Bonjour à tous,
je m’intéresse à l'écholocation par les dauphins, et j'ai lu que pour les appareils de detection par sonar, la longueur de l'antenne(l'emetteur) doit etre plus grande que la longueur d'onde. Pourquoi? et comment ce probleme de longueur se manifeste-t-il chez le dauphin?
merci beaucoup!
Bonjour.
Vous êtes surement capable de chanter ou siffler un La3 (440 Hz, la tonalité du téléphone).
La longueur d'onde dans l'air de ce son de 440 Hz est 77 cm.
Est-ce que votre bouche + gorge + poumons sont plus grandes que la longueur d'onde ?
Donc, procurez-vous des sources plus sérieuses.
Cette histoire d'antenne plus grande que la longueur d'onde est une idée reçue totalement fausse. Est-ce que votre téléphone portable a une antenne de 25 cm ou 25/4 cm ?? Ou les walkie talkie avaient de antennes de 10 m ou 2,5 m ?
C'est incroyable que les gens continuent à répéter depuis des années des idioties pareilles alors qu'ils ont les contre-exemples dans leur poche.
Je en sais pas quelle est la fréquence des sons produits pas les dauphins, mais si c'est du 20 kHz, la longueur d'onde dans l'eau est de 7,5 cm. Quel est le problème ?
Au revoir.
Bonjour Arryeti
Le problème de la dimension du transducteur est tout simplement une question pratique de directivité du faisceau d'ultrasons.
Exemple:
Un transducteur (ce n'est pas une antenne, par ailleurs) de 15 cm de diamètre émettra un son de 10 kHz sous un angle de 90°.
A 1 MHz la longueur d'onde est 100 fois plus petite et l'angle sera extrêmement directif : inférieur à 1°
Pour le dauphin, on est loin de ce rapport mais selon la précision qu'il veut apporter à son estimation des distances, il adaptera son cri vers des fréquences plus élevées (jusque 250 KHz parait-il...)
L'electronique, c'est fantastique.
bonjour!Envoyé par LPFR
je pense que j'avais mal compris, ou que je me suis mal exprimée: je crois qu'il est "preferable" que la longueur d'onde soit plus petite que l'antenne; mais que c'est difficil a realiser.
bonjour, merci beaucoup,
c'est vraiment plus clair
une autre question en rapport avec la precedente: pourquoi les ondes a basse frequence vont plus loin(c'est pour ca que l'angle est plus grand?) alors que les ondes de frequence superieures sont "absorbées" plus rapidement?
merci
Bonjour.
En ondes radio, les dimensions de l'antenne jouent sur le rendement énergétique de l'antenne.
La directivité dépend surtout du type (le modèle) d'antenne utilisé, plus que des dimensions de l'antenne. Donc, même la phrase "il est préférable..." est, pour le moins, "imprécise".
Pour le son, on ne peut pas parler d'antenne. Il s'agit de transducteurs (comme des haut-parleurs) ou de "rien du tout", comme dans le cas de la voix, un sifflet, ou un violon. Parfois on peut avoir des configurations un peu directives, comme les cornets de certains instruments à vent (trompette, par exemple).
Quand vous dites que "les ondes a basse fréquence vont plus loin", de quelles ondes parlez-vous? Ce n'est pas toujours vrai pour les ondes radio en encore moins pour le son dans l'air ou dans l'eau.
Je ne sais pas ce que vous utilisez comme sources, mais je ne les trouve pas très fiables.
Méfiez-vous des fantaisies de ceux qui prétendent que les dauphins, les baleines ou les chauves-souris, avec leurs ultrasons, ou les crotales avec leur sensibilité à la chaleur, voient le monde aussi bien qu'une caméra couleur et en 3D. On raconte énormément de conneries sur ce sujet.
Au revoir.
Bonjour,
je signifiait par"les ondes a basse frequence" les ondes emises par le dauphin sont comprises entre 1 et 150 kHz, et les ondes basse frequences representent celles <60kHz, qu'il utilise pour localiser approximativement des proies ou des obstacles, alors que les ondes haute frequence(>105kHz) sont plus precises(mais de plus petite portée) et permettent de determiner exactement la nature de l'obstacle.
Re.
Je pense que ce sont des élucubrations de zoologue qui n'ont pas été démontrées. Des affirmations gratuites.
Depuis des années on nous disait que les requins pouvaient sentir l'odeur du sang à des kilomètres. Ça m'avait semblé absurde même avant de faire des études de physique.
A+
Bonjour arriety,
concernant ces histoires de directivité et de portée des hautes fréquences, je te donne quelques pistes.
Comme le dit curieuxdenature, une source quelconque peut devenir directive en hautes fréquences, mais ce n'est pas obligatoire. L'exemple type en acoustique est le piston plan infiniment rigide, bafflé (un baffle étant un plan infini théorique séparant l'avant du piston de l'arrière du piston). Pour ce genre de source acoustique, alors oui les hautes fréquences sont directives. Cela se démontre de manière commune en utilisant une intégrale de Rayleigh : la directivité est obtenue en considérant les relations de phase entre chaque point de la surface vibrante, au point de mesure (ou de calcul) voulu. Mais ceci n'est valable que parce que :
- la source est plane
- tous les points de la source sont en phase
Pour des sources non planes et / ou des sources dont chaque point de surface n'est pas en phase avec le reste, on peut très bien obtenir une source omnidirectionnelle à très haute fréquence (exemple : sphère pulsante).
Curieuxdenature cite un transducteur de 15cm de diamètre rayonnant dans +/- 45° à 10 kHz. Cet exemple n'est valable que pour un piston plan infiniment rigide dans l'eau. Le même dans l'air aurait cette directivité plutôt vers 2 kHz.
Il reste donc à voir si ces considérations s'appliquent au dauphin, à priori il n'y a pas de raison que le dauphin fasse partie des cas particuliers pour lesquels la directivité ne se resserre pas de manière significative avec la fréquence (comme la sphère pulsante ou comme une éventuelle "source à ondes progressives").
Concernant la baisse de niveau avec la fréquence, elle existe bien. Pour le cas de l'air, tu peux aller voir cette discussion :
http://forums.futura-sciences.com/ph...ons-aigus.html
Pour le cas de l'eau, à priori des substances comme l'acide borique ou le sulphate de magnésium jouent des rôle identiques au dioxygène dans l'air, avec une relaxation favorisant la dissipation des ondes de pression sur certaines bandes de fréquence. Au delà de 100kHz, les effets visqueux deviennent prépondérants et les pertes dues à ces effets sont importantes, augmentant avec le carré de la fréquence. Tu peux par exemple aller voir ici :
http://resource.npl.co.uk/acoustics/...n/physics.html
Sur l'article de wikipédia concernant l'écholoca(lisa)tion des dauphins, il y a quelques gourances :
- "Une fois l’objectif repéré, il affine sa « vision » en augmentant progressivement la fréquence d’émission et donc en diminuant sa résolution spatiale, mais aussi sa portée." : OK pour la diminution de portée, par contre affiner la vision en "diminuant la résolution spatiale", ça ne colle pas vraiment... Ils ont dû vouloir dire : en resserrant sa zone de visée.
- "Typiquement, le dauphin réduit ses émissions de 6 dB si la distance à sa cible est divisée de moitié au cours du temps (pour un niveau constant en réception, il faut compter -3 dB pour le trajet aller, et -3 dB pour le trajet retour)". A -12dB, j'aurais compris, mais là je ne suis pas d'accord avec eux.
- plus certainement quelques autres, je n'ai pas lu l'article en détails.
Bonjour phuphus,
merci pour ces informations,
dans la discussion sur l'absorption dans l'air, tu parles de "vitesse particulaire", quelle est la difference avec la célerité du son?, et pourquoi "plus la vitesse particulaire est grande, plus les pertes visqueuses sont importantes"?
quelle est la diference entre "dissipation" et "absorption"?
La notion de chaleur revient souvent sur le site http://resource.npl.co.uk/acoustics/...n/physics.html comme dans la discussion. c'est donc par tranformation de l'energie ondulatoire en energie thermique que l'onde pert de son energie et est absorbée?
"For frequencies above 100 kHz, the particle motions generated by the sound produce heat via viscous drag" , je ne comprends pas le role de la viscosité de l'eau, que veulent-t-ils dire par "viscous drag"? plus la temperature et la profondeur sont grandes, moins le coefficient d'absorption l'est. Pourquoi?
a quoi correspondent 'S' et 'e' dans la relation qui lie la frequence de relaxation de l'acide borique a la temperature, a 'e' et à 'S'.
Je ne comprends pas le terme "frequence de relaxation" (aussi bien dans l'air avec l'O2 que dans l'eau avec l'acide et le sulphate). est ce que ces eléments ont des capacités absorbantes propres.
merci beaucoup pour ton aide
Bonjour arriety,
lorsqu'une onde sonore se propage, les molécules d'air vibrent autour de leur position d'équilibre (on peut voir l'onde sonore comme une onde de pression ou comme une onde de vitesse). Cette vibration, comme toute vibration, peut se caractériser entre autres par :
- son amplitude (déplacement)
- sa vitesse
- son accélération
La vitesse particulaire est la vitesse vibratoire des molécules d'air. Elle vient s'ajouter vectoriellement à la vitesse d'agitation thermique. La vitesse particulaire est en général très inférieure à la vitesse d'agitation thermique, et c'est cette vitesse d'agitation thermique qui est à l'origine de la célérité du son. On retombe donc sur nos pattes : la vitesse de propagation d'une onde sonore ne dépend pas du niveau (sauf pour de très forts niveaux, on va mettre cela de côté pour l'instant), puisqu'elle est directement liée à la vitesse d'agitation thermique et non à la vitesse particulaire.
Comme il 'y a pas de transport de matière, mais uniquement des mouvements locaux, cette vitesse particulaire est en moyenne nulle (alternances positives et négatives).
La viscosité d'un fluide se comprend comme la relation entre une force et une vitesse. Si tu trempes ta main dans un fluide et que tu la fais avancer à, par exemple, 1m/s, plus le fluide est visqueux et plus il faudra que tu déploies une force importante pour maintenir ta vitesse. Cela se sent bien entre :
- de l'eau
- de l'huile
- du miel
Toute l'énergie que tu dépenses à vaincre des frottements visqueux part en chaleur. En mécanique vibratoire, c'est le classique système masse-ressort amorti. Ni la masse ni le ressort ne dissipent d'énergie en chaleur, ils ne sont que des accumulateurs d'énergie prêts à la restituer à la moindre occasion (énergie cinétique pour la masse et énergie potentielle élastique pour le ressort), seul l'amortisseur joue un rôle de dissipateur et occasionne des pertes d'énergie dans le système. Le parallèle est total avec un circuit électrique RLC série : seule la résistance dissipe par effet Joule.
La viscosité étant une relation de proportionnalité entre force et vitesse, à viscosité égale, plus la vitesse est grande et plus la force est grande, donc plus on dépense d'énergie. C'est pour cela que je parle d'augmentation des pertes lorsque la vitesse particulaire augmente.
D'un point de vue acoustique, la viscosité du fluide fait que le mouvement d'une particule est gêné ("freiné") par ses voisines : il y a transformation de l'énergie vibratoire en chaleur. En acoustique, on parle de dissipation, et surtout pas d'absorption.
Imagine un mur, et toi en train de crier en face du mur (j'espère que tu as de bonnes raisons de faire un truc pareil
- une partie est réfléchie et revient vers toi
- une partie fait vibrer le mur
- lorsque le mur vibre, il est lui-même le siège de frottements internes qui vont dissiper une partie des vibrations en chaleur
- comme le mure vibre, il fait office de haut-parleur de l'autre côté
Par définition, on appelle énergie incidente l'énergie qui arrive sur le mur à cause de ton cri. Cette énergie se divise en deux parties : une énergie réfléchie et une énergie absorbée. L'absorption est donc le complémentaire de la réflexion. Compte tenu de ce qui je viens d'écrire au dessus, l'énergie absorbée se divise elle-même en deux parties : une énergie dissipée en chaleur dans le mur, et une énergie rayonnée de l'autre côté du mur (on parle d'énergie transmise). L'absorption est donc la somme de la dissipation et de la transmission.
En bref, l'absorption est ce qui ne te revient pas dessus lorsque tu cries en face du mur. Conclusion :
- imaginons que le mur ne réfléchit pas du tout l'onde sonore, qu'il ne rayonne pas non plus de l'autre côté, et donc qu'il dissipe toute l'énergie acoustique, qui lui arrive dessus et le fait vibrer, en chaleur. Ce mur est 100% absorbant.
- imaginons que le mur est fait en feuille de papier à cigarette. Il ne réfléchit aucun son, ne dissipe rien, mais transmet tout de l'autre côté. Comme rien n'est réfléchi, ce mur est aussi 100% absorbant.
- imaginons qu'il n'y pas de mur, juste de l'air. Il n'y a donc aucune réflexion possible, on est encore dans une situation où il y a 100% d'absorption : d'un point de vue acoustique, l'air est 100% absorbant.
Si une paroi "bouffe" l'onde acoustique, ce qu'elle a bouffé est de la dissipation, c'est à dire de la transformation d'énergie acoustique en chaleur. Mais malheureusement, beaucoup de personnes entretiennent la confusion entre absorption et dissipation.
C'est donc par tranformation de l'énergie vibratoire en énergie thermique que l'onde perd de son énergie et est dissipée.
Voir plus haut : la viscosité a donc pour effet de transformer un mouvement en chaleur.
Lorsque tu verses de l'huile dans une poêle, elle a du mal à couler. Si maintenant tu allumes le gaz et que l'huile chauffe, elle devient plus fluide et coule mieux (je mets de côté une éventuelle considération de la tension superficielle) : la viscosité de cette huile diminue avec la température.
Pour l'eau, c'est pareil, sa viscosité diminue lorsque la température augmente, cela veut donc dire moins de pertes en chaleur, autrement dit une dissipation moindre.
Quant à la profondeur, elle a pour effet d'augmenter la pression moyenne du milieu. Apparemment, la perte de dissipation est liée à cette augmentation de pression moyenne, mais je ne saurais pas te dire pourquoi.
"S" est la salinité, "e" est tout simplement la fonction exponentielle.
De base, les ondes acoustiques peuvent donc être vues comme des ondes de vitesse. Chaque molécule d'eau vibre, et nous avons une énergie vibratoire de translation. Dans certaines conditions, on peut aussi exciter des rotations entre atomes au sein de la molécule. Une fois que la rotation est excitée, cette énergie est perdue pour la translation et ne se transmet plus de proche en proche : l'onde acoustique s'atténue d'autant au passage.
Pour avoir des détails vraiment probants sur cette histoire de relaxation, il faudrait l'intervention de quelqu'un de plus compétent que moi, sur ce point je ne suis vraiment pas spécialiste. C'est Jeanpaul qui avait parlé de cela dans la discussion sur les sons graves entendus plus loin que les sons aigus. S'il passe par là, peut-être pourra-t-il nous en dire plus ?
Bonjour phuphus
alors, quand tu dis "la vitesse particulaire augmente", alors que cette vitesse est en moyenne nulle, ca veut dire qu'elle augmente tres peu?
Bonsoir arriety,
la vitesse particulaire est vectorielle, elle peut donc être positive ou négative. Comme les molécules oscillent autour d'une position d'équilibre, elle est alternativement positive et négative, et chaque molécule revient toujours à sa position de départ (d'où la considération de vitesse moyenne nulle). Cette vitesse particulaire peut donc avoir des valeurs crêtes élevées, ça ne l'empêchera pas d'avoir une valeur moyenne nulle.
Si l'on veut faire un parallèle avec l'électricité, une tension alternative sinusoïdale est alternativement positive et négative, et dans le temps elle est "autant positive que négative". Elle est donc nulle en moyenne, mais pas nulle en valeur crête ou en valeur rms.
