Les ondes sonores sont des ondes de pression qui se propagent dans la croûte terrestre, les masses d’eau et l’atmosphère. Les fréquences sonores naturelles spécifient les attributs de fréquence des ondes sonores qui induiront efficacement une vibration dans un corps (par exemple, la membrane tympanique de l’oreille) ou qui résultent naturellement de la vibration de ce corps.
Les ondes sonores sont créées par une perturbation qui se propage ensuite dans un milieu (par exemple, la croûte, l’eau, l’air). Les particules individuelles ne sont pas transmises avec l’onde, mais la propagation de l’onde fait osciller les particules (par exemple, les molécules d’air individuelles) autour d’une position d’équilibre.
Chaque objet a une fréquence naturelle unique de vibration. La vibration peut être induite par la perturbation forcée directe d’un objet ou par la perturbation forcée du milieu en contact avec un objet (par exemple l’air ou l’eau environnante). Une fois excités, tous ces vibrateurs (c’est-à-dire les corps vibratoires) deviennent des générateurs d’ondes sonores. Par exemple, lorsqu’une roche tombe, l’air environnant et la croûte impactée subissent des oscillations sinusoïdales et génèrent une onde sonore.
Les corps vibrants peuvent également absorber les ondes sonores. Les corps vibrants ne peuvent cependant vibrer efficacement qu’à certaines fréquences appelées fréquences naturelles d’oscillation. Dans le cas d’un diapason, si une onde sonore sinusoïdale en déplacement a la même fréquence que l’onde sonore produite naturellement par les oscillations du diapason, l’onde de pression en déplacement peut induire une vibration du diapason à cette fréquence particulière.
La résonance mécanique se produit avec l’application d’une force périodique à la même fréquence que la fréquence de vibration naturelle. En conséquence, lorsque les fluctuations de pression d’une onde sonore résonnante frappent les dents du diapason, les dents subissent des forces successives à des intervalles appropriés pour produire une génération de son à la fréquence de vibration naturelle ou de son naturel. Si l’onde sonore résonante continue à exercer une force, l’amplitude d’oscillation du diapason augmentera et l’onde sonore émanant du diapason deviendra plus forte. Si les fréquences se situent dans la gamme de l’audition humaine, le son semble s’amplifier. Les chanteurs sont capables de briser du verre en chantant bruyamment une note à la fréquence vibratoire naturelle du verre. Les vibrations induites dans le verre peuvent devenir si fortes que le verre dépasse sa limite élastique et se brise. Des phénomènes similaires se produisent dans les formations rocheuses.
Tous les objets ont une fréquence naturelle ou un ensemble de fréquences auxquelles ils vibrent.
Les ondes sonores peuvent se potentialiser ou s’annuler en accord avec le principe de superposition et selon qu’elles sont en phase ou hors phase les unes avec les autres. Les ondes de toutes formes peuvent subir des interférences constructives ou destructives. Les ondes sonores présentent également des décalages Doppler – un changement apparent de fréquence dû au mouvement relatif entre la source d’émission du son et le point de réception. Lorsque les ondes sonores se déplacent vers un observateur, l’effet Doppler déplace les fréquences observées vers le haut. Lorsque les ondes sonores s’éloignent d’un observateur, l’effet Doppler déplace les fréquences observées vers le bas. L’effet Doppler est couramment et facilement observé dans le passage des avions, des trains et des automobiles.
La vitesse de propagation d’une onde sonore dépend de la densité du milieu de transmission. Les conditions météorologiques (par exemple, la température , la pression, l’humidité , etc.) et certaines caractéristiques géophysiques et topographiques (par exemple, les montagnes ou les collines) peuvent faire obstacle à la transmission du son. L’altération des ondes sonores par les conditions météorologiques courantes est généralement négligeable, sauf lorsque les ondes sonores se propagent sur de longues distances ou émanent d’une source à haute fréquence. Dans les cas extrêmes, les conditions atmosphériques peuvent courber ou altérer la transmission des ondes sonores.
La vitesse du son à travers un fluide – dont les gaz atmosphériques sont inclus dans cette définition de « fluide » – dépend de la température et de la densité du fluide. Les ondes sonores se déplacent plus rapidement lorsque la température et la densité du milieu sont plus élevées. Par conséquent, dans une atmosphère standard, la vitesse du son (reflétée par le nombre de Mach) diminue avec l’augmentation de l’altitude.
Les conditions météorologiques qui créent des couches d’air à des températures dramatiquement différentes peuvent réfracter les ondes sonores.
La vitesse du son dans l’eau est environ quatre fois plus rapide que la vitesse du son dans l’air. Le sondage SONAR du terrain océanique est un outil courant des océanographes. Des propriétés telles que la pression, la température et la salinité affectent également la vitesse du son dans l’eau.
Parce que le son se déplace si bien sous l’eau, de nombreux biologistes marins soutiennent que l’introduction de bruits d’origine humaine (par exemple, le bruit des moteurs, la cavitation des hélices, etc.) dans les océans au cours des deux derniers siècles interfère avec des méthodes de communication sonore entre animaux marins qui étaient auparavant bien adaptées à l’évolution. Par exemple, il a été démontré que le bruit d’origine humaine interfère avec les communications à longue portée des baleines. Bien que les implications à long terme de cette interférence ne soient pas entièrement comprises, de nombreux biologistes marins craignent que cette interférence ait un impact sur l’accouplement des baleines et conduise à de nouvelles réductions de population ou à l’extinction.
Voir aussi Aérodynamique ; Composition et structure atmosphérique ; Couches d’inversion atmosphérique ; Spectre électromagnétique ; Transformations de l’énergie ; Sismographe ; Sismologie
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