Réverbération du son sur l'eau

Bonjours à tous,
Le problème à résoudre s'adresse à un physicien en acoustique.
Pour une question simple.
Le son, en l'occurence un concert de musique rock se réverbère t elle sur un plan d'eau, est elle amplifiée ou est elle absorbée par l'élément d'une compression différente, "l'eau".
Ce qui pose question c'est le contact son/eau en une fraction de seconde....
...absorbsion et continuité de l'onde sonore à une vitesse inférieure à celle de l'air avec pénétration de l'élément "eau" ?..ou réflexion du son au contact del'eau, réverbérant les ondes sonores qui gardent les mêmes propriétés de propagation.

L'équipage
11 oct. 2020
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11 oct. 2020

Surface en mouvement ou lisse!?

11 oct. 2020

Les ondes, en général, s'atténue comme l'inverse carré de la distance.
Les ondes acoustiques se propagent, s'atténuent selon la densité et l'élasticité du milieu,
de même qu'elles s'y réfléchissent de la même façon, en y rajoutant l'état de la surface réfléchissante.
Une onde acoustique va 5 fois plus vite dans l'eau que dans l'air.
Les ondes directes et réfléchies peuvent se conjuguer selon la fréquence et la phase, en s'atténuant ou en se renforçant (un bang de mur du son peut endommager une maison si la trajectoire de l'avion est un virage trop serré). L'atténuation est variable ave la fréquence.

11 oct. 2020

La vitesse du son est supérieure dans l'eau à celle dans l'air (1480 m/s contre 340)

De plus l'eau étant incompressible, l'onde dans l'eau ne subit comme atténuation que celle, sans obstacle, induite par une propagation de manière sphérique.

11 oct. 2020

Bonjour
Acousticien de formation, ma première approche est que l’eau se comporte comme un réflecteur et n’absorbe (sauf pour les sons de très basse fréquence) pas d’énergie.
D’autant plus que les ondes proviennent généralement plus ou moins radialement.
L’eau « porte » comme on le dit souvent car il n’y a pas d’élément absorbant.
Mais il n’y a pas de phénomène d’amplification car il n’y a pas de « rebondissement » multiples sur des surfaces accoustiquement réfléchissantes compte tenu que face à la surface de l’eau il y a un milieu ouvert: le ciel.
Ce qui est important c’est l’écoulementde l’air (le vent) qui peut concentrer les ondes acoustiques en surface et éviter leur dispersion verticale, l’amplification peut alors être significative (plusieurs dB).
Comme le fait remarquer Meilmor, l’absorption / réflexion sera différente si la surface de l’eau est immobile (effet miroir) ou si la surface est irrégulière (mer du vent par ex) et dans ce cas les ondes sont diffractées dans de très nombreuses directions, donc les sons sont « absorbés ».
Si en plus le vent ne « ramène » pas le son, sa vitesse diminue, sa pression acoustique aussi: l’atténuation sera importante.
J’ai essayé de faire schématique :-)

11 oct. 2020

vendredi j'étais du coté du fort de brégançon ,un dragueur de mines à effectué un pétardage sous marin du coté de sicié ,j'ai bien entendu a la vhf le décompte et presque immédiatement j'en entendu l'explosion au travers de la coque j'étais à environ 20mn du point zero.
alain

11 oct. 202011 oct. 2020

Pour compléter ce qui a été dit dans les posts au dessus, le son étant une onde, il y a à la fois réflexion et réfraction à la surface de l'eau.
De l'air vers l'eau, il y a toujours réfraction, et pas de phénomène de réflexion totale. L'indice le l'eau (environ 1,5) étant supérieur à celui de l'air (environ 1).
Donc, quelque soit l'angle d'incidence du son, il rentrera une partie de l'énergie dans l'eau. Je ne peux pas quantifier "à la louche" la quantité qui rentre pour le problème posé.
Les sons graves (basses fréquences) se propagent mieux que les son aigus, avec moins d'atténuation.

Par ailleurs, ne pas oublier la diffraction ! Car il y a toujours des bâtiments autour d'un concert de rock, des quais, bateaux, pontons, etc.
L'angle caractéristique de diffraction varie dans le même sens que la longueur d'onde. Donc les sons graves, de grande longueur d'onde, sont beaucoup plus diffractés et passent derrière des obstacles. C'est la raison pour laquelle on entend mieux les sons graves venant de l'extérieur dans un bâtiment fermé. Ils passent mieux les ouvertures.

je complète avec deux courbes, qui montrent que :
- dans le problème posé, l'atténuation n'est pas significative dans l'eau de mer
- la vitesse du son varie en fonction de la profondeur, ce qui n'est pas non plus significatif pour ton problème.

11 oct. 2020

@alain, c’est le signe que tu t’es endormi une grosse vingtaine de secondes et que le choc t’a réveillé 😀

11 oct. 2020

Ne pas confondre propagation dans l’air et propagation dans l’eau, milieu « incompressible ».
Ce qu’a vécu Fritz the Cat dans le cas du pétardage est une propagation via l’eau, il l’a entendu à travers la coque.
La vitesse du son dans l’eau est de 1500 m/s environ soit pour 20 nautiques un temps de propagation de 24 secondes mais avec une faible atténuation.
Il a peut être entendu ensuite très attènuè le son via la propagation aérienne, avec une propagation de 330 m/s soit 1’49 ´´ après le pétardage.
Dans le cas d’un spectacle a proximité sur une rive, on peut considérer que la propagation initiale du son est quasi exclusivement aérienne, même si des basses très puissantes sont émises.
Un haut parleur étant avant tout un piston compressant l’air.

11 oct. 2020

Je ne pense pas que ce qu’alain a ´entendu’ soit du à la propagation de l’onde sonore (je faisais une boutade).
Il a sans doute ressenti l’onde de choc de l’explosion qui elle se propage à une vitesse bien plus rapide.

11 oct. 2020

j'ai entendu l'explosion au travers de la coque
pas dans l'air
alain

11 oct. 2020

sur le port de hyères il y avait une boite de nuit au 1e étage du centre commercial ,elle a été fermée
suite à des plaintes des usagés on n'entendait rien à l'extéieur ,mais les basses résonnaient dans tout le port et on les entendait par l'eau au travers de coques .
alain

11 oct. 2020

La question posée n'est pas entendue.
Que deviennent les propriétés d'un son qui entre en contact avec un miroir d'eau, absortion dans la masse aquatique ou reverbération (ricochet) des ondes sonores.
Nous parlons d'ondes acoustiques et non d'onde magnétique ou même d'un impact physique.

ONDES SONORES SUR SURFACE EAU STABLE ?

11 oct. 202011 oct. 2020

Si, plusieurs intervenants ont répondu...
Réflexion + réfraction et peu d'absorption.
La lumière n'a pas l'exclusivité des comportements ondulatoires. (On peut ajouter interférences et effet Doppler)

J'ajoute au cas où : pas de variation de la fréquence (réfraction, réflexion, diffraction) mais variation de la longueur d'onde lors de la réfraction dans l'eau (augmentation d'un facteur 5).

11 oct. 2020

@Ludovic21, il me semble que cyrion a apporté tous les éléments de réponse.

Je ne suis pas acousticien, mais j’ai quelques notions de physique, et si on regarde le sujet de l’onde sonore au niveau des molécules d’air, le problème revient grosso modo a suivre des chocs de molécules. Ses chocs se propagent à une vitesse moyenne de 340 m/s environ. Ces molecules qui rencontrent les particules d’eau rebondissent dessus de manière presque parfaite étant donné les differences de masse (nota : presque parfaite, car les molecules d’eau vont quand même bouger un peu, c’est ce qui donnera naissance à la refraction en cumulant tous les chocs).
Le plan d’eau étant ici associé à un plan bien lisse, la quasi totalité des particules rebondissent dans l’air, puis certaines vont rebondir sur l’eau etc.. ce qui fait que le son porte plus loin

11 oct. 2020

Johann78 a efficacement complété mon explication :-)
La raison pour laquelle le son porte sur l’eau est liee a 4 facteurs:

  • il n’y a aucun élément absorbant quand on est sur l’eau (arbres, batiments et autres diffracteurs ou absorbeurs d’énergie)

  • la surface lisse de l’eau (quand elle n’est pas agitée et donc diffractante) agit comme un miroir qui réfléchit l’onde sonore (particules d’air en mouvement)

  • le vent,s’il y en a et s’il est orienté dans le sens de l’émission du son vers le point d’écoute, accélère la propagation et maintien le son dans un « tunnel » en raison du gradient

  • l’air au dessus de l’eau est rarement sec mais assez humide ce qui en fait un milieu plus dense et donc facilite la propagation.

Enfin, et accessoirement, les étendues d’eau (mer, lacs, rivières calmes) sont des environnements acoustiquement calmes (hors perturbations météorologiques) et favorisant donc la perception d’un son au dessus du bruit de fond (rapport signal/bruit).

12 oct. 2020

Et si la source sonore est sur l'eau, un navire par exemple, plein de paramètres en plus:
- L'angle sous lequel l'onde sonore frappe l'eau; peut-être quasiment vertical
- Le fait que la coque agisse comme la caisse sonore d'un instrument.

Triste sort que celui des navires à proximité.

12 oct. 2020

A noter que la transition air eau n'est pas un miroir parfait. En surface l'eau tend à passer en vapeur selon la température et la pression locale et toutes les molécules qui composent l'air ont tendance à diffuser dans l'eau liquide, selon leurs propriétés propres (par exemple suroxygénation relative de l'eau).

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