entre le centre et la périphérie de la membrane dans l'axe).
     

  29. triall

    Date d'inscription
    juin 2006
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonjour, acx, merci de vous "décarcasser" ainsi pour décrasser mon ignorance, mais, non, je ne suis pas convaincu, on parle de sons dans l'air, comme un miaulement, un cri, une scie , une ambulance , un marteau... et non un son transmis dans un tube, un tunnel,...et je ne vois pas , mais alors pas du tout de front d'onde plans dans ces sons !!!
    Vos équations ne me parlent pas du tout .... désolé .
    Bonne journée .
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  30. phuphus

    Date d'inscription
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    Re : Comment fonctionnent les ultrasons ?

    Bonsoir triall,

    tu peux regarder ici, page 23.
    http://mbaert.free.fr/Lexique%20d'acoustique.pdf
    Si tu prends un plan sur la figure de droite, tu vois que l'on a pratiquement une figure d'onde plane.

    On génère aussi facilement des ondes planes en WFS :
    http://www.euphonia.fr/WFS-sonic-3.html

    Ca se conçoit assez bien en ayant en tête une "propagation de Huygens" : tu organises de multiples sources rayonnant de manière sphérique de manière à ce que l'addition de toutes forme une onde plane (voir message #22 de acx01b).
     


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