Introduction au son, à la fréquence et au spectre acoustique.

Avant d'aborder l'échographie, il est important de comprendre le concept du son. La plupart d'entre nous entendons une multitude de sons différents chaque minute, mais rares sont ceux qui peuvent expliquer comment ils interagissent.

En termes simples, le son est la vibration des molécules d'air (c'est pourquoi il n'y a pas de son dans l'espace !). Lorsqu'un objet vibre, il provoque le mouvement des molécules d'air environnantes. Ces molécules entrent en collision avec celles qui les entourent, et ainsi de suite. Cela crée une onde de vibration qui se propage dans l'air – et c'est ce que nous percevons comme un son. L'air lui-même ne se déplace pas entièrement avec l'onde sonore. Chaque molécule d'air s'éloigne d'un point d'équilibre, puis y revient. La création d'un son se déroule en trois étapes :

1. La vibration de la source

2. Propagation des ondes (transfert d'énergie à travers un milieu, par exemple les molécules d'air).

3. Détection biologique (tympan)

Lorsque nous entendons un son, nos oreilles perçoivent les ondes de pression qui se propagent dans l'air. Le nombre d'oscillations de pression par seconde est appelé fréquence et se mesure en hertz (1 Hz = 1 oscillation par seconde). Ces ondes de pression pénètrent dans l'oreille externe et font vibrer le tympan. Les ondes sonores captées par l'oreille externe sont transmises à l'oreille interne où des signaux électriques sont créés. Ces signaux sont ensuite acheminés vers le cerveau qui les traduit en sons que nous pouvons reconnaître et entendre.

Le spectre acoustique

La gamme audible humaine – la gamme de fréquences des sons que nous pouvons entendre – s'étend de 20 Hz à 20 kHz (20 000 Hz). La fréquence est directement liée à la hauteur du son ; un son de 20 Hz aura donc une hauteur extrêmement basse (par exemple, une basse profonde). Bien que l'autre extrémité de la gamme audible soit techniquement de 20 kHz, la plupart des adultes ont du mal à entendre des sons proches de cette fréquence. Même un sifflement aigu a une fréquence de seulement 10 kHz. Les décibels (dB) constituent une autre unité de mesure principale du son. Cependant, tandis que la fréquence et la hauteur sont liées aux vibrations par seconde, les décibels sont une mesure indépendante liée à l'intensité sonore, ou à l'amplitude de l'onde de pression. Comme nous l'avons vu, la gamme audible contient les ondes sonores que nous pouvons entendre. Cependant, de nombreux sons dans le monde sont inaudibles pour nous. Le spectre acoustique désigne l'ensemble des fréquences des ondes sonores qui peuvent se propager dans un milieu sous forme de vibrations mécaniques et d'ondes. Le spectre acoustique est généralement divisé en quatre grandes bandes de fréquences :

• Infrasons : inférieurs à 20 Hz. Trop faibles pour être entendus par l’homme, mais perceptibles physiquement.

  • Par exemple, le grondement d'un volcan lointain ou d'un tremblement de terre.

• Son audible : de 20 Hz à 20 kHz. Considéré comme faisant partie de la gamme standard de l’audition humaine.

  • Par exemple : les voix, la musique, les voitures, etc.

• Ultrasons : de 20 kHz à au moins 100 kHz. Cela dépasse largement la plage de l’audition humaine.

  • Par exemple, problèmes liés au gaz, à l'électricité et à la mécanique, écholocation animale.

• Hyperson : 10^13 Hz (10 000 000 000 000 Hz).

  • La théorie classique des ondes acoustiques commence à montrer ses limites. Cela dépasse largement notre champ d'intérêt.

Fréquence en fonction de l'amplitude

On pourrait penser que les sons inaudibles ne produisent pas de décibels puisqu'on ne les entend pas. Pourtant, la fréquence est le principal facteur déterminant notre perception sonore. Les sons situés sur l'ensemble du spectre acoustique peuvent produire des décibels. Il est bien connu que les sons forts peuvent endommager l'ouïe. Les concerts, les explosions et autres sons supérieurs à 90 dB présentent généralement un risque en cas d'exposition prolongée. Cependant, nous venons d'établir que les sons d'autres gammes acoustiques (comme les ultrasons) produisent également des décibels. Bien qu'ils n'endommagent pas l'ouïe, ces sons peuvent néanmoins provoquer des effets indésirables inaudibles. Les infrasons peuvent causer de l'anxiété ou des nausées, et de nombreux ultrasons peuvent provoquer des maux de tête, des vertiges et une sensation de pression dans les oreilles. En fait, des ultrasons de très forte amplitude (environ 180 dB) peuvent causer de graves lésions aux organes internes, sans que l'on entende quoi que ce soit. Il est important de se rappeler que la fréquence, et son expression en hertz (Hz), ne permet pas de catégoriser objectivement ce qui est audible. Les chauves-souris peuvent entendre des sons allant d'environ 1 kHz à plus de 200 kHz. Leur gamme audible inclut simplement les ultrasons, contrairement à la nôtre. Les humains doivent visualiser des techniques comme l'écholocation, tandis que les chauves-souris et les dauphins perçoivent directement les fréquences ultrasonores correspondantes.

Félicitations ! Vous avez terminé votre introduction au son, à la fréquence et au spectre acoustique !