Sons et ultrasons

Du fait des interactions avec le milieu traversé, l’intensité I d’un faisceau parallèle d’ultrasons décroît avec la distance x parcourue selon une loi de la forme ( Io : l’intensité à l’entrée du milieu pour x = 0 ; I : l’intensité après un parcours x ;  un coefficient d’atténuation qui dépend de la fréquence des ultrasons et du milieu traversé) . Pour une fréquence de 3,75 MHz, ce coefficient prend une valeur de 36 m-1 dans les tissus mous. 1. Calculer l’intensité du faisceau après traversée de 2,0 cm de tissus, l’intensité initiale du faisceau étant 2. En déduire l’atténuation du faisceau ( calcul direct et dB ) 3. En première approximation, le coefficient d’atténuation varie proportionnellement au carré de la fréquence de l’ultrason . Calculer de nouveau l’atténuation du faisceau si on multiplie la fréquence des ultrasons par 2 . Qu’en conclure ? 4. Quelle épaisseur de tissus mous a traversé le faisceau de fréquence f = 3,75 MHz si son intensité ne représente plus que 80 % de sa valeur initiale après traversée ?Travail à effectuer à partir du document « 4-3-a Echographie de type A » 1°) Interpréter l’oscillogramme. Expliquer en particulier pourquoi il est nécessaire que l’impulsion ultra sonique soit brève. 2°) Résoudre l’application avec les valeurs de indiquées sur le document Ex 5 : Résolution d’une échographie de type B. Sur un écran de télévision, l’image apparaît correcte (pas de scintillement) tant que sa durée ne dépasse pas 50 ms . 1°) On explore des tissus dans lesquels la célérité du son est d’environ 1500 m.s-1. Calculer la durée d’une exploration sur une profondeur de 20 cm.

En déduire le nombre d’explorations que l’on peut effectuer en 50 ms. Le champ d’exploration du dispositif est d’une quinzaine de cm ; évaluer la résolution spatiale du dispositif ( c’est l’espace entre deux lignes successives ).On se propose de retrouver expérimentalement la valeur de la célérité des sons et des ultrasons dans l’air sec 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 sinusoïdal de fréquence f. On observe l’oscillogramme reproduit ci-dessous : Sachant que la base de temps de l’oscilloscope est réglée à 10 s.division-1, retrouver la fréquence de l’onde émise par E Un récepteur R, placé en face de E, est relié à la deuxième voie de l’oscilloscope sur laquelle on observe une sinusoïde de même période mais d’amplitude plus faible. Pourquoi ? Corrigé : L’amplitude du signal est plus faible car, à une distance d de l’émetteur, la puissance sonore émise se répartit sur une surface d’onde sphérique de rayon d . L’intensité sonore est donc plus faible et évolue comme 1/d2 ( voir le cours ), l’amplitude mesurée est donc plus faible. On éloigne R de E : la deuxième sinusoïde se déplace par rapport à la première. On repère une première coïncidence et on constate que la onzième coïncidence se produit quand on a éloigné R de E de 8,6 cm. Déterminer la vitesse de propagation de l’onde émise par E. Corrigé : Entre la 1ère et la 11ème coïncidence le récepteur a été déplacé de 10 longueurs d’onde.

deux microphones M1 et M2 distants de 1 mètre 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 Ml et sur la voie B le signal reçu par M2. On observe l’oscillogramme ci-contre : Sachant que la base de temps de l’oscilloscope est réglée à 0,5 ms.division-1, retrouver la vitesse de propagation du son dans l’air dans les conditions de l’expérience. Corrigé : Le micro est à d= 1 m de l’émetteur. Le signal reçu par le micro apparaît avec un retard de 5,8 carreaux soit 2,9 ms.En déduire les coefficients de réflexion et de transmission à une interface muscle-graisse. Corrigé : fait en cours ; on trouve et Que peut-on penser de la visibilité de l’interface ? Corrigé : fait en cours ; l’interface est très peu visible ( 1,1% de retour de l’intensité acoustique incidente donc signal non exploitable ) A quelle condition une interface peut-elle être nette ? Corrigé : Une interface est visible quand leurs impédances acoustiques sont nettement différentes ( mais d’un ordre de grandeur pas trop éloigné )