Et enfin la réception

morelmalou
11 déc. 2015
5 min de lecture

La chauve-souris grâce à l'écholocation est capable de déterminer la taille d'un objet, sa distance ainsi que sa trajectoire. Elle utilise pour faire cela le temps qui s'est écoulé entre l'ultrason qu'elle a envoyé et l'écho qu'elle reçoit. L'onde va lui revenir après avoir rebondi sur un objet mais elle sera atténuée. La chauve-souris va alors analyser l'onde reçue très rapidement. Cette mesure lui permettant de savoir la taille de l'objet est effectuée par ses oreilles.

1. Temps arrivée

Selon le temps que va mettre l'onde à lui revenir (la durée écoulée entre l'émission du son et la perception de l'écho), la chauve-souris va mesurer la distance entre elle et sa proie ou les obstacles.

L'amplitude de l'onde varie selon tous ces facteurs. Plus la distance entre la chauve-souris et sa proie (exemple) est élevée, plus l'amplitude sera faible. Les ondes sonores perdent donc de l'amplitude au cours de leur avancée.

Le temps d'arrivée permet d'identifier la distance entre la chauve-souris et sa proie (exemple).

Schéma de notre expérience de mise en relation de la distance et l'amplitude

Source : Elève

Expérience relation amplitude-distance :

(erreur dans la vidéo : *l'émetteur et le récepteur ne sont pas côte à côte mais face à face)

d = VxT / 2 où la vitesse (v) est en m/s, la période de temps(T) en s et le tout est divisé par 2 car l'ultrason fait un aller-retour.

Exemple application : le décalage entre l'émission et la réception est de 1900 ms. Et la vitesse des ultrasons de 340 m/s. Et bien, d = 340 X 0,001900 (en secondes) = 0, 646 m = 64,6 cm / 2 = 32, 3 cm. 32,2 cm serait donc la distance entre la chauve-souris et sa proie par exemple.

Rappel :

Un phénomène est dit périodique s'il se reproduit avec les mêmes caractéristiques.

La fréquence est le nombre de fois où un phénomène va être observé durant une unité de temps fixée. F=1/T

La période est l'inverse de la fréquence. On note : T = 1/f

Si l'unité de temps choisie est la seconde, la fréquence sera mesurée en hertz (Hz).

2. Écholocation avec ses oreilles (stéréo)

Les oreilles de la chauve-souris lui servent de récepteurs et sont très précises. Grâce à ses oreilles et à la différence de temps où elle reçoit l'écho entre les deux, elle peut savoir dans quelle direction se déplace sa proie.

Le décalage temporel entre la perception par l'oreille gauche et par l'oreille droite est interprété par le cerveau pour localiser l'origine du son sur le plan horizontal.

Nous faisons la même chose, nous sommes capables de savoir d'où vient un son grâce à nos oreilles, mais cela est beaucoup moins précis. La mobilité des oreilles des chauves-souris leur permettent d'écouter les différentes ondes venant de toutes les directions. La chauve-souris sait comment réagit une onde selon l'angle où elle la reçoit avec ses oreilles. En effet, même si la distance est la même, plus la mesure d'angle augmente, plus l’amplitude (écart entre la valeur maximale et la valeur minimale) diminue.

Expérience :

Schéma de l'expérience du clap

Source : élève

Nous avons réalisé une expérience montrant le décalage de réception du son entre les 2 oreilles selon le sens d'arrivée du son grâce à 2 micros et un clac (son).

Pour cela nous avons placé 2 micros à une distance différente et nous avons produit un son (un clac avec les mains) pour démontrer le décalage de réception entre les 2 micros avec le logiciel Logerpro.

Capture d'écran de nos résultats sur LogerPro de l'expérience du clap

Source : élève

Nous avons ensuite vérifié le résultat par le calcul

Le logiciel nous a indiqué que la période de temps Δt séparant la réception du son entre les 2 micros était de 2,98 ms. De plus, la distance séparant les 2 micros était de 105,5 cm lorsque nous l'avons mesurée à la main. Il faut donc retrouver cette valeur par le calcul :

vitesse du son = Δx / Δt

340 = Δx/2,98

Δx = vitesse du son x Δt

=340x2,98

=1013,2 mm soit 101,32 cm.

Ce résultat est assez proche de la distance mesurée séparant les 2 micros bien qu'il existe une marge d'erreur.

3.Puissance reçue (déja vue dans la partie réflexion)

L’écholocation renseigne sur la taille de la proie (ex) par l'intensité de l'écho reçu. L'amplitude de l'écho associée au retard de l'écho permet de déterminer la taille de l'objet. Plus celui-ci sera petit, moins il renverra d'ultrasons car une grande partie des ondes ne l'ayant par heurtée ne reviendra pas à la chauve-souris.

Chaque cible déforme l'écho de façon caractéristique, ça permet à la chauve-souris d'en déterminer la nature. De plus, les battements d'ailes des insectes, sont présents dans l'écho. Les oscillations rapides de la fréquence de l'écho révèlent des battements d'ailes d'un insecte.

4.Fréquence d'arrivée et effet Doppler

Lorsque le son émis est isotrope (son identique dans toutes les directions), ça signifie qu'il n'y a pas de différence de vitesse entre l'émetteur et le récepteur, le son perçu est le même peu importe la position du récepteur

Schéma de répartition d'un son isotrope

Mais, qu'est ce que l'effet Doppler ?

Quand l'émetteur ou le récepteur est en mouvement, le son émis a une direction privilégiée. Quand la source mobile approche, les ondes sont comme compressées créant une fréquence plus élevée alors que quand elle s'éloigne les ondes s'espacent et la fréquence est moins élevée.

Schéma de la répartition d'un son soumis à l'effet Doppler

Voir ici l'illustration de l'effet doppler d'une source en mouvement : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler#/media/File:Doppler_Effect.gif

L'effet Doppler a donc lieu quand l’émetteur ou le récepteur sont mobiles.

Un bon exemple est le passage d'une voiture à côté d'une personne immobile. L'oreille détecte le sens de déplacement du véhicule. Pour un observateur immobile, le bruit émis par une voiture n’est pas le même quand celle-ci se rapproche ou s’éloigne. Prenons l'exemple d'un klaxon : quand la voiture se rapproche, le son paraît plus aigu. Quand elle s’éloigne, le son paraît plus grave. C’est une manifestation de l’effet Doppler.

Schéma d'application de l'effet Doppler

Exemple : ooooooooooooOOOOOOOOooooooooooooooooo. Vous pouvez écouter un audio de passage d'une voiture ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:DopllerF.ogg

L'effet Doppler se manifeste par un changement de période, de fréquence et de longueur d'onde de l'onde perçue par un observateur quand celui-ci et la source de l'onde se rapprochent ou s'éloignent l'un de l'autre :

- la fréquence augmente s'ils se rapprochent,

-la fréquence diminue s'ils s'éloignent

Une onde de célérité c, dont la fréquence d'émission est f, est perçue par un observateur dont la vitesse par rapport à la source est v. V est la vitesse (en m par seconde), f est la fréquence (en Hz) et c est la vitesse de propagation d'une onde. Le décalage Doppler de fréquence est :

- si l'observateur et la source se rapprochent, la fréquence perçue est

- si l'observateur et la source s'éloignent, la fréquence perçue est

(La vitesse de la sauterelle est un exemple, le plus important était de montrer l'application)

Schéma de la position selon la fréquence reçue

Source : élève

Bilan :

Grâce aux variations de fréquence, l'effet Doppler permet de mesurer la vitesse relative d'un objet ou d'une proie. De plus, les variations de fréquence de l'écho par rapport au son émis en plus de donner la vitesse relative d'un insecte en vol, donne aussi la fréquence des battemens de ses ailes.