Écouter l’audio:
Devise : En fait, c’est l’audition, et non la vision, qui est le sens social le plus important des êtres humains. Le système auditif est leur organe de communication le plus important.
Système D’Information Visuelle Versus Auditive
Un système visuel d’alerte précoce a des capacités limitées. Mentionnons seulement deux aspects : la portée et l’interprétation par la perception visuelle humaine. Il faut regarder dans la bonne direction pour enregistrer un signal visuel. La source de ce signal peut être derrière un obstacle inattendu. Vous pourriez vous trouver dans un espace rempli de fumée, et la luminosité d’un feu peut masquer un signal ou une instruction visuelle d’avertissement. L’œil humain ne peut pas extraire un indice visuel de la luminosité des flammes. L’intensité des flammes peut vous aveugler, rendant d’autres aspects imperceptibles…
Un signal acoustique est interprété par les humains de manière beaucoup plus complexe. Par exemple, la perte du son en regardant un film est beaucoup plus perturbante que la perte de l’image. Un système d’alerte acoustique, par exemple une sirène d’évacuation, remplit sa fonction même dans le chaos total, lorsque l’on suit inconsciemment ses instructions. Le système auditif peut extraire les instructions de contrôle d’un Système d’Alerte d’Urgence même lorsque le bruit de fond (par exemple, l’effondrement des murs, le rugissement du feu, etc.) est au même niveau que le signal d’alerte, car la parole est un signal corrélé : les mots individuels se suivent logiquement. Les instructions acoustiques sont accessibles depuis n’importe quelle position, même dans un environnement enfumé. Il existe un vaste domaine scientifique, la psychoacoustique, qui traite de ces aspects et de bien d’autres. Il n’existe pas d’équivalent connu dans le contexte de la perception visuelle.
Transmission D’Information à Travers Un Médium
Toute transmission d’information dépend du transfert d’énergie. Le transport d’information, ou d’énergie, peut nécessiter ou non un médium intermédiaire. Dans le cas du son, le médium nécessaire est l’atmosphère terrestre. Son avantage est son omniprésence, ce qui fait du son un outil dominant pour transmettre des informations d’alerte et des instructions connexes via les systèmes acoustiques d’alerte massive.
L’Atmosphère Terrestre Comme Gaz
L’énorme masse d’air exerce sur nous une force que nous ne remarquons même pas. Cette force, normalisée par unité de surface, définit la pression atmosphérique. La pression atmosphérique diminue avec l’altitude et est directement proportionnelle à la densité des molécules d’air (dominées par l’oxygène et l’azote). Au niveau de la mer, la pression atmosphérique exerce environ 10 tonnes par mètre carré. La pression atmosphérique agit de manière égale de tous les côtés, quelle que soit la position du corps.
Les forces intermoléculaires dans un gaz sont attractives à très courte distance (faibles forces de Van der Waals) et répulsives à longue distance. La force répulsive permet à un gaz d’occuper un volume illimité. Sans gravité, l’atmosphère terrestre se disperserait ; même le vent solaire ne serait pas nécessaire. La force attractive rapproche les molécules, donnant au gaz réel une tendance à occuper un volume inférieur à celui d’un gaz idéal. Lorsque, en raison d’une perturbation propagée, les atomes d’oxygène et d’azote se rapprochent étroitement, un contact physique se produit car aucune force répulsive ne l’empêche. L’interaction dominante dépend de la température et de la pression. À la pression et température atmosphériques terrestres, l’air reste un gaz et est donc disponible pour les Systèmes d’Alerte Acoustique.
Qu’est-Ce Que Le Son
Dans le contexte du son, la pression atmosphérique peut être considérée comme constante. L’oreille ne perçoit pas la pression atmosphérique ni ses changements lents (par exemple, dus au temps). Elle est même adaptée à de tels changements lents (trompe d’Eustache). Mais : l’oreille détecte des changements très rapides de la pression atmosphérique. En bref, le son est un changement suffisamment rapide (mais pas trop) et simultanément suffisamment important de la pression atmosphérique actuelle. L’oreille enregistre des variations de pression durant entre 0,050 et 0,000050 secondes. Si les changements durent plus de 0,050 secondes ou moins de 0,000050 secondes, nous ne les entendons pas. Encore une fois : l’oreille ne détecte que la dynamique rapide de la pression atmosphérique. Et ce sont précisément ces changements rapides que génèrent les dispositifs d’alerte des systèmes publics. Comparées à la pression atmosphérique, les amplitudes de ces variations dynamiques (créant le son) sont très faibles. Exprimées en pourcentage de la pression atmosphérique, elles varient de 0,000000020 % (seuil de l’audition) à 0,1 % (seuil d’inconfort). Pour illustration : le seuil de l’audition correspond au bourdonnement d’un moustique à trois mètres.
Interprétation De La Génération Du Son Au Niveau Moléculaire
Les particules sonores ont des forces mutuelles minimales et négligeables. Les molécules individuelles se déplacent librement et de manière chaotique dans ce qu’on appelle le mouvement brownien. Ce mouvement crée également des variations dynamiques rapides de la pression atmosphérique, mais trop faibles pour le son. Pour générer du son, il faut provoquer une compression collective rapide et une raréfaction subséquente de la densité des particules, c’est-à-dire de la pression atmosphérique locale, ce que fait exactement un dispositif d’alerte électronique. Imaginons générer ce processus une fois. Localement, nous créons un événement : une perturbation de la pression atmosphérique stable. Nous avons généré une perturbation sonore. Bien — mais comment l’oreille la détecte-t-elle même à distance ? Parce que cette perturbation atmosphérique (le son) se propage dans l’espace, via le médium, l’atmosphère.
Mécanisme De Propagation De La Perturbation Acoustique Dans L’Atmosphère
Remarque : La description verbale ci-dessous est illustrée visuellement dans la Partie 2, ne soyez donc pas découragé.
L’air est compressible (ce qui n’est pas surprenant, car l’espace entre les molécules d’air dispersées est presque un vide).
Que le stimulus initial soit, par exemple, la vibration de la membrane d’un dispositif d’alerte. La membrane entre en collision avec la molécule d’air la plus proche, la molécule #1, lui transmettant quantité de mouvement et énergie cinétique. Cette première particule attaquante parcourt une certaine distance (dépendant de sa masse et du déplacement de la membrane) et entre en collision avec la particule voisine, la molécule #2. Cette collision est élastique car les molécules d’air sont élastiques. Ce n’est qu’au moment de l’impact que les forces intermoléculaires entrent en jeu.
La première particule transfère une partie de sa quantité de mouvement à la deuxième particule conformément à la loi de conservation de la quantité de mouvement, la poussant dans la direction de la force cinétique de la particule #1.
L’énergie restante excite les deux particules, pouvant éventuellement leur donner une rotation. En raison de l’élasticité des particules et de la troisième loi de Newton, la particule #1 est repoussée en arrière — à moins qu’elle ne soit immédiatement frappée par la particule attaquante suivante #3. Sinon, la particule #1 s’arrêterait simplement et continuerait à se déplacer de manière chaotique via le mouvement brownien.
À chaque impact et rebond, une partie de l’énergie cinétique se convertit en vibration — résonance du micro-système élastique de la particule d’air, où les dimensions dominantes de la particule changent périodiquement. La molécule est élastique.
Étant donné que l’attaque se produit à un angle non orthogonal, la particule attaquée acquiert une certaine rotation.
Ces deux aspects représentent des pertes par absorption lors de la propagation du son.
Le phénomène se produit collectivement et de manière cohérente sur toute la surface de la membrane, créant une densité moléculaire plus élevée près de la membrane et augmentant ainsi la pression.
Lors du déplacement inverse de la membrane, il se produit la même chose derrière la membrane, c’est-à-dire devant la membrane, provoquant une raréfaction de l’air et une réduction de la densité des particules — pression négative.
De la description ci-dessus, il est clair que le mouvement des particules — l’effet ping-pong — se produit dans la direction de propagation du son. Ce changement rapide de la pression atmosphérique se propage longitudinalement à travers l’air, le mouvement des particules étant parallèle à la propagation des ondes. Lorsque la membrane d’un haut-parleur se déplace brusquement, elle déclenche une réaction en chaîne permettant la propagation efficace de la perturbation sous forme de fluctuation rapide de la pression atmosphérique.
Déplacement Spatial Des Particules D’Air Excitées
Dans ce contexte, nous parlons non pas de vibration des particules, mais de leur déplacement spatial. Cela correspond aux études déterminant le déplacement maximal des particules d’air. Ce déplacement dépend de l’intensité de la pression acoustique. La manière dont une particule heurte la suivante dépend du vecteur de pression acoustique et de la vitesse de changement atmosphérique.
Au seuil de l’audition, le déplacement de la particule est de 0,000000000008 m ; pour une pression acoustique ordinaire, environ 0,00000004 m ; au seuil d’inconfort (pression maximale tolérable), le déplacement maximal de la particule est de 0,00004 m.
À titre de référence : un atome d’hydrogène est environ dix fois plus grand que le déplacement minimal d’une particule d’air excitée. En pratique, avec un déplacement de particule à peine audible, on peut se demander si l’air peut encore être considéré comme un continuum pour la transmission du son.
Il est à noter que le mouvement thermique brownien des molécules a une amplitude seulement d’un ordre de grandeur inférieure (dix fois plus petite) au déplacement des particules au seuil de l’audition. Le système auditif fonctionne donc à la limite de ce qui est physiquement possible. S’il était légèrement plus sensible, on pourrait dire qu’il pourrait « entendre pousser l’herbe ».
Cet article a été écrit par
Stanislav Gašpar
Stanislav a travaillé dans la conception électronique pendant longtemps avant de se tourner vers l’acoustique, apportant une approche non conformiste pour aborder les sujets liés. Récemment, dans le contexte de l’acoustique, il trouve stimulant d’interagir avec l’IA, cherchant à la faire se contredire et à imposer sa propre interprétation du problème présenté. Fort de nombreuses années d’expérience dans l’industrie technocratique, il a adopté deux principes directeurs : la réalité est de plusieurs ordres de grandeur plus complexe que ce que nous en interprétons, et le véritable plaisir commence lorsque « quelque chose ne fonctionne pas ». De plus, il aime exprimer ses pensées sur la poésie et la musique.