Bonjour, j'ai recherché sans succès la réponse à cette question en apparence simple : dans de l'air à température ambiante et pression au niveau de la mer quel est le son le plus bref qu'il soit possible de produire, qu'il soit naturel ou artificiel ? L'intensité de ce son peut-elle être augmentée en conservant cette durée ?
L'acuité des oreilles dépend de chaque individu.....aux fréquences émises et bien entendu à la "puissance".
!!
Moi je ne l'entend plus... ...peu importe que cela fasse 10 mWatt ou 10 watts
Donc la "sensibilité" est diffirénte pour chaque individu.
A+
En général quand on parle de son en mécanique des fluides, on parle d'oscillations de petite amplitude. Concrètement une faible amplitude signifie que la variation de pression est petite comparée à la pression, de même pour la densité. On suppose qu'on peut aussi négliger le terme non linéairedans les équations d'Euler. De plus on suppose qu'on est dans une situation isentropique.
On ne peut donc pas augmenter l'intensité d'un son arbitrairement et sans limite sans perdre ces hypothèses. Mais si on reste dans les limites indiquées pour la pression et la densité on a une propagation des petites oscillations selon l'équation des ondes et la vitesse dépend de la compressibilité isotherme.
Pour ce qui est de la durée, en principe une condition initiale de pression p(x) peut être très brève, elle va se propager selon la solution de d'Alembert pour l'équation des ondes. Pour un gaz il doit y avoir une limite physique qui dépend du libre parcours moyen pour fixer une échelle de longueur. La vitesse donne alors l'échelle de temps. Grosso modo, pour conserver l'approximation continue, on peut tabler sur un ou deux ordres de grandeur au dessus de cette échelle de longueur. Il en résulte une échelle de temps minimale pour la durée du train d'ondes ou du profil initial de pression. Je n'ai pas fait de calculs, j'espère que ces indications vous aideront.
Mais si on veut voir ce qui se passe pour des intensités extrêmes, on sort de l'approximation des faibles oscillations et cela devient plus difficile à analyser. Par exemple une onde de choc (discontinuité importante de la pression créée par exemple par une forte explosion). Dans ce cas, toutes les hypothèses conduisant à de petite oscillations sont invalidées. Par exemple une explosion nucléaire apporte localement au gaz une énergie beaucoup plus grande que celle qui était présente avant l'explosion.
Dernière modification par ThM55 ; 04/07/2024 à 09h10.
Comme n'importe quelle onde, pour que ça en soit une (une onde...) il faut que la perturbation dure assez longtemps pour pouvoir définir un semblant de longueur d'onde, de fréquence, etc
Donc, pour un son pur il ne me semble pas stupide de définir un temps "minimal" pour avoir au moins 1 cycle.
pour qu'on perçoive la hauteur du son (la note) il doit falloir quelques cycles (une dizaine?). Ca explique pourquoi on peut jouer de la musique plus rapide (des notes plus courtes) sur un violon que sur une contrebasse.
C'est encore plus frappant quand on compare l’euphonium et la trompette piccolo (pour celleux qui ont déjà soufflé dans les deuxEnvoyé par MissJenny
). On le sent physiquement.
Not only is it not right, it's not even wrong!
Pas forcément. En physique on ne définit pas le son en fonction de l'audition ou des notes. Il s'agit d'abord d'une perturbation de faible amplitude qui se propage par l'équation des ondes. La solution de d'Alembert démontre une propagation pour un profil et sa dérivée temporelle à un instant initial.
Si
Les fonctions f et g peuvent ne représenter qu'une demi-période d'une sinusoïde par exemple, ou bien comporter de nombreuses fréquences sans rapport rationnel entre elles. Je les suppose à support borné.
Ceci vaut pour de petites oscillations d'un milieu continu. Dans les conditions atmosphériques usuelles (1013 hpa et 20°C), le libre parcours moyen d'une molécule d'air est de 680 nm. La vitesse du son est c=344 m/s (selon Wikipedia). Les équations différentielles ne sont pas valables à de telles distances. Pour traiter le problème il faudrait passer à l'équation de Boltzmann; donc si on veut rester dans le domaine de l'acoustique classique usuelle, je dirais qu'il faut au moins 100 libres parcours pour que l'approximation continue soit bonne. En dessous, ce serait douteux. Donc l'échelle de longueur minimale serait d'environ 68 µm. Ce la largeur du support des fonctions initiales f et g. L'échelle de temps minimale serait alors
Cela ferait 5 MHz. En réalité il existe des générateurs d'ultrason de plus haute fréquence, jusque 10 MHz pour les appareils médicaux, mais la propagation est souvent dans d'autres milieux (eau). Cela ne veut pas dire que c'est impossible d'aller plus haut, mais je soupçonne que la description physico-mathématique ne se réduit plus à la simple équation des ondes.
Dernière modification par ThM55 ; 04/07/2024 à 12h24.
En traitement du signal, une impulsion temporelle
Et c'est bien pour cela que le delta permet si bien de caractériser les systèmes en fréquence, puisqu'il les contient toutes.
https://www.wolframalpha.com/input?i...%29%2Ct%2Cw%29
On aurait donc toutes les fréquences sans longueur d'onde et sans onde?
Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».
Bonjour,
Pour répondre à la question initiale:
Au dessus de 40 Kz et des brouettes, on parle d'ultrasons
Au dessus des ultrasons, ce n'est plus du son.
Puisqu'il n'y a pas de terme incluant le mot "son", pour définir ces fréquences.
Dernière modification par Henrix ; 04/07/2024 à 15h19.
40 Kz ? connais pas
Sinon les ultra sons officiellement c'est au dessus de 20 000 Hz (ou 20kHz) [ou parfois 16kHz]
La question porte sur un son, un son n'a pas a avoir une fréquence identifiable. Dans ce cas, peut être que toute impulsion même si on ne peut y identifier de fonction périodique ou de "zero" peut être considérée comme audible, non ?
La vie trouve toujours un chemin
Je crois qu'il faut que j'explique ce que j'ai fait. Je veux éviter la confusion entre le son, phénomène physique de propagation dans un milieu fluide compressible, et le son musical ou au sens physiologique, qui dépend des propriétés des instruments et de la perception. Comme on est sur un forum de physique, je considère le phénomène physique, qui inclut les ultrasons, et je tente de donner une réponse à la question au moyen des notions de physique en ignorant tous les autres aspects du sujet.
Alors, merci à tous pour ces réponses très détaillées, surtout ThM55 et stefjm qui ont le mieux cerné la question, car je fais remarquer qu'à aucun moment je n'ai mentionné les mots audition ou fréquence. A mon encontre je n'ai peut-être pas été suffisamment clair pour préciser : la création d'une impulsion unique et extrêmement brève, qu'elle soit audible ou pas par l'oreille humaine et autre détecteur classique, produite dans la nature et/ou électroniquement. J'avais bien pensé à la distance moyenne entre deux molécules de gaz (air en l'occurrence), car en dessous il n'y aurait rien qui permette de transmettre l'onde Mais quelles limites technique va-t-on rencontrer ? L'élasticité du gaz va-t-elle rapidement élargir l'impulsion aux molécules voisines ? Il me semble qu'on doit atteindre très vite des niveaux assez compliqués.
Le son le plus bref émis par un animal dans l'air : le "clic" émis par le claquement de langue de la roussette égyptienne pour son écholocalisation.
La durée de chaque clic : entre 50 et 100 µs.
"Click-based echolocation in bats: not so primitive after all"
https://www.weizmann.ac.il/brain-sci...y_jcpa2011.pdf
Qui dit mieux ?
Dernière modification par GBo ; 04/07/2024 à 18h30.
Même ralenti 20 fois, le son du "clic" est encore très bref pour l'oreille humaine, un peu comme un celui d'une balle de ping-pong qui rebondit, écouter plutôt:
https://www.facebook.com/watch/?v=1715664135192841
Source:
"Fruit bat’s echolocation may work like sophisticated surveillance sonar"
https://www.washington.edu/news/2018...20environments.
Dernière modification par GBo ; 04/07/2024 à 18h51.
bonsoir
bon cela ressemble à un coup de feu atténué.
Mais la nature faisant bien les choses on peut penser que c'est optimal.
JR
l'électronique c'est pas du vaudou!
Reste à savoir ce que le primo demandeur a en tete ,lorsqu'il demande "un SON led plus bref" ?
Un son audible.....ou pas ?? !
Je vois mal parler de "son" à 5 Mhz...ou plus !
Il faudrait que le demandeur...préçise.
A+
Salut,
Sioux l'a déjà précisé mon cher f6bes:
Mais j'espère qu'il est captable et mesurable ce son, sinon le sujet n'est pas "physique".à aucun moment je n'ai mentionné les mots audition ou fréquence.
D'où mon exemple concret, et j'en ai d'autres dans la manche.
Dernière modification par GBo ; 05/07/2024 à 08h57.
Ok merçi ( j'ai passé à coté). A+
En effet j'ai écrit "la création d'une impulsion unique et extrêmement brève, qu'elle soit audible ou pas par l'oreille humaine et autre détecteur classique", je ne sais pas comment être plus concis. Si le son en question n'est pas détectable par un récepteur classique tel que micro, radio etc.. il pourrait l'être par un appareil plus sophistiqué crée spécialement. Mon idée à la base c'était l'envoi d'impulsions indétectables et codées sur une fréquence radio par exemple, mais je me préoccupe aussi de l'aspect purement scientifique de la question.
Il est tout à fait possible de créer un système de communication dans l'air à base d'ultrasons, communications indétectables par l'oreille humaine et par les micros classiques faits pour la voix (à bande passante très limitée). Si c'est ça c'est que tu voulais faire, le mieux est de le dire d'emblée
Au moins 3 soucis cependant :
- le fait d'utiliser des ultrasons n'est pas une garantie suffisante de confidentialité (il existe des micros spéciaux qui captent les ultrasons). Il faudra donc aussi du chiffrement (par ex. à clé secrète) si la confidentialité est importante.
- le vent et les bruits acoustiques peuvent dégrader la qualité native de la communication (il faudra donc un codage canal robuste), les obstacles l'empêcher (murs)
- la portée est très limitée même sans obstacles, on fait beaucoup mieux à base d'ondes radio...de portée interplanétaire.
Mais si c'est pour un exercice, un tel projet peut être formateur.
Dernière modification par GBo ; 05/07/2024 à 17h22.
Si inaudible ce n'est pas un son
Ensuite ça devient curieux :
- indétectable par tous les appareils existants mais détectable quand même par un appareil réalisable dans ce but
- impulsions indétectables et codées sur une fréquence radio par exemple : tous ce qui est radio (jusqu'à quelques GHz, voire plus) est détectable facilement, et on sait aussi détecter bien au-delà.
Reste les infrasons, mais c'est tout sauf bref; les ondes de gravitation ?
C'est pour quoi faire ?
L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .
Tiens, ça existe, cet article ci-dessous le montre (à noter que les auteurs n'utilisent pas l'air comme milieu de propagation des ultrasons, mais le milieu solide élastique (métal), sûrement plus efficace):
"Ultrasonic Communication Systems for Data Transmission"
https://ieeexplore.ieee.org/document/8833734
Y a pus qu'à...Ultrasonic signals are widely used in the field of medical imaging and industrial nondestructive testing. Ultrasonic wave can propagate through solid, liquid or gas media and consequently can be used as the carrier of the information for communications. In this paper, we examine the feasibility of using the ultrasonic signal for communication in solid media. Characteristic of ultrasonic waves in the solid channel are studied and an FPGA based platform is designed for software-defined digital and packet communications. Experimental results are presented and analyzed to demonstrate the feasibility of using ultrasonic guided waves for digital communication in solid channels such as metal plates.
Dernière modification par GBo ; 05/07/2024 à 17h36.
C'est un fait que les ultrasons sont très peu absorbés par l'eau de mer, ce qui permet le fonctionnement du sonar, mais on parle encore d'ondes envoyées en continu, pas d'un "ping" unique. Pour le moment c'est la chauve-souris qui bat le record avec son clic d'un dixième de milliseconde mais rien n'indique qu'elle n'aurait pas pu faire mieux si elle en avait eu besoin pour optimiser sa détection. Par contre en scannant toutes les fréquences, un signal continu est facilement détectable alors que des clics très brefs et espacés seraient quasiment impossibles à scanner. Il convient donc de séparer les deux aspects : le bruit émit dans l'air et le signal em, lequel doit probablement faire bien mieux que le meilleur système mécanique.
bonsoir
les sonars envoient bien un "ping" pour déterminer la distance de l'écho, pour l'avoir entendu dans une "piscine" de test c'est très impressionnant.
JR
l'électronique c'est pas du vaudou!
Oui c'est vrai mais quelle est la durée du ping ? Si je ne me trompe pas la longueur d'onde du clic de la chauve souris serait d'environ 3 cm, identique à la longueur d'onde d'une fréquence de 10 kHz, c'est probablement pour cela que l'oreille humaine ne la perçoit pas, et ce logiquement même si on augmente la puissance de l'impulsion, mais n'étant pas acousticien je n'en suis pas sûr.
Sur l'appareil ci-après assez commun la durée du pulse est typiquement de 75 µs mais peut être moindre si on veut une meilleure résolution spatiale (au détriment de la portée):
Source:
"SeaBat 8101 Multibeam Echosounder System OPERATOR'S MANUAL"
https://data.ngdc.noaa.gov/instrumen..._OpMan_302.pdf
Dernière modification par GBo ; 05/07/2024 à 22h39.
Merci pour le lien, qui apprend que la largeur des impulsions uniques générés électroniquement est tout à fait du même ordre que celle des signaux émis par les chauve-souris, ce qui est remarquable, bien que le sonar peut envoyer une énergie acoustique considérable de plus de 200 dB, nocive pour l'organisme. Dans l'air on utilise le radar qui utilise des ondes em centimétriques voir millimétriques qui sont fortement absorbées par l'atmosphère donc l'emploi de pings très brefs semble a priori exclu pour communiquer. Reste la question initiale, toute théorique, de ce que pourrait être la largeur minimale limite d'une impulsion acoustique dans l'air.
Les pings sont brefs car on veut estimer une distance (par exemple du fond marin) en mesurant le temps qui s'est écoulé entre l'émission de l'impulsion et la réception de son écho:
Basic.jpg
Le brièveté du ping s'explique par le besoin de résolution spatiale:
Resolution.jpg
Source: https://www.uio.no/studier/emner/mat...compressed.pdf
Mais le Sonar (SOund Navigation And Ranging), n'est pas fait pour communiquer de l'information d'un point A à un point B. Encore une fois, techniquement on peut tout à fait concevoir un système de communication entre A et B par des ondes acoustiques (de façon sécurisée par un chiffrement si nécessaire), dans l'eau, l'air ou les solides (cf. l'article IEEE au dessus pour ce dernier cas). Mais on ne le fait pas de brefs pings isolés dans le temps car alors le débit serait ridicule.
Dans l'eau, les ondes acoustiques sont particulièrement intéressantes pour communiquer car les ondes radio ne passent pas bien, et d'ailleurs ça se fait, cherche "underwater acoustic communication" sur google.com. Dans les solides, on voit bien aussi les applications, par contre dans l'air, aucun intérêt puisque les techniques de radio sont maitrisées et plus performantes à tout les points de vue.
Dernière modification par GBo ; 06/07/2024 à 10h24.
Merci pour l'article, excellent tuto de vulgarisation. Pour ce qui est de communiquer par impulsions c'est vrai que le débit serait très bas mais l'avantage serait sa quasi indétectabilité, adapté dans le cas d'un sous-marin furtif transmettant des informations ponctuelles par exemple. Mais les applications techniques de ma question passaient en second lieu de l'aspect théorique et il me semble que ThM55 avec son résultat théorique de 200 ns a bien synthétisé la réponse. Ce serait très intéressant de la tester en vrai si ça n'a pas déjà été fait. Merci à tous.
Salut,
Mon assistant 4o me dit ceci :
Transducteurs Piézoélectriques
Fréquence maximale : Jusqu'à environ 100 MHz
Transducteurs à Laser Ultrasonique
Fréquence maximale : Potentiellement plusieurs centaines de MHz
Transducteurs à Semi-conducteurs (Microsystèmes Électromécaniques - MEMS)
Fréquence maximale : Jusqu'à 200 MHz et plus.
Électrostriction et Magnétostriction
Fréquence maximale : Typiquement plus basse que les transducteurs piézoélectriques, mais certaines configurations peuvent atteindre plusieurs dizaines de MHz.
L'autre problème est l'atténuation, ici dans l'air, qui augmente très rapidement avec la fréquence
AirSonAtt.jpg
Ensuite, il y a le bruit de fond
AirBruitDeFond.jpg
