Question d'origine :
Bonjour,
Existe-t-il des matériaux ou des techniques qui permettent aux sons de passer dans un sens et pas dans l'autre ?
Ca pourrait servir par exemple pour isoler les toilettes...
Merci pour vos réponses.
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 23/08/2018 à 09h43
Bonjour,
Il nous faut en premier lieu considérer la nature physique du son.
« Le son fait partie des ondes mécaniques. Il naît de la mise en vibration d’un objet […]. L’air avoisinant subit des variations de pression qui se propagent jusqu’à l’oreille, mettant en mouvement le tympan. »
Le son ne se propage pas dans le vide et a donc besoin d’un support matériel : gaz, liquide ou solide. Le son peut contourner ou rebondir contre des obstacles (échos, réverbérations). Il peut aussi être absorbé par un matériau.
« Quand une onde sonore vient heurter un mur, la tranche d’air qui entre en contact avec ce mur lui transmet son énergie élastique. Les molécules constituant le mur entrent alors en vibration, de proche en proche, et transmettent cette énergie élastique à la tranche d’air qui se trouve en contact avec l’autre côté du mur. »
L’isolation sonore a pour but la réduction de la propagation du son grâce à certains matériaux ou techniques. Il s’agit avant tout d’absorber le son à travers la matière.
« L’absorption est liée à une perte d’énergie acoustique. Elle dépend de la nature du matériau et de la fréquence du son. »
Les matériaux poreux ou fibreux permettent une bonne absorption du son. D’autres matériaux tels le béton sont à l’inverse, moins efficaces. Plus un matériau est dense, plus il est isolant.
Sources :
- Les sons en 150 questions / Marie-Christine de la Souchère (Ellipses, 2013)
- Le son: Théorie et technologie, cours et exercices corrigés / Claude Turrier (Ellipses, 2015)
En ce qui concerne le côté matériel, il semble compliqué de faire passer un son dans un sens et pas dans l’autre. En effet si un son est absorbé par un matériau d’un côté d’un mur par exemple, le résultat sera similaire de l’autre côté du mur. Ceci résulte d’une symétrie physique invariable. Si un son peut se transmettre dans une certaine direction, il peut donc être transmis de manière égale dans la direction inverse.
Un article du 27 avril 2011, publié sur le blog de la revue américaine Scientific American (en anglais), met en avant l’existence théorique de tels matériaux. En effet, des chercheurs du Conseil National de la Recherche Italien, de l’université de l’Insubrie et de l’université nationale de Singapour propose l’utilisation de métamatériaux. Ces métamatériaux disposés de manière asymétrique pourraient potentiellement réaliser une isolation à sens unique. Cependant, ces recherches sont pour le moment basées sur des simulations numériques et pas testées en laboratoire. Nous n’avons pas trouvé d’articles ou de ressources plus récentes sur ce sujet précis, il est donc difficile de dire si ces expériences ont à ce jour abouti.
Un premier exemple technique de son à sens unique peut se trouver dans les studios d’enregistrement. En effet, dans un studio, la salle de contrôle des techniciens est isolée par rapport à la salle d’enregistrement. Dans le but de minimiser au maximum les nuisances sonores, le studio est complètement isolé. Afin de communiquer entre les deux salles, on installe des micros et des enceintes de chaque côté. Les techniciens écoutent en direct ce qui est joué en studio tout en pouvant discuter et travailler sans déranger les artistes.
Source : Sonorisation et prise de son / René Besson, Jean Alary (Dunod, 2007)
Un autre moyen encore plus technique est rapporté dans la revue américaine Science dans un article du 31 janvier 2014 (en anglais). Cet article nous décrit la création d’un appareil permettant d’isoler dans un seul sens le son. Cet appareil a été créé par une équipe d’ingénieurs de l’Université du Texas dirigée par Andrea Alù.
Afin de contourner la symétrie physique du son, les chercheurs ont utilisé un circulateur électronique. Cet appareil permet la transmission non symétrique de micro-ondes et de fréquences radio. Avec quelques ajustements, les chercheurs nous proposent une application de ce même appareil pour le son.
Le circulateur est en forme de tube circulaire résonnant, doté de trois ports d’entrée. Dans chaque entrée sont installés des microphones ainsi que des ventilateurs qui font circuler de l’air à une vélocité très spécifique. Lorsque les ventilateurs sont éteints, un son rentrant dans le premier port circule bel et bien jusqu’aux deux autres ports. Mais lorsque les ventilateurs sont activés, ils forcent une direction au son. Le son ne peut pas revenir en arrière et ne peut continuer au-delà du deuxième port. Si le son entre dans le deuxième port, il ne peut continuer que dans le troisième port, et ainsi de suite.
Résumé en anglais de l’article
Bonne journée.
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