énergie des ondes

[invite11f2a3ff]

Ensuite, quelle que soit la fréquence, une même pression sonore et une même vitesse particulaire vont donner la même intensité, donc la même puissance, donc la même énergie. Et comme la relation entre pression et vitesse particulaire (l'impédance du milieu de propagation) ne dépend pas de la fréquence : l'énergie d'une onde sonore n'est donc fonction que de son amplitude !!!

Ouf merci phuphus, c'est exactement la réponse claire précise et concise à ma question. Merci mille fois et bonne continuation sur ce forum !

@+
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[curieuxdenature]

Ensuite, quelle que soit la fréquence, une même pression sonore et une même vitesse particulaire vont donner la même intensité, donc la même puissance, donc la même énergie. Et comme la relation entre pression et vitesse particulaire (l'impédance du milieu de propagation) ne dépend pas de la fréquence : l'énergie d'une onde sonore n'est donc fonction que de son amplitude !!!

Ouf merci phuphus, c'est exactement la réponse claire précise et concise à ma question. Merci mille fois et bonne continuation sur ce forum !

@+

Bonjour, je ne suis pas d'accord avec cette affirmation.

Si on dit quelle que soit la fréquence, on ne peut pas ajouter: une même pression sonore.

La pression mécanique d'un phénomène acoustique peut être comparée à des coups de marteau de mêmes amplitudes.
Si je donne 100 coups à la minute(1,666 Hz) d'amplitude X, j'accomplis plus de travail que si j'en donne 10(0,1666 Hz).

Dans un appareil nettoyeur à ultra-sons, si j'utilise 10 kHz au lieu de 100 kHz il me faudra 10 fois plus de temps, j'envoie bien 10 fois moins d'energie chaque seconde, pour nettoyer les bijoux posés dans la cuve. Sinon, pourquoi utiliser des ultra-sons ? En berçant la cuve à 1 Hz ça irait aussi bien.

La puissance diffusée par un haut-parleur, un sonar ou un quartz piezo est fonction de sa fréquence ET de son amplitude.

Ou est l'erreur dans mon raisonnement ?

[phuphus]

Tes coups sont 10 fois plus fréquents, mais durent 10 fois moins longtemps, donc ont chacun 10 fois moins d'énergie... Un signal sinusoïdal a une énergie uniquement fonction de son amplitude, pas de sa fréquence. Pour voir cela théoriquement, tu peux toujours faire le calcul via la valeur RMS d'un signal sinusoïdal, tu trouveras toujours RMS = crête / racine(2), quelle que soit la fréquence de ta sinusoïde.

Quant à l'utilisation des ultrasons, c'est via leur fréquence qu'ils ont des propriétés particulières, et non via leur énergie (même si, bien entendu, il faudra aussi doser leur énergie correctement...).

[invite11f2a3ff]

Ou est l'erreur dans mon raisonnement ?

C'est un truc que tu sais et que tu expliques, ou c'est seulement un "raisonnement" que tu t'es fait tout seul pour arriver à ce résultat que seul toi cautionne ? (ce n'est pas apprendre comme une attaque, c'est juste pour savoir)

Personnellement je trouve l'explication de phuphus plus logique. Bon c'est seulement intuitif parce que je n'ai pas compris l'explication théorique mais bon voilà.

@+

[curieuxdenature]

Bonjour Latouffe et tous,

en fait ce sont les deux...
Je ne sais pas si tu as eu la réponse selon le sens que j'ai compris à ta question:

Je sais que l'énergie d'une onde électro-magéntique est liée à sa fréquence. Mais pour des ondes mécaniques, (ondes sonores par exemple), qu'en est-il exactement ?

mais moi je raisonne en terme de physique:

imaginons un piston coulissant (du genre qui équipe un train à vapeur) dont l'amplitude de déplacement soit de 1 mètre.
Au bout du piston, je fixe une plaque indéformable, d'une surface de 1 m².
Le piston coulisse 100 fois par seconde, je mesure la pression sonore grâce à un appareil placé dans l'axe du déplacement.
Même mesure à 1000 battements,
idem pour 10 000 battements ou Hertz.

La pression sera-t-elle identique dans les 3 cas ?
Quelle conclusion en tire -t-on ?
Je suis tombé sur ça:
http://132.203.76.195/gb/17323/05_Cours16_Ph_1.html
ce qui me fais penser que la fréquence, et c'est intuitif pour ma logique, entre bien en ligne de compte pour l'energie transportée par une onde sonore. En plus de son amplitude qui reste constant dans l'exemple que je prend. L'argument du déplacement de plus en plus petit quand F augmente me semble une confusion entre Amplitude et Fréquence.

Il ne fait aucun doute qu'un moteur à vapeur fournit plus d'energie s'il fait plus d'aller et retours... de même amplitude.
La puissance sonore issue de la plaque croit donc avec son nombre de va et vient, donc avec sa fréquence en Hertz.
Phuphus ne m'a pas convaincu.
Cherchez l'erreur...

[Chip]

Un signal sinusoïdal a une énergie uniquement fonction de son amplitude, pas de sa fréquence. Pour voir cela théoriquement, tu peux toujours faire le calcul via la valeur RMS d'un signal sinusoïdal, tu trouveras toujours RMS = crête / racine(2), quelle que soit la fréquence de ta sinusoïde.

La puissance transportée par une onde sonore varie avec le carré de l'amplitude et avec le carré de la fréquence (c'est valable aussi pour une onde transversale se propageant dans un fil élastique, notamment). Voir par exemple http://www.answers.com/topic/sound-pressure , http://artic.ac-besancon.fr/Sciences..._des_ondes.pdf . On peut comprendre ça assez intuitivement, par exemple en considérant une membrane de haut-parleur vibrant sinusoïdalement avec une amplitude constante (simple hypothèse). Lorsqu'elle vibre à très basse fréquence elle n'engendre quasiment pas de surpression, elle ne communique donc quasiment aucune puissance à l'air. C'est le contraire à haute fréquence.

[phuphus]

Bon, les enfants, je vais finir par sévir... Je sais bien que la science est compliquée et que connaître la théorie, c'est bien gentil, mais il faut avant tout avoir manipulé pour pouvoir appliquer correctement cette théorie à un domaine donné, mais là on nage en pleine science fiction... On se croirait sur un forum d'astrologie. Bon, allez, j'arrête parce qu'après tout je peux très bien me planter totalement


@ curieuxdenature : ton lien pointe vers une page parlant des phonons, avec des modes propres de vibration de cristaux ; ce ne sont donc pas des ondes sonores. Je rappelle que la mécanique vibratoire n'est pas de l'acoustique, et que dans ces 2 domaines il convient de ne pas mélanger ondes stationnaires et ondes progressives.

Pour le piston, quand il fait 1000 aller-retours par seconde, sa vitesse de déplacement est 10 fois plus élevée que lorsqu'il fait 100 aller-retours sur une même distance (vitesse instantanée prise à la même position dans les 2 cas, et ce sur tout le débattement), donc la pression produite est 10 fois plus grande (en effet, elle est reliée à la vitesse... voir la suite pour plus de détails !).


@ Chip : dans ton premier lien, il suffit de descendre d'une ou deux pages pour tomber sur un autre lien nommé "sound energy flux". Dans cette page, il y a une formule explicite qui donne l'énergie d'une onde sonore, et on voit clairement que celle-ci n'est pas fonction de la fréquence. Quant au deuxième lien, il s'agit d'une onde stationnaire en mécanique vibratoire... Or ce qui sort d'un haut-parleur est une onde progressive acoustique.

Quant au haut-parleur, c'est la même chose que pour le piston. On parle ici d'une comparaison entre 2 ondes sonores sinusoïdales ayant même amplitude, donc même pression acoustique RMS, et donc même pression de crète puisqu'on est en sinusoïdal, mais pas la même fréquence. Imaginons que l'on veuille produire 2 telles ondes, une à basse fréquence et une à haute fréquence. Pour qu'elles aient la même amplitude, il faut que le haut parleur ait un débattement plus grand pour l'onde de basse fréquence que pour l'onde de haute fréquence. Déplacement plus lent et débattement plus grand = pareil même chose au niveau énergie (je suppose bien entendu que le rendement du HP est le même à ces 2 fréquences). Pour une explication théorique de la chose, le facteur de rayonnement d'une surface, c'est à dire la relation entre mouvement de la surface et pression acoustique engendrée, est fonction de la vitesse de cette même surface (et même plus exactement de la vitesse quadratique moyenne ; mais on va simplifier les choses). Le déplacement étant l'intégrale de la vitesse, pour passer de l'un à l'autre dans le domaine fréquentiel il faut diviser par la pulsation. Donc pression sonore identique pour 2 ondes de fréquences différentes = vitesse identique au niveau de la surface = débattement plus grand pour les basses fréquences (on divise la vitesse par la pulsation pour passer au déplacement, donc à basse fréquence le dénominateur est plus faible, donc le débattement plus élevé)... Sinon, il y aurait longtemps que l'on aurait des haut-parleurs de téléphone portable qui nous sortiraient des basses monstrueuses (bien entendu, il y a aussi la surface d'émission qui entre en jeu ; mais ça, c'est une autre histoire).

En fait, j'ai l'impression que ce qui manque depuis le début ici est cette fameuse relation entre vibrations et pression acoustique... Maintenant, j'espère que tout est clair ! Enfin, sauf si je me trompe...

[phuphus]

Il ne fait aucun doute qu'un moteur à vapeur fournit plus d'energie s'il fait plus d'aller et retours... de même amplitude.
La puissance sonore issue de la plaque croit donc avec son nombre de va et vient, donc avec sa fréquence en Hertz.
Phuphus ne m'a pas convaincu.
Cherchez l'erreur...

Oups ! J'avais pas lu jusqu'au bout !

Donc finalement il ne te manquait pas grand chose pour trouver la bonne réponse : en effet, la puissance sonore croit avec le nombre de va-et-vients par seconde (et je vous interdis d'en conclure quoi que ce soit quant aux relations hommes - femmes ), ainsi que la pression sonore puisqu'elle est reliée à la vitesse du piston et non au déplacement. Donc, c'est l'augmentation de pression sonore et non l'augmentation de fréquence qui accompagne l'augmentation de puissance... Mais à même pression sonore, 2 ondes de fréquences différentes ont bien la même énergie...

[Chip]

@ Chip : dans ton premier lien, il suffit de descendre d'une ou deux pages pour tomber sur un autre lien nommé "sound energy flux". Dans cette page, il y a une formule explicite qui donne l'énergie d'une onde sonore, et on voit clairement que celle-ci n'est pas fonction de la fréquence

Relis mieux...

Quant au deuxième lien, il s'agit d'une onde stationnaire en mécanique vibratoire... Or ce qui sort d'un haut-parleur est une onde progressive acoustique.

Idem, regarde d'un peu plus près et tu te rendras compte que tu fais erreur. L'étude énergétique faite dans ce document ne s'applique pas qu'aux ondes stationnaires.

[invite11f2a3ff]

Bon très franchement là je sais vraiment plus où j'en suis . Je ne comprends pas comment il est possible que quelqu'un lance une affirmation claire et précise, un principe de base qui semble tout droit sortir de la bouche d'un prof de physique, et puis poum un autre le contredit en balançant une autre affirmation du même acabit.
Je sais plus m'y retrouver maintenant. Je ne lis même plus les raisonnements de peur de m'embrouiller encore plus.

Pardonnez-moi mais y a pas un prof de physique sur ce forum, ou un modérateur pour éclaircir les choses ?

Merci quand même de vous donner autant de mal.

@+

[Chip]

Bon très franchement là je sais vraiment plus où j'en suis . Je ne comprends pas comment il est possible que quelqu'un lance une affirmation claire et précise, un principe de base qui semble tout droit sortir de la bouche d'un prof de physique, et puis poum un autre le contredit en balançant une autre affirmation du même acabit.

Il y a un malentendu dans les messages du dessus. Curieuxdenature et moi avons utilisé le terme "amplitude" pour désigner l'amplitude du déplacement particulaire de l'onde (ceci apparaît très clairement dans les exemples que nous avons pris, puisque l'amplitude en question correspond à l'amplitude de déplacement du piston, ou de la membrane du haut-parleur). Phuphus a quant à lui considéré l'amplitude de la surpression. Donc nos posts ne sont pas contradictoires, c'était juste un dialogue de sourds (ou d'astrologues, si j'ai bien compris).

Pour résumer : la puissance transportée par une onde sonore
- est proportionnelle au carré de la fréquence si l'on garde constante l'amplitude du déplacement particulaire (par exemple en gardant constante l'amplitude de l'oscillation de la membrane du haut-parleur qui produit l'onde)
- est indépendante de la fréquence si l'on garde constante l'amplitude de la surpression

J'espère que c'est plus clair!

[curieuxdenature]

Bonjour Latouffe,

en physique, il y a plusieurs façon de formuler les questions et les réponses suivent. Tu as demandé:

Bonjour,

Je sais que l'énergie d'une onde électro-magéntique est liée à sa fréquence. Mais pour des ondes mécaniques, (ondes sonores par exemple), qu'en est-il exactement ?

Tu faisais réference probablement à E=h.v, energie = constante de Planck multiplié par la fréquence du rayonnement.
Dans l'absolu, une onde sonore répond de la même façon.

L'acoustique englobe une série de sons qui s'étagent entre 50 Hz (environ) et 15000 Hz (c'est presque des ultra-sons), c'est peut-être pourquoi ses formules sont une moyenne statistique et ne s'occupent pas de la fréquence. Sauf cas particuliers.

Tu remarqueras que dans un rayon lumineux, à puissance égale, sa couleur(sa fréquence) importe peu, évidement !

Pourtant, en réalité, l'energie transportée est proportionnelle à sa fréquence, d'où e=h.v, le quantum d'energie electromagnétique...
De même, dans un transducteur à ultrasons, un son de fréquence unique est emis, et sa puissance émise au cm² augmente avec sa fréquence, exactement comme celle de l'onde electromagnétique qui le génére. Ce qui donne la théorie du phonon, le quantum d'energie sonore...

Il y a donc 2 réponses, celle du physicien et celle de l'acousticien, technicien spécialisé dans le domaine des sons.
A toi de choisir celle qui convient au contexte qui l'a formulé.

[invite11f2a3ff]

Merci curieuxdenature je pense que c'est déjà un peu plus clair maintenant, par contre je ne comprends pas bien chip ce qu'on entend par amplitude de la surpression. Quelle est la différence avec l'amplitude du déplacement particulaire ?

merci beaucoup à tous !!

@+

[Chip]

je ne comprends pas bien chip ce qu'on entend par amplitude de la surpression. Quelle est la différence avec l'amplitude du déplacement particulaire ?

Le déplacement particulaire c'est le déplacement (longitudinal, et oscillant) de l'air au passage de l'onde. La surpression c'est tout simplement la différence de pression par rapport à celle de l'air au repos (ou pression moyenne). C'est également une quantité qui oscille : à un endoit donné et un instant donné, la pression est supérieure à la pression moyenne puis, une demi-période sonore plus tard, la pression devient inférieure à la pression moyenne -- la surpression correspondante est positive, puis négative.

[phuphus]

Bon, ben content qu'on ait réussi à s'entendre.

Quant à la question d'origine, elle se faisait par rapport à notre oreille, qui est sensible à la pression acousique... C'est donc pour cela que je me suis placé, naturellement, en pression.

Les raisons qui font qu'un son aigu fait mal aux oreilles est physiologique : l'oreille est plus sensibles aux fréquences comprises entre 2 et 5 kHz qu'aux autres, et le seuil de la douleur pour ces fréquences est de 20 dB inférieur, en moyenne, aux autres fréquences audibles (gros raccourci, la courbe du seuil de douleur évolue énormément entre 20 Hz et 20 kHz, mais ça donne déjà une idée). Si je ne m'abuse, cela est directement dû à la géométrie de l'oreille interne, où la membrane basilaire va exciter plus facilement les cellules ciliées en hautes fréquences qu'en basses fréquences. Ce qui donne des sensibilités particulières, ainsi que des déficiences auditives en priorité dans ces zones.