Phénomène de diffraction des ondes mécaniques

Une onde subit un phénomène de diffraction lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture :

 

Une ouverture ou un obstacle interposés sur le trajet d'une onde plane sinusoïdale se comportent comme des sources secondaires de même fréquence que la source primaire créant l'onde : c'est le phénomène de diffraction.

Ainsi, la longueur d'onde avant ou après l'obstacle est la même, la direction de propagation reste inchangée : l'onde contourne l'obstacle.

Considérons une cuve à onde dont le vibreur est une lame rectiligne. Si on interpose sur le trajet de l'onde plane, parallèlement à la source, un obstacle percé d'une petite ouverture, on constate que l'onde subit une diffraction.
Par contre, si l'obstacle montre une ouverture de grande taille, l'onde ne subit aucun phénomène de diffraction.

 

Pour une ouverture de petite taille, l'onde rectiligne est diffractée, alors qu'elle ne l'est pas pour une ouverture de grande taille.

Lorsque l'on interpose un obstacle percé d'une petite ouverture sur le trajet d'une onde plane sinusoïdale, le phénomène de diffraction n'est observé que si la largeur de l'ouverture est de l'ordre de la grandeur de la longueur d'onde.

On peut constater que dans le cas où le phénomène de diffraction se produit, ce dernier est d'autant marqué que la dimension de l'ouverture est plus petite.

En effet, si on considère que les ondes sont diffractées dans un cône de demi-angle au sommet α, cet angle sera d'autant plus grand que la dimension de l'ouverture pratiquée dans l'obstacle, a, est petite (figure ci-dessous).

 

Le phénomène de diffraction est d'autant plus marqué que l'ouverture pratiquée dans l'obstacle est de petite dimension.

Pourquoi d'une pièce à une autre, entendons-nous une conversation assourdie et déformée ?

Les fréquences des sons audibles sont comprises entre 20 et 20 000 Hz. Ces ondes seront donc diffractées par une ouverture dont les dimensions sont comprises entre 17 m et 1,7 cm. Ainsi, d'une pièce à une autre, ces différentes ondes seront diffractées en franchissant l'ouverture d'une porte (1 m de large), mais avec des angles α différents. Les basses fréquences (son grave) seront davantage diffractées que les hautes fréquences (son aigu).