Échographie : Technique d'imagerie médicale utilisant des ultrasons (f > 20 kHz) pour visualiser les structures internes du corps.
- Émission d'une impulsion ultrasonore
- Mesure du temps de retour de l'écho
- Utilisation de la relation d = v × t
- Division par 2 car l'onde fait un aller-retour
L'onde ultrasonore se propage dans le tissu à une vitesse moyenne de 1540 m/s.
L'onde est réfléchie aux interfaces entre tissus de densités différentes.
Si le temps de retour est de 50 μs, l'aller-retour prend 50×10⁻⁶ s.
d_aller-retour = v × t = 1540 × 50×10⁻⁶ = 0.077 m = 7.7 cm
La distance à l'interface est d = 7.7 / 2 = 3.85 cm.
La distance à une interface tissulaire en échographie se calcule avec d = (v × t) / 2, où v = 1540 m/s est la vitesse moyenne dans les tissus et t le temps de retour de l'écho.
• Formule : d = (v × t) / 2
• Vitesse dans tissus : v ≈ 1540 m/s
• Division par 2 : Aller-retour de l'onde
Sonar : Système de détection et de navigation utilisant la propagation des ondes sonores dans l'eau pour localiser des objets.
Le sonar émet une impulsion acoustique dans l'eau.
L'onde se propage à la vitesse du son dans l'eau : v ≈ 1480 m/s.
L'onde est réfléchie par l'obstacle (bateau coulé, banc de poissons, fond marin).
Le sonar capte l'écho et mesure le temps écoulé.
Si t = 0.1 s, alors d = (1480 × 0.1) / 2 = 74 m.
La profondeur d'un obstacle en sonar se calcule avec d = (v × t) / 2, où v = 1480 m/s est la vitesse du son dans l'eau et t le temps de retour de l'écho.
• Formule : d = (v × t) / 2
• Vitesse dans l'eau : v = 1480 m/s
• Division par 2 : Trajet aller-retour
Résonance : Phénomène où un système oscille à sa fréquence naturelle lorsqu'il est excité par une onde de même fréquence.
Une corde de guitare est pincée, créant des vibrations à une fréquence fondamentale.
Les vibrations se transmettent au corps de la guitare.
Le corps résonne à certaines fréquences, amplifiant le son.
Chaque instrument a des modes de vibration propres qui déterminent son timbre.
La caisse de résonance amplifie les fréquences correspondant aux modes propres.
La résonance dans les instruments amplifie les sons en exploitant les modes de vibration naturels du corps de l'instrument, qui résonne aux fréquences correspondant à celles produites par les cordes.
• Résonance : Fréquence excitatrice = Fréquence propre
• Amplification : Maximum à la résonance
• Timbre : Déterminé par les modes propres
Acoustique architecturale : Étude de la propagation du son dans les espaces construits pour optimiser la qualité sonore.
Temps nécessaire pour que le son diminue de 60 dB après l'arrêt de la source.
TR = 0.16 × V / A, où TR est le temps de réverbération, V le volume de la salle, A l'absorption acoustique totale.
Les matériaux comme la moquette, les rideaux, les panneaux absorbants réduisent la réverbération.
Les surfaces parallèles peuvent causer des échos parasites (flutter echoes).
Une salle de concert idéale a un TR entre 1.8 et 2.2 secondes.
L'acoustique d'une salle dépend du temps de réverbération, des matériaux utilisés et de la forme de la pièce, avec pour objectif une distribution uniforme du son sans échos parasites.
• Sabine : TR = 0.16 × V/A
• Concert : TR idéal = 1.8-2.2 s
• Matériaux : Ajustement de l'absorption
Propagation dans les solides : Les ondes sonores se propagent plus rapidement dans les solides que dans les fluides en raison de leur structure moléculaire plus dense et rigide.
v = √(E/ρ), où E est le module d'élasticité (Young) et ρ la densité.
Acier : v ≈ 5000 m/s, Eau : v ≈ 1480 m/s, Air : v ≈ 343 m/s.
Dans les solides : ondes longitudinales (compression/raréfaction) et transversales (cisaillement).
Sismologie, contrôle non destructif des matériaux, détection de fissures.
Les ondes dans les solides peuvent être atténuées par la viscosité et la structure interne.
Les ondes sonores se propagent plus rapidement dans les solides que dans les fluides, avec v = √(E/ρ), permettant des applications comme la sismologie et le contrôle non destructif.
• Formule : v = √(E/ρ)
• Solide > Liquide > Gaz
• Types d'ondes : Longitudinales et transversales
Effet Doppler : Changement de fréquence d'une onde perçue par un observateur en mouvement relatif par rapport à la source.
Δf = (2f₀v cos θ)/c, où Δf est le décalage de fréquence, f₀ la fréquence émise, v la vitesse du sang, θ l'angle du faisceau, c la vitesse du son.
Utilisé pour mesurer la vitesse du flux sanguin dans les vaisseaux.
Si Δf = 2000 Hz, f₀ = 5 MHz, θ = 60°, c = 1540 m/s, alors v = (Δf × c) / (2f₀ cos θ).
v = (2000 × 1540) / (2 × 5×10⁶ × cos 60°) = 3080000 / (10⁷ × 0.5) = 0.616 m/s.
Une vitesse sanguine élevée peut indiquer un rétrécissement artériel.
L'effet Doppler en échographie permet de mesurer la vitesse du flux sanguin avec Δf = (2f₀v cos θ)/c, où Δf est le décalage de fréquence observé.
• Formule Doppler : Δf = (2f₀v cos θ)/c
• Angle : Important pour la précision
• Application : Diagnostic cardiovasculaire
Navigation par sonar : Technique de localisation et de cartographie sous-marine basée sur la propagation et la réflexion des ondes acoustiques.
Le sonar envoie des impulsions dans différentes directions pour cartographier le fond marin.
Les échos permettent de localiser des objets immergés (épaves, obstacles).
Les données sont traitées pour créer une carte bathymétrique du fond.
Les sous-marins utilisent le sonar pour naviguer en immersion.
La portée est limitée par l'atténuation du son dans l'eau et les interférences.
Le sonar permet la navigation et la cartographie sous-marine en émettant des impulsions acoustiques et en analysant les échos pour déterminer la position des objets et la topographie du fond.
• Principe : Réflexion des ondes acoustiques
• Cartographie : Traitement des échos
• Applications : Navigation, recherche, détection
Synthèse sonore : Technique de génération de sons par des moyens électroniques ou numériques, basée sur la reproduction des caractéristiques acoustiques des instruments.
On analyse le spectre harmonique d'un instrument réel pour en reproduire le timbre.
On utilise des oscillateurs pour générer les fréquences fondamentales et harmoniques.
On modifie l'amplitude en fonction du temps (attack, decay, sustain, release).
On applique des filtres pour modifier le spectre de fréquence et reproduire le timbre.
On peut aussi utiliser des échantillons réels d'instruments pour une reproduction fidèle.
La synthèse sonore reproduit les caractéristiques acoustiques des instruments en générant les fréquences fondamentales et harmoniques avec les bonnes enveloppes temporelles et spectrales.
• Spectre : Clé du timbre
• ADSR : Attack, Decay, Sustain, Release
• Techniques : Subtractive, additive, échantillonnage
Haut-parleur : Convertisseur électroacoustique qui transforme un signal électrique en onde sonore audible.
Un courant électrique traverse une bobine placée dans un champ magnétique, produisant un mouvement.
Le mouvement de la bobine est transmis à une membrane qui crée les variations de pression.
Un haut-parleur a une plage de fréquences optimales (woofers pour graves, tweeters pour aigus).
Les haut-parleurs ont une réponse directionnelle qui dépend de leur taille et de la fréquence.
L'impédance varie avec la fréquence et affecte le rendement du système.
Un haut-parleur convertit un signal électrique en onde sonore par interaction électromagnétique, avec une réponse en fréquence et une directivité qui dépendent de sa conception.
• Principe : Force de Lorentz
• Réponse : Dépend de la taille et du design
• Applications : Audio, Hi-fi, PA systems
Imagerie par ultrasons : Technique d'imagerie médicale non invasive utilisant des ondes acoustiques de haute fréquence pour visualiser les structures internes du corps.
Les fréquences varient de 2 MHz à 15 MHz selon l'application (superficielle ou profonde).
Le transducteur émet et reçoit les ultrasons via un cristal piézoélectrique.
A-mode (amplitude), B-mode (brillance), M-mode (mouvement), Doppler (flux).
Les échos sont traités pour former des images en temps réel des structures internes.
Obstétrique, cardiologie, évaluation des organes, guidage de procédures médicales.
L'imagerie médicale par ultrasons utilise des ondes acoustiques de haute fréquence pour créer des images en temps réel des structures internes, avec divers modes d'imagerie selon les besoins diagnostiques.
• Fréquences : 2-15 MHz
• Transducteur : Piézoélectrique
• Avantages : Non ionisant, temps réel
