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Accueil du site > Tribune Libre > Chasseur de sons & micro directionnel

Chasseur de sons & micro directionnel

Tout son, tout bruit correspond à une activité, à un mouvement. Il y a partout et autour de nous des sons musicaux ou de nombreux bruits susceptibles de présenter un intérêt particulier dans de nombreux domaines : ambiance sonore pour un film, passion animalière, écoute clandestine, relaxation, etc. Le son peut être apaisant ou excitant selon le rythme, les notes (effets psychologiques). Le maire de Gajac (Gironde) a demandé l'inscription des bruits de la campagne au patrimoine national alors que des habitants de Grignols (Dordogne) : « ont été condamnés à vider leur mare parce que le bruit des grenouilles embêtait le voisin ». La différence entre son et bruit repose sur le plaisir ou le déplaisir qu'il nous cause. Le roulement des pneumatiques sur les pavés, le bruit d'une fontaine, la pluie sur une vitre, le bruissement des feuilles, des aboiements, le chant des oiseaux, le grondement du tonnerre en sont autant d'illustrations sonores. Chaque région présente une physionomie acoustique particulière : bruits d'activité humaine en ville, bruits champêtres dans les campagnes, le chant des cigales en Provence, etc.

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Cet article s'intéresse uniquement aux sons aériens et délaisse les sons solidiens ou liquidiens. La distance à laquelle l'oreille peut encore distinguer un son dépend de son intensité (amplitude), de sa fréquence (Hertz), de l'acuité auditive (dB), de la topographie et des conditions météorologiques. La longueur d'onde d'un son est égale à 340 m/s divisée par sa fréquence en Hz, un son de 10 kHz par exemple, a une longueur d'onde de 0.034 m. La hauteur d'un son (grave ou aigu) correspond au nombre de vibrations accomplies en une seconde, ou à la durée de sa vibration (T=1/F). Le timbre qui caractérise les différents instruments ou la tessiture de la voix naît de la superposition de sons simples (théorème de Fourier).

Pour mieux distinguer un son, on tend l'oreille vers la source sonore, pour la localiser, nous devons en déterminer la direction, l'azimut et la distance qui nous en sépare, et dans certains cas en apprécier la vitesse de déplacement. La connaissance que nous avons des sons joue un grand rôle dans leurs interprétations. Un son non mémorisé ne sera pas reconnu. Quand le son se propage, les molécules ne se déplacent quasiment pas, elles oscillent autour de leur position d'équilibre (comme un bouchon sur les vagues), seul l'ébranlement se transmet à distance, et la position de la molécule dans son orbite correspond à sa phase (sinusoïde). Si la source sonore est dans l'axe du visage, les trajets sonores depuis la source jusqu'aux oreilles sont d'égale longueur. Les sons parviennent en même temps et en phase à chaque oreille. Un son provenant d'une source située sur la droite, par exemple, atteindra l'oreille droite avant de parvenir à l'oreille gauche, le décalage de temps entre les oreilles atteint 0.00062 seconde (distance entre les oreilles 21 cm).

Le son ne se propage pas instantanément, on perçoit d'abord l'éclair, ensuite le bruit du tonnerre, et le temps écoulé nous renseigne sur la distance de l'orage. Les sons de fréquences différentes se propagent à une vitesse uniforme d'environ 340 m/s. Comme la lumière, les sons se réfléchissent sur les obstacles qu'ils rencontrent, les matériaux durs les réfléchissent mieux que les corps mous ou souples (feuillage, voilage). Le grondement du tonnerre s'explique par les réflexions multiples du son entre le sol et le plafond nuageux. Les obstacles situés dans le champ sonore déterminent une augmentation de la pression sur la face exposée à l'onde sonore, et à une diminution de la pression sur l'autre face. Les différences de pression engendrées dépendent de la taille et de la forme de l'obstacle, de sa nature et de la longueur d'onde du son. Les sons peuvent « épouser » un obstacle et le « contourner ». Deux personnes séparées par une surélévation de terre et qui ne peuvent se voir, peuvent cependant communiquer, le son est simplement affaibli.

Le son se répand en cercles concentriques dont la surface croît comme le carré du rayon, conclusion, l'intensité décroît en raison inverse du carré de la distance. Dans une ambiance calme, on a une atténuation de 6 dB chaque fois que la distance double. Une conversation d'un niveau sonore de 60 dB à un mètre n'en possédera plus que 24 dB à 64 mètres. Pour rester parfaitement distincts, les sons doivent avoir une intensité supérieure aux bruits ambiants d'une vingtaine de dB. Pour la voix, les bruits qui précèdent les voyelles sont les consonnes explosives (B,P,D,T,G,K), voilà pourquoi elles s'entendent moins loin que les voyelles ou qu'elles sont moins bien perçues.

Le phénomène d'écho correspond à la répétition d'un son réfléchi par un obstacle éloigné. Les impressions auditives persistent environ 1/10 de seconde, soit une distance parcourue de 34 m dans l'air. Un obstacle distant de 34 mètres en ligne droite renverra le son après 1/5 de seconde (1/10 pour l'aller et 1/10 retour). S'il faut environ 1/10 sec pour prononcer une syllabe et si l'obstacle est plus proche, le son réfléchi empiètera sur la syllabe suivante, si l'obstacle est à une distance plus grande, un certain temps s'écoulera entre la fin de la syllabe et l'écho. Pour les échos polysyllabiques, il suffit de multiplier la distance en proportion du nombre de syllabes , deux pour 68 m, 3 pour 102 m, etc. (approximation). Les échos multiples (reproduisant plusieurs fois de suite le même son) se forment en présence de plusieurs obstacles situés à des distances différentes. Dans les édifices à voutes (églises, caves), l'effet d'écho s'explique par les surfaces paraboliques à un seul foyer où convergent les rayons sonores.

En montagne, les sons perdent de leur intensité en raison de la raréfaction des molécules (le phénomène est négligeable en basse montagne) et semblent plus éloignés qu'ils ne le sont en réalité. Un son nocturne porte plus loin qu'un même son diurne. Les raisons avancées reposent sur le fond sonore plus faible et la différence de température des couches d'air de densité inégale (réfraction). Le son voyage plus facilement du bas vers le sommet que du sommet vers la vallée. L'effet Doppler (1842), lorsque l'ambulance se rapproche, le ton de la sirène paraît plus aigu que lorsqu'elle s'éloigne. Si le véhicule se déplace à 14 m/s, soit environ 1/24 de la vitesse du son, le rapport sera altéré de 24 à 25.

La prise de sons à distance impose l'utilisation d'un réflecteur parabolique ou d'un micro-canon qui a pour effet de recueillir et de concentrer les sons (pression acoustique) sur le microphone. L'efficacité d'une parabole dépend de : sa surface (une parabole de 1 mètre de diamètre recueille 1600 fois plus d'énergie sonore qu'un simple microphone), de la longueur d'onde et du rendement de la surface. Pour un diamètre donné, le gain croît comme le carré de la fréquence, et le gain diminue de 6 dB par octave (30 dB à 10 kHz - 24 dB à 5 kHz - 18 dB à 2.5 kHz - 12 dB à 1.25 kHz). La captation peut atteindre une centaine de mètres dans d'excellentes conditions atmosphériques (toujours éviter de se placer contre le vent), la distance pratique restant d'une trentaine de mètres. La parabole elle est plus directive pour les aigus, elle présente une prise au vent importante (un vent de 10 km/h exerce une pression de 12 kg /m2), et reste difficile à dissimuler. La solution, se tourner vers un micro-canon qui pourra être dissimulé dans un objet usuel.

Le micro-canon se comporte comme une caisse de résonance pour une fréquence déterminée. La réflexion du son sur la paroi interne entraîne un renforcement de cette fréquence tout en agissant sur la directivité. Le comportement des molécules d'air y est comparable à une rangée de pendules se touchant. Lorsque le premier reçoit une impulsion, il la communique au suivant et ainsi de suite de proche en proche. Lorsque le dernier est atteint, le mouvement repart en sens inverse, le cycle de se poursuivre. La vibration parcourt le tuyau dans le sens longitudinal d'un mouvement d'aller-retour. A chaque extrémité, il y a un ventre de vitesse et une zone de basse pression où l'agitation est à son maximum, pour ensuite diminuer jusqu'aux nœuds de vitesse où elle s'éteint. La distance entre deux nœuds ou de deux ventres consécutifs correspond à la longueur d'onde, et chaque molécule amorce son déplacement en retard sur celle qui la précède (déphasage).

La longueur du tuyau définit la hauteur du son et le diamètre le timbre. Les harmoniques d'un son fondamental correspondent aux sons qui font 2,3,4... vibrations (résonance multiple) pendant que l'autre n'en fait qu'une seule. Un tuyau fermé a toujours le même son fondamental qu'un tuyau ouvert de longueur double, les harmoniques d'ordre pair manquent, il rend seulement les harmoniques 1,3,5,7,9,11, etc. Plus le tube est court par rapport au diamètre, plus il favorise la fondamentale au détriment des harmoniques. Pour bénéficier d'une gamme musicale étendue, il faut disposer d'une série de tuyaux de longueurs différentes, chaque tuyau ne « donnant » que sa note fondamentale (principe de la flûte de pan). Lorsque l'on divise la longueur d'un tube par 2, on passe à l'octave supérieur (quatre tubes de longueur 40, 20, 10 et 5 cm donneront une étendue de 4 octaves). En connaissant la longueur d'un tube, on calcule les longueurs décroissantes suivantes en multipliant par 0.94388 ou 1.0594 pour l'ordre croissant (la musique occidentale compte 12 intervalles dans l'octave).

Une première idée de micro directionnel est de réunir 37 tubes de faible diamètre (10 mm) de différentes longueurs selon une progression de 2,5 cm : 100 cm - 97,5 - 95 cm, et ainsi de suite. Vous accolez les tubes de 100 et 97,5 et y insérez celui de 95 cm de façon à former un triangle (pensez à en aligner la base), de poursuivre dans le sens horaire afin d'obtenir une forme d'hélice contenue dans un diamètre de 70 millimètres. Le « fagot » terminé, vous en coiffez la base, en forme d'hexagone, d'un entonnoir qui recevra le microphone.

Autre principe applicable, celui de la flûte ou de la clarinette dont le tuyau sonore est percé de trous que les clefs permettent de fermer et d'ouvrir à volonté. Dans un tuyau fermé à une extrémité, la vitesse de l'air est nulle, si le tube est percé en un endroit, l'équilibre de pression impose un nœud de pression et un ventre de vitesse. La distance parcourue par le mouvement A-R étant plus courte, la colonne d'air à l'intérieur du tube vibre de manière que les ventres correspondent aux orifices ouverts. La densité de l'air étant identique à celle à l'extérieur, le son n'éprouve aucune modification au contraire des nœuds où la densité de l'air y est variable.

Pour la construction d'un micro-canon (ultra cardidoïde), reportez-vous au schéma. La longueur du tube (PVC, métal ou carton) est de 500 millimètres et les ouvertures placées à : 477, 451, 422, 391, 350, 301, 238 et 150 mm. L'emplacement des ouvertures suit la progression des logarithmes, prenons un tube de 250 millimètres, les ouvertures seront à 250.log1 =0, 250.log2 =75 mm, 250.log3 =119 mm, 250.log4 = 150 mm et ainsi de suite. L'ouverture des lumières correspond au tiers de la circonférence et leur largeur à 1/10 du diamètre (rien ne vous empêche d'expérimenter d'autres valeurs). L'étendue en fréquence s'étend de : F1 = 165 à 550 Hz, F3 = 495 à 1650 Hz et F5 825 à 2750 Hz (zone de fréquence de plus grande sensibilité de l'oreille). Vous pourrez placer un tulle sur le tube et son extrémité (bonnette anti-vent) et lui adjoindre un tube coulissant sur la face extérieure. Le tirage vous permettra de faire varier le volume de l'air vibrant pour en modifier les fréquences, principe du résonateur de König (ces principes peuvent être mis en oeuvre pour réaliser un modérateur de son ou silencieux). Le résultat dépend également du type de microphone : dynamique - electret - à ruban, etc., (sensibilité et courbe de réponse), de l'adaptation d'impédance, de la bande passante de l'amplificateur, du casque ou du magnétophone. Bonne chasse aux sons.

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5 réactions à cet article    


  • Decouz 31 mai 10:17

    L’affaiblissement des consonnes suivant la distance ou certains médias comme les transmissions radio ou téléphoniques, donne lieu à des pratiques professionnelles particulières : j’avais lu que les pêcheurs ou certains pêcheurs parlaient en voyelles d’un bateau à l’autre, pour couvrir le son des vagues, ces voyelles étaient perçues, les consonnes non.

    Il y a aussi la manière d’épeler dans les télé communications pour être sur de la lettre, A comme Alfa, B comme Bravo, on peut y introduire des fantaisies ou des messages politiques, j’avais entendu une opératrice dire N comme Noriega.

    Les sifflements de certains bergers servent également à palier l’affaiblissement de la voix, quant aux tam-tams leurs fréquences dans les graves leurs donnent une portée importante et permettent ou permettaient de transmettre des messages.


    • MagicBuster 31 mai 10:44

      On a du mal à se rendre compte que les sons sont des ondes exactement comme la lumière.

      Il y a les ondes qu’on voit , celles qu’on entend et la majeure partie qui nous est totalement invisible / inaudible sans appareillage.

      Les fréquences télécoms comme la 5G viennent s’ajouter dans ce brouhaha ...

      Ça ne va pas faire plaisir à tous.

      De grosses régressions sont constatées et posent de bonnes questions.

      https://www.inpact-hardware.com/article/668/104087-portrait-ondes-millimetriques-au-cur-futurs-reseaux-5g-et-facebook

      Comme l’explique l’association SEE, les ondes millimétriques doivent « composer avec la forte atténuation par les murs, les feuillages et les gaz de l’atmosphère. En particulier, les signaux aux alentours de 60 GHz correspondent à une fréquence de résonance de la molécule O2 et sont sévèrement atténués ». Bref, un peu de pluie ou des nuages menaçants et les données partent à l’eau.

      https://www.cnews.fr/vie-numerique/2019-05-28/la-5g-pourrait-perturber-les-previsions-meteo-844886

      Pour mieux communiquer, il va falloir éliminer l’eau . . .

      Qui est prêt ?


      • zygzornifle zygzornifle 31 mai 12:52

        les écoutes de l’Élysée en font partie .....


        • Alexis 31 mai 15:00

          « en multipliant par 0.94388 ou 1.0594 »

          Vous auriez pu tout simplement évoquer la racine douzième de 2 :

          2^(1/12) = 1.05946309436



          • sls0 sls0 31 mai 15:54

            Pour les mesures accoustiques de pièces ou studios j’emploie REW, avec un bon micro de mesure il est top et gratuit.

            Un peu hors sujet :

            Les vagues sont aussi des ondes, en observant leur changement d’amplitude et de longueur d’onde celui qui a l’habitude peut en déduire aproximativement la bathymétrie.

            Chez moi il y a le risque tsunami et onde de tempête, ça sert la bathymétrie.

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