Ondes sonores et ultrasonores d'après IMRT

Fréquences :  Quel est le domaine des fréquences audibles par l'oreille humaine ? 20 Hz - 20 000 Hz ( 20 kHz) A partir de quelle fréquence le domaine des ultrasons commence t-il ? 20 000 Hz ( 20 kHz) Vitesse de propagation : La vitesse de propagation des ondes sonores ou ultrasonores dans un milieu donné dépend t-il de la fréquence ? Dans un milieu non dispersif, la vitesse de propagation des ondes ne dépend pas de la fréquence. Donner un ordre de grandeur de la valeur de la célérité des sons et des ultrasons dans l'air sec à température ambiante. 340 m/s. On se propose de retrouver expérimentalement cette valeur. - Indirectement à partir de la mesure de la longueur d'onde. Un GBF relié à un émetteur E et à un oscilloscope émet un signal sinusoidal de fréquence f. On observe l'oscillogramme ci-dessous : Une période correspond à 25 microsecondes.  Retrouver la fréquence de l'onde. T = 25 10-6 s ; f = 1/T = 1 / 25 10-6 = 40 000 Hz = 40 kHz. Un récepteur R, placé en face de E, est relié à une deuxième voie de l'oscilloscope sur laquelle on observe une sinusoide de même période. On éloigne R de E : la deuxiéme sinusoide se déplace par rapport à la première. On repère une première coïncidence et on constate que la onzième coincidence se produit quand on a éloigné R de E de 8,6 cm. Déterminer la vitese de propagation de l'onde. A chaque nouvelle coïncidence, R s'est déplacé par rapport à E d'une distance égale à une longueur d'onde l. 8,6 cm = 10 l ; l = 8,6 /10 = 8,6 mm = 8,6 10-3 m. l = v/f ; v = l f = 8,6 10-3 *40 000 =3,4 102 m/s.   - Directement : Deux microphones M1 et M2 distants de 1,00 m sont reliés respectivement aux deux voies A et B d'un oscilloscope à mémoire ; l'appareil enregistre sur la voie A le signal sonore obtenu en frappant des mains devant M1 et sur la voie B le signal reçu par M2.   Les ondes sonores parcourent une distance d= 1,0 m en 2,9 ms = 2,9 10-3 s v = 1 /2,9 10-3 = 3,4 102 m/s. Réflexion et transmission d'une onde ultra-sonore à la surface de séparation de deux milieux d'impédance acoustique différente. Rappeler l'expression de l'impédance acoustique Z d'un milieu en fonction de la masse volumique du milieu et de la célérité de l'onde acoustique dans ce milieu. Z = r v. r : masse volumique kg m-3 ; v : célérité m s-1 ; Z : impédance acoustique kg m-2 s-1 ou Pa s m-1. Lorsqu'une onde ultrasonore arrive perpendiculairement à la surface de séparation de deux milieux d'impédance acoustique respective Z1 et Z2, on rappelle que les coefficients de réflexion et de transmission sont donnés par : aR = (Z2-Z1)2 /(Z2+Z1)2 ; aT = 4Z2Z1 /(Z2+Z1)2 . On considère une interface graisse-muscle ; on donne : masse volumique du muscle : rm = 1,04 103 kg m-3 ; masse volumique de la graisse : rg = 0,92 103 kg m-3 ; célérité du son dans le muscle : cm =1,58 103 m/s ; célérité du son dans la graisse : cg =1,45 103 m/s.   Calculer les impédances acoustiques du muscle et de la graisse, les coefficients de réflexion et de transmision à une interface muscle-graisse. Zm = Z1 =rm cm =1,04 103 *1,58 103 = 1,643 106 kg m-2 s-1~ 1,6 106 kg m-2 s-1 Zg = Z2 =rg cg = 0,92 103 *1,45 103 = 1,334 106 kg m-2 s-1~1,3 106 kg m-2 s-1 (Z2+Z1)2 = (1,643+1,334)2 1012 =8,862 1012 . (Z1-Z2)2 = (1,643-1,334)2 1012 =0,0954 1012 . aR =0,0954 /8,862 =0,011. 4Z2Z1 = 4*1,643*1,334 1012 =8,767 1012. aT =8,767 /8,862 =0,99. 99 % des ondes ultrasonores sont transmises à travers l'interface muscle-graisse. Expliquer l'avantage d'un examen échographique sur un examen radiologique dans ce cas.

retour -menu