Une
membrane de haut-parleur, soumise à un signal électrique,
vibre. Cette vibration se propage dans l'air et elle est
perçue par le tympan de notre oreille. L'oreille interne
convertit
cette vibration mécanique en un signal électrique qui sera
interprété par notre cerveau comme un son.
A
la température de 20°C et pour une pression atmosphérique
de 1013hPa, cette vibration se propage dans l'air sec avec
une célérité c = 343m/s*.
La
vitesse de propagation du son dans un milieu est une des
caractéristiques physiques de ce milieu.
r =
masse volumique (1.3kg.m-3 pour l'air)
E
= module d'élasticité
c = coefficient de compressibilité isentropique = (1/r)[¶r/¶
P]s
g = coefficient de compression adiabatique
(g est le rapport des chaleurs spécifiques à pression
et volume constants g
= 1,407 pour l'air à 20°C)
P
= pression du gaz
Le
son est une vibration mécanique qui a besoin d'un support
( air, eau etc…) pour se propager. Un son ne peut pas
se propager dans le vide.
De
façon générale, on qualifie le son de bruit lorsque celui-ci
n'est pas souhaité.
Une
porte qui claque provoque un bruit, alors que une touche
de piano génère un son.
Théorème
de Fourier:
Tout
signal périodique, peut être décomposé en une suite finie
ou infinie de sinusoïdes pures (harmoniques), définissant
son spectre en fréquence.
Un
son est audible si son spectre fréquentiel est compris,
en partie au moins, entre 20Hz et 20kHz. Ceci étant, un
son audible peut contenir des harmoniques inaudibles.
La
perception sonore humaine dépend de plusieurs facteurs,
dont le principal est l'âge. Le spectre audible de l'oreille
d'un nourrisson est plus étendu que celui d'une personne
âgée.
*
Le caractère "v" sera réservé dans tout ce qui
suit à la vitesse d'une cible
Le caractère "c" représentera la vitesse (célérité)
de propagation d'une onde
Les
sons de fréquences très basses sont appelés infrasons et
ceux de fréquences supérieures à 20kHz sont appelés ultrasons.
Les ultrasons peuvent atteindre des fréquences de plusieurs
dizaines de MHz.
L'impédance
acoustique Z d'un milieu traduit la plus ou moins grande
aptitude de ce milieu à la pénétration des sons.
C’est un outil de description qui peut être utile mais
n’a pas de validité en soi. L’impédance acoustique
est le rapport entre une pression et un débit, c’est
à dire le flux de la vitesse acoustique à travers une surface.
La
célérité du son dans un milieu est proportionnelle à l'impédance
acoustique de ce milieu.
Z
= c . r
r
= masse volumique du milieu
c = célérité du son
Exemples
d'impédances acoustiques en fonction du milieu.
1rayl
= 1N.s.m-3
(1Rayleigh: système MKS)
Exemples
de célérités de propagation du son en fonction du milieu.
c
solide
> c liquide > c gaz
L'onde
sonore ou ultrasonore se propage en cédant une partie
de son énergie au milieu, il y a absorption. L'intensité
acoustique est associée à la puissance acoustique. Elle
correspond à l'énergie sonore captée par unité de temps
et par unité de surface. L'intensité (ou la puissance
acoustique) s'exprime en W/m2.
L'intensité
sonore diminue de façon exponentielle avec la distance
(Fig. I.1).
Cette
diminution est d'autant plus rapide que la fréquence est
grande.
I
= Io. exp(-KF2x)
K
= coefficient dépendant du milieu
F
la fréquence
x
la distance
Pour
un signal sonore de fréquence F = 1000Hz
-
le seuil d'audibilité est égal à: 10-12
W.m
-
le seuil de douleur est égal à:
1W.m2
Les
sons de fréquences basses s'affaiblissent nettement moins
vite dans un milieu
donné, que les sons de fréquences hautes. C'est la raison
pour laquelle, comme nous le verrons plus loin, les sondes
d'exploration abdominale utilisées en échographie sont
à fréquences plus basses que les sondes d'exploration
de vaisseaux superficiels.
