Que sont les ondes sonores ?

L'acoustique est la branche de la physique qui traite des ondes mécaniques. Cette étude des ondes sonores a commencé avec les observations des esprits les plus remarquables de la science. Le physicien italien Galileo Galilei du XVe siècle a fait une observation importante sur la relation entre la fréquence d'une onde et sa hauteur.

Le mathématicien français Marin Mersenne a été le premier à enregistrer la vitesse du son dans l'air en 1640. La compréhension des ondes sonores et des vibrations est une branche forte de l'acoustique, car elle couvre presque tous les aspects de la société moderne, en particulier en ce qui concerne l'audition et la communication. , pierres angulaires de la survie.

Comment les humains entendent

De l'oreille externe, le son pénètre dans le conduit auditif et dérive vers le tympan, qui vibre à cause des ondes entrantes. Les trois os de l'oreille, le marteau, l'enclume et l'étrier, reçoivent les vibrations et les amplifient avant de les envoyer à la cochlée, une structure remplie de liquide dans l'oreille interne. Le fluide à l'intérieur de la cochlée ondule et les stéréocils, des structures ressemblant à des cheveux, situés à différentes régions de la membrane basilaire, lancent les sons. Les extrémités des stéréocils s'ouvrent et les neurotransmetteurs créent des signaux électriques qui sont transmis au nerf auditif, qui les transfère au cerveau pour être reconnus.

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Qu'est-ce qui est le plus rapide : le son à travers l'eau ou l'air ?

Le son agit sur la surface d'un objet, le faisant réagir différemment avec divers médias. Les vibrations sont causées par le choc des particules, où chaque collision transmet l'énergie d'une particule à une autre. Certains comparent ce processus à une course de relais, où l'énergie est comme un bâton transféré d'un coureur à l'autre. L'air est un gaz qui n'a pas de résistance, il est donc facile de démarrer une vague, mais ce ne sera pas rapide. Parce que l'eau est plus dense que l'air, plus d'efforts sont nécessaires pour démarrer une vague. Mais une fois qu'il a commencé, l'énergie transférée d'une particule à l'autre aide les ondes sonores à se déplacer au moins quatre fois plus vite que dans l'air.

Briser la vitesse du son

À 68 degrés Fahrenheit, la vitesse du son est de 767 mph ou 1 125 pi/s. À mesure que la vitesse de l'objet augmente, la vitesse locale des ondes sonores s'accumule devant lui, créant ce que certains appellent une barrière. Lorsque l'objet atteint une certaine accélération, il éclate à travers les vagues, dépassant toutes les ondes sonores et la pression accumulée. Le résultat entendu au sol est l'explosion connue sous le nom de bang sonique.

La cause du tonnerre

Certains croient que la foudre et le tonnerre sont des phénomènes distincts, lorsqu'ils sont le produit d'une cause et d'un effet. Un éclair est une combinaison de lumière, de chaleur et d'énergie. En se déplaçant, il surchauffe l'air environnant, qui se dilate si vite qu'il crée le type de bang sonique appelé tonnerre.

Ernst Chladni

Né en Allemagne, physicien et musicien du XVIIIe siècle, Ernst Chladni s'intéressait à la musique et aux sciences, mais fut contraint d'étudier le droit en raison de la désapprobation de son père. Il a obtenu son diplôme en droit et, à la mort de son père, il s'est senti libre de poursuivre ses intérêts d'origine. S'appuyant sur les travaux du physicien anglais du XVIIe siècle, Robert Hooke, Chladni a inventé une méthode pour visualiser les ondes sonores sur le métal, appelée plaques Chladni. Sa démonstration a attiré l'attention et la faveur de Napoléon Bonaparte. Pour tout son travail dans ce domaine, il est connu de beaucoup comme le père de l'acoustique.

Mesure du son

Une onde sonore est composée de fréquence et d'amplitude. La fréquence mesure le nombre de vibrations sonores par seconde, tandis que l'amplitude mesure la puissance de l'onde. Les décibels, dB, désignent l'énergie des ondes sonores. Zéro décibel est le son détectable le plus doux, et chaque augmentation de 3 décibels double l'intensité du son. La parole normale est d'environ 65 dBA, mais des niveaux soutenus supérieurs à 85 dBA peuvent endommager l'audition. Par exemple, un concert de rock typique est de 120 dBA de pression acoustique qui peut endommager les stéréocils en moins d'une minute.

Le son voyage-t-il directement ?

La présence d'objets sur son chemin peut affecter le mouvement des ondes sonores. Par exemple, lorsque le son frappe un objet dur, il est réfléchi, formant un écho. Les objets plus mous absorbent les sons pour l'empêcher de voyager plus loin. Bien que les ondes sonores se déplacent en ligne droite, cela dépend de ce qui se trouve sur leur chemin. L'utilisation de ces caractéristiques d'écho et d'absorption aide les scientifiques à étudier les profondeurs océaniques.

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Psychoacoustique

L'étude de la façon dont les humains perçoivent certains sons est appelée psychoacoustique. Ce que le cerveau fait avec ce que les oreilles entendent dépend de nombreux facteurs, dont le temps et la fréquence. La psychoacoustique étudie la façon dont les ondes sonores se transforment en stimuli neuronaux ainsi que des applications plus commerciales, telles que les techniques de compression de données et la réduction du bruit audio dans les télécommunications. Les oreilles humaines ont une gamme de fréquences de 20 Hz à 20 000 Hz, qui diminue avec l'âge. Ce domaine peut aider les cliniciens à mieux comprendre la dynamique de la perte auditive.

Écholocalisation

Utilisé par les dauphins, les chauves-souris et les baleines, l'écholocation utilise des ondes sonores pour produire des échos. L'écho rebondit, retourne aux oreilles de l'animal, l'aidant à déterminer la distance, la taille et la forme. Pour les humains, l'écholocation peut faire la même chose. Les aveugles et les malvoyants créent des sons en tapant sur leurs cannes ou en claquant des doigts, ce qui peut les aider à s'orienter et à naviguer dans le monde.

Rechercher comment le son aide la mémoire

Les ondes thêta sont des impulsions électriques entre 4 et 7 Hz qui aident à induire la relaxation. Les scientifiques testent un dispositif d'entraînement qui utilise la combinaison du son et de la lumière pour améliorer l'activité des ondes thêta et améliorer la mémoire. Les résultats ont montré que l'augmentation de la mémoire et de l'activité thêta a duré un certain temps après la mise hors tension de l'appareil.