Visualiser les sons avec un laser

A l’aide d'une enceinte et d'un laser, vous pouvez visualiser précisément les vibrations de l'air que sont les sons.

Difficulté

Easy Facile

Durée

15 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Acoustique, Optique

Laser, Son

Introduction

Point sécurité pour cette expérience :

- il faut utiliser un fragment de miroir, plus petit qu'un ongle, ces fragments peuvent être coupant, il faut faire attention. Vous pouvez sacrifier un petit miroir de maquillage par exemple ou récupérer un fragment d'un rétroviseur cassé.

- On utilise un pointeur laser, il peut être dangereux pour les yeux donc il ne faut jamais que le faisceau arrive directement dans vos yeux. Si vous acheter un laser sur internet ne dépassez pas une puissance de 5mW, tel que les petits jouet pour chat ou pointeur laser de conférence, Au delà des dommages irréversible pour vos yeux peuvent arriver très rapidement. Il est facile de trouver des lasers de plusieurs centaines de milliwatts sur internet mais ces lasers sont très dangereux et leur utilisations hors d'un cadre de recherche scientifique ou militaire est interdit.

Mp4

Laser son

• Matériel et outils

Laser

Un laser (acronyme de l'anglais light amplification by stimulated emission of radiation) est un système photonique. Il s'agit d'un appareil qui produit un rayonnement lumineux spatialement et temporellement cohérent basé sur l'effet laser. Descendant du maser1, le laser s'est d'abord appelé maser optique.

Laser

Haut parleur

Un haut-parleur, ou hautparleur, est un transducteur électroacoustique destiné à produire des sons à partir d'un signal électrique. Il est en cela l'inverse du microphone. Par extension, on emploie parfois ce terme pour désigner un appareil complet destiné à la reproduction sonore (voir Enceinte).

Trois types de haut-parleurs, électrodynamique, électrostatique et piézoélectrique, représentent les technologies actuelles les plus courantes. Le haut-parleur électrodynamique, couvrant environ 99 % du marché, a encore un fonctionnement relativement simple pour une technologie de masse.

Le 10 décembre 1877, le premier brevet concernant un haut-parleur à bobine mobile fut accordé à Werner von Siemens. Le haut-parleur remplit une gamme très variée d'applications : on trouve des haut-parleurs aussi bien dans des cartes de vœux que reliés à des amplificateurs de puissance pour concert.

Haut parleur

Miroir

Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et qui est conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être protégée, est placée sous une plaque de verre pour les miroirs domestiques (les miroirs utilisés dans les instruments d'optiques comportent la face métallique au-dessus, le verre n'étant qu'un support de qualité mécanique stable). En termes de miroiterie, le miroir est une glace de petit volume, c'est-à-dire de petites dimensions.

Miroir

Ballon de baudruche

Un ballon gonflable fait d'une membrane en caoutchouc qui se tend quand on souffle dedans.

Ballon de baudruche

Pince à linge

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Pince en plastique ou en bois, avec un ressort qui sert à accrocher le linge sur le fil à linge afin de le faire sécher.

Pince à linge

Colle

Colle

Colle

Ordinateur

Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données auquel il a accès. Des tests et des sauts conditionnels permettent de changer d'instruction suivante, et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment. Les données à manipuler sont obtenues, soit par la lecture de mémoires, soit par la lecture de composants d'interface (périphériques) qui représentent des données physiques extérieures en valeurs binaires (déplacement d'une souris, touche appuyée sur un clavier, température, vitesse, compression...). Une fois utilisées, ou manipulées, les données sont réécrites, soit dans des mémoires, soit dans des composants qui peuvent transformer une valeur binaire en une action physique (écriture sur une imprimante ou sur un moniteur, accélération ou freinage d'un véhicule, changement de température d'un four ...). L'ordinateur peut aussi répondre à des interruptions qui lui permettent d’exécuter des programmes de réponses spécifiques à chacune, puis de reprendre l’exécution séquentielle du programme interrompu. La technique actuelle des ordinateurs date du milieu du xxe siècle. Ils peuvent être classés selon plusieurs critères1 (domaine d'application, taille ou architecture).

Ordinateur

Colle

Colle

Colle

Ordinateur

Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données auquel il a accès. Des tests et des sauts conditionnels permettent de changer d'instruction suivante, et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment. Les données à manipuler sont obtenues, soit par la lecture de mémoires, soit par la lecture de composants d'interface (périphériques) qui représentent des données physiques extérieures en valeurs binaires (déplacement d'une souris, touche appuyée sur un clavier, température, vitesse, compression...). Une fois utilisées, ou manipulées, les données sont réécrites, soit dans des mémoires, soit dans des composants qui peuvent transformer une valeur binaire en une action physique (écriture sur une imprimante ou sur un moniteur, accélération ou freinage d'un véhicule, changement de température d'un four ...). L'ordinateur peut aussi répondre à des interruptions qui lui permettent d’exécuter des programmes de réponses spécifiques à chacune, puis de reprendre l’exécution séquentielle du programme interrompu. La technique actuelle des ordinateurs date du milieu du xxe siècle. Ils peuvent être classés selon plusieurs critères1 (domaine d'application, taille ou architecture).

Ordinateur

Étape 1 - Créer une membrane tendue

Il faut tendre une membrane qui fera office de tympan comme dans votre oreille.

Sur la photo vous pouvez voir 2 exemples possible :

- un cercle de broderie dans lequel j'ai placé un film de plastique type cellophane

- Tendre un ballon de baudruche découpé directement sur une enceinte portable bluetooth (un ou 2 morceaux de scotch peuvent la fixer

Il est préférable de ne pas trop tendre la membrane

Le montage avec le cercle de broderie permet de le placer sur n'importe quel haut parleur (avec 2 morceaux de scotch) mais la membrane sera un peu plus éloigné du haut parleur il faudra alors monter le volume assez haut pour voir des formes. Le ballon tendu directement sur l'enceinte portable (dont j'ai retiré la grille qui recouvre les 2 haut parleur) se prend de plein fouet l'énergie sonore de l'enceinte et vibre alors avec plus d'amplitude.

Étape 2 - Coller le fragment de miroir sur la membrane

Avec un petite goutte de superglue, vous pouvez coller l'éclat de miroir sur la membrane.

Attention le miroir doit être du bon coté, le miroir est un verre avec une surface réfléchissante, il vaut mieux garder la face réfléchissante vers le haut et coller la face verre. Si vous vous tromper de sens vous pourriez voir un dédoublement du faisceau laser et des formes plus flous.

Étape 3 - Préparer le laser

Placer la pince à linge autour du laser, vous pourrez ensuite la décaler sur le bouton pour qu'elle maintiennent allumé le laser lorsque vous serez prêt a lancer l'expérience

Étape 4 - Réglage de la position des appareils

Je place mon laser sur le bord d'une table ou d'une chaise en le calant avec un poids et je repère le point ou tombe le laser.

Je viens placer mon enceinte + membrane et miroir sous le laser, attention c'est à cette étape qu'il y a le plus de risque de s'aveugler avec le reflet du faisceau laser sur le miroir. Je place le point du laser exactement au centre de l'éclat de miroir.

En passant ma main au dessus du dispositif a tâtons, je repère ou est envoyé le faisceau laser réfléchit par le miroir.

Utiliser l’enceinte sans fil est très pratique ici, pas besoin de s’embêter avec les cables qui relie les haut parleurs à l'ordinateur, on peut même se contenter d'un smartphone connecté en bluetooth à l'enceinte pour diffuser des musiques.

Étape 5 - Support de projection

Selon la couleur de votre laser, le support peut avoir de l'importance, le laser bleu/violet que j'utilise dans les exemples n'est pas le meilleur choix, un laser rouge ou vert marchera sur presque toutes les surfaces.

Vous pouvez projeter le point sur un mur, le plafond, votre main, une feuille blanche... A vous d'expérimenter !

A noter que plus vous projeter à longue distance, plus les formes seront grandes, mais en contrepartie elle seront plus floues. (pour ceux qui ont déjà fais des expériences d'optique, c'est en lien avec la longueur focale du laser)

Étape 6 - Différentes musiques et instruments

à vous de diffuser la musique de votre choix avec l'enceinte

Étape 7 - Sculpter les sons avec des fréquences pures

Moins agréable à l'oreille on peut diffuser

Étape 8 - Coller le fragment de miroir sur la membrane

Avec un petite goutte de superglue, vous pouvez coller l'éclat de miroir sur la membrane.

Attention le miroir doit être du bon coté, le miroir est un verre avec une surface réfléchissante, il vaut mieux garder la face réfléchissante vers le haut et coller la face verre. Si vous vous tromper de sens vous pourriez voir un dédoublement du faisceau laser et des formes plus flous.

Étape 9 - Préparer le laser

Placer la pince à linge autour du laser, vous pourrez ensuite la décaler sur le bouton pour qu'elle maintiennent allumé le laser lorsque vous serez prêt a lancer l'expérience

Étape 10 - Réglage de la position des appareils

Je place mon laser sur le bord d'une table ou d'une chaise en le calant avec un poids et je repère le point ou tombe le laser.

Je viens placer mon enceinte + membrane et miroir sous le laser, attention c'est à cette étape qu'il y a le plus de risque de s'aveugler avec le reflet du faisceau laser sur le miroir. Je place le point du laser exactement au centre de l'éclat de miroir.

En passant ma main au dessus du dispositif a tâtons, je repère ou est envoyé le faisceau laser réfléchit par le miroir.

Utiliser l’enceinte sans fil est très pratique ici, pas besoin de s’embêter avec les cables qui relie les haut parleurs à l'ordinateur, on peut même se contenter d'un smartphone connecté en bluetooth à l'enceinte pour diffuser des musiques.

Étape 11 - Support de projection

Selon la couleur de votre laser, le support peut avoir de l'importance, le laser bleu/violet que j'utilise dans les exemples n'est pas le meilleur choix, un laser rouge ou vert marchera sur presque toutes les surfaces.

Vous pouvez projeter le point sur un mur, le plafond, votre main, une feuille blanche... A vous d'expérimenter !

A noter que plus vous projeter à longue distance, plus les formes seront grandes, mais en contrepartie elle seront plus floues. (pour ceux qui ont déjà fais des expériences d'optique, c'est en lien avec la longueur focale du laser)

Étape 12 - Différentes musiques et instruments

à vous de diffuser la musique de votre choix avec l'enceinte

Étape 13 - Sculpter les sons avec des fréquences pures

Moins agréable à l'oreille on peut diffuser

Comment ça marche ?

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Les vibrations

Dernière modification 10/12/2022 par user:Benjamin h.

Draft