Interférences sonores | Ondes et signaux - Physique Chimie Seconde

• 1 Deux sources sonores émettant des ondes de même fréquence
• 2 Les sources doivent être cohérentes (phase fixe entre elles)
• 3 Les ondes doivent se rencontrer dans un même espace
• 4 Le phénomène est observable dans un volume suffisamment grand

Lorsque deux ondes se rencontrent, l'amplitude résultante en un point est la somme algébrique des amplitudes des ondes individuelles.

Si les ondes sont en phase, elles s'ajoutent (interférence constructive).

Si les ondes sont en opposition de phase, elles se soustraient (interférence destructive).

L'interférence est constructive quand les ondes arrivent en phase en un point.

• Différence de marche : δ = nλ (où n est un entier)
• Décalage de phase : Δφ = 2πn radians
• Résultat : amplification du signal (volume plus fort)

L'interférence est destructive quand les ondes arrivent en opposition de phase en un point.

• Différence de marche : δ = (n + ½)λ (où n est un entier)
• Décalage de phase : Δφ = π(2n + 1) radians
• Résultat : affaiblissement ou annulation du signal (volume plus faible)

Lorsque deux ondes sinusoïdales de même amplitude et fréquence se superposent :

• En phase → amplitude double
• En opposition de phase → amplitude nulle
• Phase intermédiaire → amplitude entre 0 et 2A

La différence de marche δ est la différence des distances parcourues par deux ondes partant de sources distinctes S₁ et S₂ pour arriver en un même point M.

Où :

• d₁ = distance de la source S₁ au point M
• d₂ = distance de la source S₂ au point M

Pour observer une interférence stable, la différence de marche doit être constante.

Les conditions pour les interférences sont :

• Constructive : δ = nλ (où n est un entier)
• Destructive : δ = (n + ½)λ (où n est un entier)

Deux haut-parleurs identiques (S₁ et S₂) sont alimentés par le même générateur de fréquence f.

Les ondes émises ont la même fréquence, la même amplitude et une phase fixe entre elles.

Un microphone mobile permet de détecter les variations d'intensité sonore dans l'espace.

• 1 Zones de forte intensité (ventres) correspondant aux interférences constructives
• 2 Zones de faible intensité (nœuds) correspondant aux interférences destructives
• 3 Alternance régulière de ces zones
• 4 La figure d'interférence est stable dans le temps

• Distance entre les sources (affecte la figure d'interférence)
• Fréquence des ondes (affecte la longueur d'onde)
• Position du microphone (permet de repérer les zones)

Les figures d'interférence sont composées de :

• Lignes nodales : lieux des points où l'interférence est destructive (volume minimum)
• Lignes antinodales : lieux des points où l'interférence est constructive (volume maximum)

Les lignes nodales et antinodales ont une forme hyperbolique :

• Elles sont symétriques par rapport à la médiatrice du segment reliant les deux sources
• Le nombre de lignes dépend de la distance entre les sources et de la longueur d'onde
• Plus les sources sont proches, plus les figures sont espacées

Pour une source S₁ en (-a/2, 0) et S₂ en (+a/2, 0) :

Les lignes nodales vérifient : |d₂ - d₁| = (n + ½)λ

Les lignes antinodales vérifient : |d₂ - d₁| = nλ

Où n est un entier et λ la longueur d'onde.

Technologie utilisée dans les casques audio pour réduire les bruits parasites.

• Microphone capte le bruit ambiant
• Le système génère une onde en opposition de phase
• Interférence destructive du bruit indésirable
• Permet d'entendre clairement les sons désirés

Conception des salles de concert et des studios d'enregistrement.

• Étude des modes propres de vibration
• Placement stratégique des sources sonores
• Évitement des zones de silence ou de renforcement excessif
• Optimisation de la qualité sonore

Configuration des systèmes audio pour optimiser la reproduction sonore.

• Placement des haut-parleurs dans une salle
• Étude des interférences entre les différents canaux
• Création d'effets spatiaux (stéréo, surround)

Techniques de mesure et d'analyse des ondes sonores.

• Mesure de la vitesse du son
• Étude des propriétés des milieux
• Localisation de sources sonores

On utilise la relation : v = f × λ

Donc : λ = v / f = 340 / 500 = 0,68 m

La longueur d'onde est de 0,68 mètre.

La différence de marche est : δ = |d₂ - d₁|

δ = |4,1 - 3,4| = 0,7 m

La différence de marche est de 0,7 mètre.

Pour déterminer le type d'interférence, on compare δ à λ :

δ = 0,7 m et λ = 0,68 m

δ ≈ λ = 1 × λ → interférence constructive

Le son est renforcé en M (volume plus fort).

On utilise la relation : v = f × λ

Donc : λ = v / f = 340 / 340 = 1 m

La longueur d'onde est de 1 mètre.

Pour une interférence destructive, la différence de marche doit être : δ = (n + ½)λ

Soit δ = (n + ½) × 1 = n + 0,5 mètres

Supposons que M est à une distance x de S₁ sur la droite (S₁S₂), et que S₂ est à une distance d = 2 m de S₁.

Si M est entre S₁ et S₂ : d₁ = x et d₂ = 2 - x

δ = |d₂ - d₁| = |2 - x - x| = |2 - 2x|

Pour une interférence destructive : |2 - 2x| = n + 0,5

Deux cas possibles :

Cas 1 : 2 - 2x = n + 0,5 → x = (2 - n - 0,5)/2 = (1,5 - n)/2

Cas 2 : 2 - 2x = -(n + 0,5) → 2 - 2x = -n - 0,5 → x = (2 + n + 0,5)/2 = (2,5 + n)/2

Pour n = 0 : x = 1,5/2 = 0,75 m ou x = 2,5/2 = 1,25 m

Les points situés à 0,75 m ou 1,25 m de S₁ sur le segment [S₁S₂] présentent une interférence destructive.

• 1 Les interférences sonores résultent de la superposition de deux ondes de même fréquence
• 2 Conditions : sources cohérentes, même fréquence, même amplitude
• 3 Phénomène observable dans l'espace

• 1 Constructive : δ = nλ → amplification
• 2 Destructive : δ = (n + ½)λ → affaiblissement
• 3 Différence de marche : δ = |d₂ - d₁|

• 1 Lignes nodales (zones de silence)
• 2 Lignes antinodales (zones de renforcement)
• 3 Forme hyperbolique

• 1 Annulation active du bruit
• 2 Acoustique architecturale
• 3 Systèmes de haut-parleurs
• 4 Contrôle acoustique