cavité resonante

[legyptien]

Bonjour,

J ai une question:

Prenons une ligne de transmission (je sais rien a voir avec le titre pour l instant) avec un court circuit a la fin de cette ligne. Il y aura réflexion avec des nœuds et des ventres sur la ligne. Les noeuds de tension correspondent a des ventre de courant. Ca ok. Supposons qu'on mette un court circuit aussi en entrée une fois qu'on aura "injecté" une onde a l intérieur. (C'est purement conceptuel mais on peut imaginer faire ca avec des MEMS). De plus la ligne fait lambda/2 de longueur.

On s interesse a la tension sur la ligne. Le ventre (max) de tension se trouvera au point A qui est situé au milieu de la ligne et les noeuds seront aux extremites de la ligne.

Voila le decor est posé et là j ai plein de questions:

1) Normalement comme l onde tension est réfléchie intégralement par les extrémités, je devrai avoir une tension infinie en A. Est ce que c'est dû au fait que la ligne est avec pertes ou un truc comme ca ? (La courbe en cloche de la résonance ressemblerait a une gaussienne dans le cas d'une ligne avec pertes et elle tendrait vers l infini dans le cas théorique d une ligne sans perte. Dans ce cas, une asymptote verticale a la fréquence de résonance existerait)

2) Quand on me montre une belle courbe de résonance qui correspond a une cavité (peu importe la cavité: antenne imprimée, une grotte, un boitier métallique), on me dit jamais à quel position, à quel endroit la résonance se produit. Je ne parle pas ici de la fréquence de résonance, ca je le voit sur la courbe, je parle de la position géographique du point où se situe la résonance. En l'occurrence ici le point A.

Il faut bien considérer une résonance à une fréquence donnée (dépendant des dimensions de la cavité) mais aussi à un point géographique donné ?

3) Dans une grotte quand on crie, on remarque une résonance quelque soit l'endroit où on se trouve dans la grotte. Ça va à l'encontre de ce que j'ai compris et cité plus haut.... Et ca expliquerait aussi pourquoi quand on donne une courbe de résonance d'une antenne imprimée par exemple, on ne précise pas à quel lieu et endroit ca survient... ??

Ça fait vraiment de nombreuses années qu'on me parle de résonance et que je l étudie. C'est triste de se poser encore des questions la dessus...

Merci
-----

[LPFR]

Bonjour.
Pour votre ligne avec un court-circuit de chaque côté, je vous conseille de la comparer avec une corde de guitare. C'est strictement le même type de comportement. Il peut être vu comme une onde qui se réfléchit à chaque extrémité. Comme c'est la même onde qui fait des allers et retours elle n'a aucune raison d'augmenter son amplitude et beaucoup de la diminuer dans la réalité.

Et quand une cavité ou une corde de guitare résonnent c'est tout volume de la cavité et toute la longueur de la corde qui résonnent.

Par contre, le point d'excitation de la grotte ou de la corde peuvent favoriser d'autres modes que le fondamental. Ainsi, une corde frappée près d'une extrémité sera plus riche en harmoniques. De même un tambour ne donne pas le même son si on le frappe au milieu que sur un bord.
Au revoir.

[legyptien]

La résonance n'a alors aucun rapport avec les noeuds et ventre crées par les réflexions sur les parois ? Quand ca résonne dans une cavité, ca peut pas s expliquer en considerant les reflexions sur les parois puisque ce type de resonnement amene a observer des resonance uniquement a certains endroit de la cavité ?

[LPFR]

La résonance n'a alors aucun rapport avec les noeuds et ventre crées par les réflexions sur les parois ? Quand ca résonne dans une cavité, ca peut pas s expliquer en considerant les reflexions sur les parois puisque ce type de resonnement amene a observer des resonance uniquement a certains endroit de la cavité ?

Bonjour.
Les modes de résonance impliquent des ventres et des nœuds, mais dire que dans les nœuds il n'y a pas de résonance c'est absurde. Prenez une corde de guitare et faites-la osciller en mode 2 avec un nœud au milieu. Dire que toute la corde résonne sauf le centre et les extrémités c'est absurde. Et même si vous regardez la fraction de la corde "qui ne résonne pas", elle est égale à zéro, car l'amplitude nulle n'a lieu que pour des points discrets.

Et dans une cavité, pour une onde EM, les conditions limites des champs au niveau des parois doivent être respectées, ce qui implique des zéros d'amplitude pour le champ électrique tangentiel, aux parois.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[legyptien]

Bonjour.
Les modes de résonance impliquent des ventres et des nœuds, mais dire que dans les nœuds il n'y a pas de résonance c'est absurde. Prenez une corde de guitare et faites-la osciller en mode 2 avec un nœud au milieu. Dire que toute la corde résonne sauf le centre et les extrémités c'est absurde. Et même si vous regardez la fraction de la corde "qui ne résonne pas", elle est égale à zéro, car l'amplitude nulle n'a lieu que pour des points discrets.

Et dans une cavité, pour une onde EM, les conditions limites des champs au niveau des parois doivent être respectées, ce qui implique des zéros d'amplitude pour le champ électrique tangentiel, aux parois.
Au revoir.

Ok bien compris. Restons sur l'analogie avec la corde. Dans une cavité (je pense toujours à l'antenne imprimée), si on attaque à un certain endroit pour exciter la cavité selon un certain mode. Cela revient à exciter la corde à un certain endroit ca ok. Mais avec mon générateur, une fois que j'aurai déterminer l'endroit où je viens attaquer cette cavité je peux faire varier la fréquence du générateur et observer la résonance du mode pour la bonne fréquence (en relation avec les dimensions de la cavité).

Quel est l'équivalent pour la corde ? Une fois que j'ai choisi mon point d'attaque, quel est l'équivalent de changer de fréquence du générateur ?

[legyptien]

Ah oui autre chose, pour la grotte comment ca se fait que ca résonne quelque soit la grotte. Je veux dire normalement il y a une fréquence précise qui est capable de faire résonner un certain mode (séléctionné par le point d'attaque). La voix contient une bande de fréquence et une seule d'elle permet la résonance de la cavité ? J'ai l'impression que si on choisit une grotte, dont les dimensions sont tels qu'aucune des fréquences de la voix ne peut la faire résonner, alors il y aura résonance dans la grotte quand même ?

Il y a des fautes dans le résonnement ?

[LPFR]

Bonjour.
Pour faire résonner une corde, un tambour ou une cavité vous pouvez l'exciter à presque n'importe quel endroit. Il suffit que la fréquence corresponde au mode désiré.
La seule chose qui changera suivant l'endroit d'excitation, est l'impédance de la corde ou de la cavité vue par la chose qui l'excite.
Les seuls endroits qui ne marchent pas pour l'excitation ce sont les nœuds. C'est la raison pour laquelle les marteaux des pianos frappent la corde près des extrémités: aux endroits des nœuds des harmoniques 11 ou 13, qui ne donnent pas un son agréable. Vous pouvez voir ça très bien avec une corde de guitare ou une antenne (dipôle lambda/2): vous n'arriverez pas à créer une oscillation en mode 2 si vous excitez au milieu.

Dans le cas de la grotte ou de la douche (qui est une cavité résonnant qui incite à chanter) les modes sont multiples. Et les seuls que vous ne pouvez pas exciter d'un point donné sont ceux qui ont un nœud à cet endroit. Faites l'essai dans une salle de bains ou une douche (le carrelage réfléchit très bien el son et donne un bon Q). Vous n'avez pas besoin de chanter fort. Il suffit de fredonner pour sentir (oui, on le sent) quand vous tombez sur un des modes de résonance. Comme il y a beaucoup, ils sont très proches. Les amateurs se sentent avec des voix puissantes quand ils chantent une note dans un de ces modes.

La voix peut produire des sons à toutes les fréquences dans une bande de plusieurs octaves.

Vous ne pouvez pas choisir un des multiples modes en choisissant un endroit. la seule chose que vous pouvez faire est interdire des modes (ceux qui ont un nœud à l'endroit choisi).
Au revoir.

[legyptien]

Pour faire résonner une corde, un tambour ou une cavité vous pouvez l'exciter à presque n'importe quel endroit. Il suffit que la fréquence corresponde au mode désiré.

Bonour,

Je me suis mal exprimé peut être. Supposons que j ai une guitare dans les mains, je choisis dans ma tete un mode désiré a exciter. J attaque la corde à un endroit où il n'y a pas de noeuds du mode en question. Et là je suis censé choisir la bonne fréquence correspondant au mode. Comment choisir cette fréquence. Physiquement si je fais vibrer la corde à un endroit donné (où il y a pas de noeuds), à quoi correspond la fréquence sachant que j ai du mal à voir ma main comme un générateur pouvant générer différente fréquence ?

D autre part vous dites:

Il suffit que la fréquence corresponde au mode désiré.

Et il faut aussi que je m assure de pas esciter dans un noeud du mode désiré c est bien ca ?


Après multiple relecture de votre dernier message et en pensant très fort au piano, voici ce que je comprends. Quand on excite une corde, notre main peut être vue comme disons un générateur contenant toutes les fréquences. Mais l'endroit d'attaque correspond à des noeuds de certains modes, ce qui fait que je vais exciter tout les modes sauf ceux qui ont un noeuds au lieu d'attaque. Pour le piano en tapant la corde aux extrémités, j'excite tout les modes sauf ceux qui ont pour fréquences de résonance les harmoniques 11 et 13. Est ce que c'est ca ?

PS JE serais abscent pour le reste de la journée, je ne pourrai plus répondre )

[LPFR]

Re.

à quoi correspond la fréquence sachant que j ai du mal à voir ma main comme un générateur pouvant générer différente fréquence ?

Si vous excitez la corde de façon habituelle, en la pinçant vous l'excitez avec quelque chose qui ressemble de loin à un delta de Dirac et qui contient "toutes" les fréquences. Donc vous exciterez toutes les fréquences qui n'ont pas de nœud à cet endroit.
Mais vous pouvez exciter une corde avec une sinusoïde, en jouant, sur une autre corde un harmonique de la première. Évidement, vous n'êtes pas maître de l'endroit de l'excitation. Il faudrait un dispositif mécanique fait pour cela.

Un (bon) guitariste peut exciter des modes très élevés d'une corde en la pinçant au bon endroit (pour un ventre) pendant qu'il appuie un autre doigt à un endroit pas très éloigné pour forcer un nœud à cet autre endroit.

D autre part vous dites:

Et il faut aussi que je m assure de pas esciter dans un noeud du mode désiré c est bien ca ?


Après multiple relecture de votre dernier message et en pensant très fort au piano, voici ce que je comprends. Quand on excite une corde, notre main peut être vue comme disons un générateur contenant toutes les fréquences. Mais l'endroit d'attaque correspond à des noeuds de certains modes, ce qui fait que je vais exciter tout les modes sauf ceux qui ont un noeuds au lieu d'attaque. Pour le piano en tapant la corde aux extrémités, j'excite tout les modes sauf ceux qui ont pour fréquences de résonance les harmoniques 11 et 13. Est ce que c'est ca ?

PS JE serais abscent pour le reste de la journée, je ne pourrai plus répondre )

Oui. C'est bien cela.
Dans le piano les marteaux tapent à 1/11 ou à 1/13 de la longueur de la corde. Pas tout à fait aux extrémités.
A+

[legyptien]

ok j ai compris. Supposons maintenant que je veuille, en tant que guitarsite, exciter un seul mode. Je me mets sur un ventre de ce mode mais cet endroit correspond aussi à un "ni noeud ni ventre" d un autre mode. Comment je fais pour exciter un seul mode ?

[LPFR]

Re.
Je ne vois pas comment exciter une corde de guitare sur un seul mode, autrement qu'en sifflant cette fréquence près de la guitare (un sifflement est assez sinusoïdal).
En la pinçant vous en exciterez bien d'autres et avec une autre corde aussi car la deuxième corde à aussi d'autres fréquences.
A+

[legyptien]

Bonjour.
Pour faire résonner une corde, un tambour ou une cavité vous pouvez l'exciter à presque n'importe quel endroit. Il suffit que la fréquence corresponde au mode désiré.

Ok je reviens sur cette phrase. Les seules endroits à éviter pour l'excitation sont les noeuds qui apparaissent à un même endroit quelque soit le mode. En l'occurence, pour la corde, c'est aux deux extrémités là où elle est attaché à la guitare parce qu'il n y a pas d'autres endroits sur la corde qui correspondent à des noeuds pour n'importe quel mode. c'est bien ça ?

Si j'ai bon, alors revenons à une cavité comme une antenne imprimée comme ça je pourrai exciter ma cavité avec une seule fréquence en théorie chose que je ne peux pas faire avec mes doigts sur une corde.

Je comprends que le point d'attaque "règle" le mode excité et l'impédance d'entrée vue par le générateur. supposons que je choisisse un endroit différent des 2 extrémités (nuls pour TOUS les modes) pour exciter. Il y a forcement un mode pour lequel il y a un ventre a cet endroit (vous voyer ce que je veux dire ?). Ce mode en question a une fréquence de résonance (appelons la fr1), on est d'accord. supposons maintenant que je choisisse une fréquence d'excitation fr2 qui est différente de fr1 (je suis d'accord je cherche les ennuis: pourquoi exciter à une fréquence fr2 quand je peux exciter à une fréquence fr1). qu'est ce qui va se passer en pratique ? Je vais être moins performants je suppose. C'est à dire quoi ? que le gain que j'obtiendrai dans une direction sera plus faible que celui que j'aurai obtenu si j'avais excité avec une fréquence fr1 ? Peut être une autre perte ou autre effet auquel je n'aurai pas pensé ?

Vous pouvez voir ça très bien avec une corde de guitare ou une antenne (dipôle lambda/2): vous n'arriverez pas à créer une oscillation en mode 2 si vous excitez au milieu.

Pour la corde je suis d'accord. Pour le dipole lambda/2 en mode 2, il y a un noeud de courant au milieu du dipole je crois. Mais si c est le cas alors il y a un max de tension au milieu du dipôle. Si j'alimente avec un générateur de tension au milieu c'est possible d'exciter le mode 2 non ?

Dans le cas de la grotte ou de la douche (qui est une cavité résonnant qui incite à chanter) les modes sont multiples.

Est ce que dans une antenne imprimée, les modes sont multiples ? Je vais dire pourquoi je demande ca. Un generateur de fréquence n'est jamais parfaitement stable en fréquence. Quand on lui demande une fréquence, il génère la fréquence + ou - DeltaF. Si on dit que dans une antenne imprimée, les modes sont multiples alors je serai dans l'incapacité d'exciter un seul mode. Et comme on m a dit qu'il est possible d'avoir un seul mode dans une antenne imprimée alors je suppose que dans une antenne imprimée, les modes ne sont pas multiples. C'est juste ?

Il y aurait donc des cavités dans lesquels on peut esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (grotte) et d'autres cavités où on ne peut pas esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (antenne imprimée)... ?

(Quand on me parle de mode multiple alors je pense aux fibres optiques mais n'en parlons pas pour l'instant, je veux pas m'embrouiller )

[f6bes]

Un generateur de fréquence n'est jamais parfaitement stable en fréquence. Quand on lui demande une fréquence, il génère la fréquence + ou - DeltaF.

Il y aurait donc des cavités dans lesquels on peut esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (grotte) et d'autres cavités où on ne peut pas esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (antenne imprimée)... ?

Bjr à toi,
Et pourquoi un générateur ne serait pas STABLE (encore faut il DEFINIR la "stabilité" demandait).?
Donc un générateur peut etre TRES stable, sinon certaine applications ne nous seraient pas possible (Tenir le Hertz à plusieurs dizaines de Mégahertzs).

Me semble que ton analogie avec la "grotte" ne soit pas bonne.
Dans la grotte , j'y vois plus tot de la "réverbération" qui n'est pas une résonnance.Ca joue au ping-pong entre les parois indépendamment des fréquences mises en jeu.
Ce n'est que ma façon de voir les choses.
Bonne journée

[LPFR]

Bonjour.

Je comprends que le point d'attaque "règle" le mode excité et l'impédance d'entrée vue par le générateur.

Le point d'attaque ne règle pas le mode. C'est la fréquence d'attaque qui règle le mode.

supposons que je choisisse un endroit différent des 2 extrémités (nuls pour TOUS les modes) pour exciter. Il y a forcement un mode pour lequel il y a un ventre a cet endroit (vous voyer ce que je veux dire ?). Ce mode en question a une fréquence de résonance (appelons la fr1), on est d'accord. supposons maintenant que je choisisse une fréquence d'excitation fr2 qui est différente de fr1 (je suis d'accord je cherche les ennuis: pourquoi exciter à une fréquence fr2 quand je peux exciter à une fréquence fr1). qu'est ce qui va se passer en pratique ? Je vais être moins performants je suppose. C'est à dire quoi ? que le gain que j'obtiendrai dans une direction sera plus faible que celui que j'aurai obtenu si j'avais excité avec une fréquence fr1 ? Peut être une autre perte ou autre effet auquel je n'aurai pas pensé ?

Les antennes n'ont pas un Q infini. Si c'était le cas elles ne rayonneraient pas.
La résonance d'une antenne n'est pas très pointue.
Donc, quand vous excitez une antenne avec une autre fréquence que celle de "résonance", elle rayonne encore et, en général, pas trop mal.
Ce qui change surtout est la partie imaginaire de l'impédance. Donc, l'adaptation est moins bonne et la puissance transmise à l'antenne plus faible.
Le gain et le diagramme de rayonnement ne changent pratiquement pas pour des fréquences pas trop éloignées de la "résonance".

Pour la corde je suis d'accord. Pour le dipole lambda/2 en mode 2, il y a un noeud de courant au milieu du dipole je crois. Mais si c est le cas alors il y a un max de tension au milieu du dipôle. Si j'alimente avec un générateur de tension au milieu c'est possible d'exciter le mode 2 non ?

Un dipôle c'est comme une corde de guitare: il a un zéro de courant aux extrémités.
Pour le fondamental il a un max de tension au milieu. Pour le mode deux c'est une zéro de tension au milieu. Si vous attaquez le milieu vous pourrez exciter le mode fondamental mais pas le mode 2.

Est ce que dans une antenne imprimée, les modes sont multiples ? Je vais dire pourquoi je demande ca. Un generateur de fréquence n'est jamais parfaitement stable en fréquence. Quand on lui demande une fréquence, il génère la fréquence + ou - DeltaF. Si on dit que dans une antenne imprimée, les modes sont multiples alors je serai dans l'incapacité d'exciter un seul mode. Et comme on m a dit qu'il est possible d'avoir un seul mode dans une antenne imprimée alors je suppose que dans une antenne imprimée, les modes ne sont pas multiples. C'est juste ?

Avec une antenne, ce que l'on veut, en général, c'est transmettre des informations. Et pour cela il faut transmettre une bande de fréquences autour de la porteuse et non une fréquence unique qui ne peut transmettre aucune information.
Donc, toutes les antennes ont, heureusement, des bandes passantes larges. Il y a même certains modes de transmission comme le "spread spectrum" qui utilisent des bandes extrêmement larges (le GPS, par exemple) et c'est bien avec des antennes "normales" que ça fonctionne. La seule astuce est le dispositif d'adaptation avec le récepteur (ou l'émetteur) qui doit être large bande.

Il y aurait donc des cavités dans lesquels on peut esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (grotte) et d'autres cavités où on ne peut pas esciter plusieurs modes pour un endroit d attaque donné (antenne imprimée)... ?

(Quand on me parle de mode multiple alors je pense aux fibres optiques mais n'en parlons pas pour l'instant, je veux pas m'embrouiller )

Si vous excitez avec une seule fréquence vous n'aurez que le (ou les) modes qui ont cette fréquence.
Si vous excitez avec une fréquence qui ne correspond pas à aucun mode, les modes les plus proches seront excités à faible amplitude.

Je pense que votre problème est que vous prenez des systèmes sans pertes avec des bandes passantes nulles.
Dans la réalité, et surtout dans les antennes, les Q sont faibles et les bandes passantes larges.
Au revoir.

[legyptien]

Et pourquoi un générateur ne serait pas STABLE (encore faut il DEFINIR la "stabilité" demandait).?
Donc un générateur peut etre TRES stable, sinon certaine applications ne nous seraient pas possible (Tenir le Hertz à plusieurs dizaines de Mégahertzs).

Salut,

J'ai dit parfaitement stable . Mais j'ai employé le mauvais mot malgrès qu'après je précise ce que j'entend par cette notion (+-DeltaF). Le mot exacte aurait été monochromatique (en enlevant le "parfaitement" ).

Pour la grotte et la reverberation, il est possible que ma comparaison soit maladroite. Je fais fermenter tout ca ...

[LPFR]

Re.

Dans la grotte , j'y vois plus tot de la "réverbération" qui n'est pas une résonnance.

Je pense que la différence entre la réverbération et la résonance est que dans la résonance, les oscillations sont entretenues et dans la réverbération ce sont des oscillations libres qui s'atténuent dans le temps.

Ainsi, dans une salle de bain carrelée, quand vous chantez une note qui correspond à un des modes, la cavité résonne. Si vous arrêtez l'excitation, le son continue brièvement en s'atténuant: la salle réverbère.

On est plus habitués à entendre la réverbération suite à une excitation type "delta de Dirac": un claquement de mains, un coup de révolver. Dans ce cas on entend les oscillations de la cavité à toutes les fréquences des modes excités.
A+

[legyptien]

ok voila l information que j'ai eu. Pour l antenne patch, on n'alimente jamais ni dans un creux de tension (ventre de courant) ni dans un ventre de tension (creux de courant). La raison est que dans un cas je vois une impédance d entrée nulle et dans l autre elle est infinie et il y a donc un problème d'adaptation d'impédance. Ceci me parait cohérent.

Donc ce que je comprends c'est que je choisis le point d'attaque pour transmettre un max d'energie a mon antenne (adaptation). Et je choisis la fréquence de résonance correspondant a mon mode désiré...