Capter une onde sonore grâce à un interféromètre ?

[invite64c20a16]

Bonsoir.

Dans le câdre de mes études, j'ai été amené à constater que beaucoup de mes camarades de classe faisaient des expériences d'interférométrie pour déceler des défauts géométriques, trouver des vitesses, mesurer des distances... J'ai donc décidé de m'intéresser à un aspect un peu plus original mais je l'espère également plus intéressant : la prévision d'un son grâce à un interféromètre. Cependant au cours de mon étude j'ai été confronté à des petites difficultés de compréhension : c'est la raison de ma présence ici.

L'idée est la suivante : j'utilise tout d'abord l'interféromètre de Michelson. A l'aide d'un écouteur de baladeur MP3, je fais vibrer l'un des 2 miroir en envoyant un son, tout d'abord constant. L'autre miroir est quant à lui fixe. L'onde sonore étant longitudinale, le miroir va vibrer par rapport à sa position d'équilibre : je note x(t) son déplacement. J'envoie un laser sur la lame séparatrice pour créer des interférences et je capte l'intensité à l'aide d'une photodiode. Un rapide calcul me permet alors de montre que l'intensité est de la forme I = Io*cos²[(2pi/lambda)(cste géométrique + x(t)]. x/lambda varie faiblement, en ajustant donc expérimentalement la cste géométrique, je peux linéariser cette expression en I = a*x (où a est la "pente de I en x").

Ainsi, la mesure de I me permet de déduire à une constante multiplicative près la mesure de x. Un schéma électrique simple composé d'une résistance, de la photodiode, d'un générateur et d'un amplificateur permet alors de transformer I en tension (résistance) puis d'amplifier cette tension (amplificateur). C'est ici qu'interviennent mes questions :

Lorsque nous obtenons x à son amplitude près, pouvons-nous reconstituer le son initial théoriquement ou expérimentalement ? Cette expérience est-elle possible avec un son non constant ? Permet-elle de reconstituer également des paroles ? Existe-t-il un logiciel me permettant de reconstituer le son initial ? Est-ce possible de rajouter directement un haut-parleur à mon dispostif ?

Enfin et récemment, on m'a parlé du module d'Young. Celui-ci aurait une influence direct sur le déplacement x(t) de mon miroir, savez-vous laquelle ? Est-ce dérageant ?

Merci d'avance.
Drok'.
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[LPFR]

Bonjour.
L'idée n'est pas nouvelle. On raconte que des dispositifs de ce genre existent, pour espionner les conversations dans une pièce éloignée, en mesurant les infimes variations de la position de la surface des vitres d'une fenêtre dues au son. Évidement, avec un faisceau infrarouge.
Si les variations de position donnent des variations du chemin optique bien inférieures à une frange d'interférence, les variations d'intensité correspondront aux variations de position. Il suffira de se placer à mi-chemin entre un maximum et un minimum (en réglant la longueur de l'autre bras).
Ça doit fonctionner indépendamment de la fréquence. Mais comme pour les microphones ou les vitres des ambassades, les fréquences de résonance feront que la réponse sera dépendante de la fréquence. Il faudra compenser avec des filtres adéquats (équilibrage).

Le module de Young est une constante élastique des matériaux qui mesure (en gros) la difficulté à les déformer. Mais la forme du support joue autant si non plus. Un support deux fois plus épais, équivaut à un module de Young 4 fois plus grand.
Au revoir.

[invite64c20a16]

Bonjour.

Merci pour cette rapide réponse. Pouvez-vous détailler la partie sur les fréquences de résonnance ? Vous êtes en gros en train de me dire que dans une certaine gamme de fréquences cela fonctionnera, mais qu'en s'approchant de la fréquence de résonnance mon dispositif ne marchera pas ?

Existe-t-il un moyen expérimental pour émettre le son à partir de l'intensité que je mesure (brancher un haut parleur par exemple) ?

Peu importe le matériau utilisé, j'ai des chances d'obtenir des résultats avec mon dispostif expérimental (et malgré le module d'Young) ?

[LPFR]

Re.
Le déplacement du miroir et le signal de sortie augmentera près de la fréquence de résonance et le son sera mauvais.

Il vous faudrait une photodiode ou un phototransistor (et l'alimentation dans les deux cas) plus un amplificateur branché sur des écouteurs ou de haut-parleurs.

Oui. Ça marchera probablement, mais, sans filtrage, le son sera probablement de mauvaise qualité.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite64c20a16]

Re.

Merci pour cette nouvelle réponse. Il ne me reste qu'une dernière question : y a-t-il un moyen simple de "filtrer" le son, afin d'en obtenir un de meilleur qualité ?

[LPFR]

Re.
Peut-être. Il faut un "équaliseur". Les équaliseurs professionnels sont surement hors de prix. Mais il y en a peut-être d'abordables. Je ne connais pas le domaine.
A+

[invite64c20a16]

Peut-être pourrais-je, en contactant un labo, réussir à avoir accès à un tel "équaliseur" ?

[LPFR]

Bonjour.
Commencez déjà par faire la manip sans l'équaliseur. Il sera toujours temps d'en ajouter un.
Si la fréquence de résonance tombe en dehors de la gamme "utile" elle ne généra pas.

Et ce n'est pas tellement un laboratoire qu'il faudrait contacter, mais un mordu de sono.
Au revoir.

[invite64c20a16]

Bonsoir !

J'ai réalisé mon expérience, et il semblerait que je doive amplifier l'intensité sortant de ma diode pour espérer voir quelque chose. On m'a conseillé d'utiliser une alim de 15V, la diode, une résistance (10kilo ohm ?), un ampli et un oscillo... Mais je n'arrive pas à faire un montage expérimental amplifiant effectivement la tension aux bornes de la résistance (et donc l'intensité qui m'intéresse) avec ces engins.

Par ailleurs, j'ai lu sur internet qu'il était possible de supprimer la composante continue d'un signal en l'amplifiant. Est-ce vrai ?

Help ?

Pouvez-vous me proposer un montage electrique valable ? (me faire le schéma)

[LPFR]

Bonjour.
L'alim et la diode servent à détecter la lumière. Pour l'amplifier, utilisez un ampli audio quelconque.
Il faut supprimer la composante continue avant d'amplifier le signal. Comme il est possible que l'ampli n'ait pas un condensateur en entrée pour ne pas laisser passer les 15 volts continus qui se retrouvent sur la diode, ajoutez un condensateur de 1 µF en série.
Au revoir.