Physique chimie sujet grand oral Comment les lois des ondes permettent-elles de supprimer les sons indésirables dans les casques audio ?

« Lilou FERRIEU Grand oral de physique-chimie Question : Comment les lois des ondes permettent-elles de supprimer les sons indésirables dans les casques audio ? Introduction : Dans notre vie quotidienne, nous sommes en permanence entourés de sons : le bruit des transports, les conversations, ou encore la musique.

Si certains sons sont agréables, d’autres peuvent devenir gênants, voire fatigants, notamment dans les environnements bruyants. Pour y remédier, on utilise aujourd’hui des casques et des écouteurs à réduction de bruit, capables de diminuer fortement les sons extérieurs, donnant parfois l’impression qu’ils disparaissent complètement. Cela amène donc à se poser une question : comment est-il possible de faire disparaître un son ? Autrement dit, comment les lois des ondes permettent-elles de supprimer les sons indésirables dans les casques audio ? Pour répondre à cette problématique, nous verrons dans un premier temps ce qu’est un son et comment il se caractérise, puis nous expliquerons le principe de la réduction de bruit active à l’aide des interférences, avant d’aborder les limites de cette technologie et ses améliorations possibles. I – Le son : une onde qu’il faut comprendre pour la contrôler Tout d’abord, une onde est définie comme la propagation d’une perturbation sans transport de matière, mais avec transport d’énergie. On distingue deux grands types d’ondes : les ondes mécaniques, qui nécessitent un milieu matériel pour se propager, et les ondes électromagnétiques, qui peuvent également se propager dans le vide. Le son appartient à la première catégorie : il s’agit d’une onde mécanique longitudinale, qui se propage dans l’air à une vitesse d’environ 340 mètres par seconde, dans toutes les directions. On peut également définir le son comme une onde progressive périodique, c’est-à-dire une perturbation qui se reproduit de manière identique dans le temps et dans l’espace. Il est important de distinguer un son d’un bruit : un son est un signal périodique, alors qu’un bruit est irrégulier et aléatoire. Pour étudier un son, on utilise un microphone, qui transforme les vibrations sonores en un signal électrique de même fréquence.

Ce signal peut ensuite être visualisé à l’aide d’un oscilloscope. À l’inverse, un haut-parleur transforme un signal électrique en vibration sonore. Un son possède plusieurs caractéristiques importantes. Tout d’abord, la hauteur, qui dépend de la fréquence et permet de distinguer un son grave d’un son aigu. Ensuite, le timbre, qui correspond à la “signature” du son et permet de différencier deux instruments jouant la même note. Enfin, l’intensité sonore, qui correspond à la puissance du son perçue. Cette intensité est donnée par la relation : I=P/S où P est la puissance sonore et S la surface sur laquelle elle se répartit. Le niveau sonore se mesure en décibels grâce à la formule : L = 10 log (I / I0) Où I0 = 1,0 × 10⁻¹² W·m⁻², qui correspond au seuil d’audibilité, en sachant que le seuil de douleur se situe à 25 W·m⁻². Enfin, le son peut être atténué de deux manières : par éloignement de la source, on parle d’atténuation géométrique, ou par absorption, lorsqu’un matériau limite la propagation de l’onde sonore. II – La réduction de bruit active : annuler le son grâce aux interférences La réduction de bruit active repose sur une idée simple en apparence : utiliser une onde pour en annuler une autre. Ce phénomène s’explique grâce aux interférences, qui correspondent à la superposition de deux ondes. Pour que ces interférences soient observables, certaines conditions doivent être respectées : les ondes doivent être.... »