Acoustique

LE SON

Un son est une sensation auditive engendrée par une vibration acoustique.

Un corps ne peut émettre un son que s'il vibre.

Dans le cas de l'audition, les vibrations sont transmises par un milieu intermédiaire - gaz, liquide, solide - et sont enregistrés par le nerf auditif. On peut par conséquent entendre sous l'eau.

Les sons se distinguent en eux de trois manières :

- Par la hauteur, qualité qui distingue un son grave d'un son aigu. La hauteur du son est lié à la fréquence des vibrations de la source sonore ( La fréquence est le nombre de vibrations sonores par unité de temps).

L'oreille humaine peut percevoir les fréquences comprises entre 20 et 20000 vibrations par seconde (hertz).

Plus la fréquence est élevée et plus le son est aigu, plus la fréquence est basse , plus le son est grave.

- Par l'intensité, qualité qui nous fait distinguer un son fort d'un son faible.

L'intensité est liée à l'amplitude des vibrations sonores; elles augmentent avec l'amplitude.

- Par le timbre, qualité qui nous permet de distinguer deux sons émis par deux instruments différents.

CONSÉQUENCES EN PLONGÉE  

Possibilité pour les plongeurs en immersion de communiquer entre eux
Possibilité de communication entre la surface et les plongeurs
Possibilité pour les plongeurs de détecter et d'interpréter des bruits : hélices, moteurs.

LA PROPAGATION DU SON

La vitesse de propagation du son dépend du milieu. Plus celle-ci est dense, plus le son va vite.

Dans le vide, il ne se propage pas.
Dans l'air, sa vitesse à 0°c est de 300 m/s. Pour 1°c d'élévation de température, sa vitesse augmente de 0.6 m/s.
Dans l'eau , sa vitesse à 8°c est égale à 1435 m/s soit 4.5 fois sa vitesse dans l'air.
Dans l'eau de mer, elle est voisine de 1500 +/- 50 m/s selon la salinité.
Dans l'acier, sa vitesse est de 5 km/s.

Dans l'eau, la vitesse du son augmente avec la température mais aussi avec la pression et la salinité.

La portée du signal sonore dépend de son intensité et de son absorption en fonction de la conductibilité thermique et sonore; l'absorption est proportionnelle au carré de la fréquence du son, de ce fait les sons aigus sont amortis plus tôt que les sons graves. L'intensité de l'onde diminue de façon exponentielle avec la distance.

Nous recevons des sons par les deux oreilles. Notre cerveau est capable d'intégrer la différence de temps entre une oreille et l'autre, et de transformer ce décalage en direction d'origine du son. Le décalage entre les oreilles est de 1/2000 de seconde.

Comme dans l'eau, le son est 4.5 fois plus rapide que dans l'air, le décalage est alors de 1/9000 de seconde environ, et le cerveau ne peut plus faire la différence. C'est pour cela que nous entendons les sons venant de toutes les directions à la fois.

La propagation des sons et ultrasons dans l'eau est utilisée comme moyen de détection sous-marine, dans le sonar par exemple. Un sonar est schématiquement constitué par un projecteur qui émet des faisceaux d'ultrasons. Si une impulsion rencontre un obstacle, les ultrasons sont réfléchis et enregistrés par un récepteur. La distance entre l'obstacle et le point d'émission est calculée en fonction de l'intervalle de temps entre l'émission et la réception du signal. En considérant que les ultrasons se propagent à une vitesse de 1500 m/s, on obtiendra la distance de l'obstacle en multipliant 750 m par le temps en seconde ( car le train d'ondes fait l'aller et le retour entre l'émetteur et l'obstacle ). La direction de l'obstacle sera indiquée par l'orientation du projecteur.