Un dispositif imprimé en 3D décompose le bruit blanc en un arc-en-ciel acoustique sans électricité
Par Sanjukta Mondal, Phys.org
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
La méthode d'optimisation de la topologie morphogénétique façonne les inclusions diffusantes, représentées par de la matière grise. Lorsque l'ARE est excité par une source monopolaire émettant un bruit blanc à large bande, le son rayonné crée un arc-en-ciel acoustique. La source est positionnée au centre de l'émetteur (illustré en lumière blanche) et alimentée avec une puissance égale à toutes les fréquences de 7 600 à 12 800 Hz. La sortie acoustique mesurée expérimentalement (champ lointain) est cartographiée dans le spectre visible de la lumière par son amplitude et son contenu fréquentiel sur les 360° entourant l'ARE. Crédit : Science Advances (2025). DOI : 10.1126/sciadv.ads7497
Dans une étude publiée dans Science Advances, des chercheurs de l’Université technique du Danemark et de l’Université polytechnique de Madrid présentent un nouveau dispositif appelé émetteur d’arc-en-ciel acoustique (ARE). Ce dispositif capte les signaux de bruit blanc à large bande provenant d’une source ponctuelle. Le son rayonne uniformément dans toutes les directions et le diffuse de manière à émettre différentes fréquences ou hauteurs sonores.
De la même manière qu’un prisme divise la lumière blanche en arc-en-ciel, l’ARE oriente chaque fréquence dans différentes directions, créant ainsi un arc-en-ciel acoustique.
Dans la nature, certains animaux, comme les humains, les chauves-souris et les dauphins, ont développé des oreilles complexes (papillons) capables de capter, de modeler et de diriger le son de manière étonnante, les aidant à percevoir et à naviguer dans leur environnement.
Malgré une inspiration naturelle abondante, l’homme a peiné à concevoir des systèmes capables de fonctionner sur une large gamme de fréquences. Contrairement à la nature, qui utilise des structures passives pour modeler le son, la plupart des systèmes de contrôle sonore artificiel nécessitent des dispositifs actifs ou des systèmes basés sur la résonance.
Animation d'une ARE en rotation, pilotée par un bruit blanc à large bande et le son entendu par un observateur. L'ARE (blanc) est représenté en rotation par rapport à un observateur (point rouge), la pression acoustique en champ lointain étant cartographiée sur l'arc-en-ciel optique et le son entendu par l'observateur sous l'excitation de l'ARE par un bruit blanc étant diffusé sous forme audio. Crédit : Science Advances (2025). DOI : 10.1126/sciadv.ads7497
Les systèmes acoustiques existants ont démontré une séparation du son en milieu clos, mais ils n'ont pas encore atteint la manipulation auditive à large bande entièrement contrôlée en espace libre, similaire aux systèmes biologiques.
Les chercheurs de cette étude ont cherché à changer cela grâce à une approche basée sur la morphogenèse computationnelle, un processus qui utilise des algorithmes d'optimisation structurelle et d'analyse par éléments finis pour générer des formes complexes.
Grâce à des outils tels que l'optimisation topologique, la modélisation ondulatoire précise et des techniques de fabrication modernes comme l'impression 3D, les chercheurs ont bénéficié d'une liberté sans précédent pour concevoir des structures complexes capables de manipuler le son de manières entièrement nouvelles.
Cela leur a permis d'ajuster de manière itérative la forme d'un matériau solide afin de contrôler le son émis selon un modèle spécifique sur plusieurs fréquences. Les chercheurs ont également utilisé l'équation de Helmholtz pour simuler la propagation et la diffusion du son dans l'air autour d'une structure rigide réfléchissant le son.
À partir des données recueillies à partir des modèles informatiques, l'équipe a créé un nouvel objet solide mono-matériau doté de propriétés de diffusion complexes. Il pouvait capter un mélange de fréquences sonores provenant d'une source unique et les décomposer en leurs composantes spectrales, créant ainsi un arc-en-ciel acoustique.
Outre l'ARE, les chercheurs ont également conçu un séparateur lambda qui capte un mélange de fréquences sonores et dirige les ondes sonores basses et hautes fréquences dans différentes directions.
Les deux dispositifs fonctionnent selon le principe de la diffusion passive, où le système acoustique est uniquement piloté par les interactions entre la surface en plastique dur et les ondes sonores, sans nécessiter d'électricité. L'émetteur arc-en-ciel et le séparateur lambda illustrent parfaitement comment un agencement intelligent de structures passives peut être utilisé pour contrôler le son sans recourir à une résonance ou à des composants actifs énergivores.
Les chercheurs soulignent que cette étude démontre le potentiel de la morphogenèse computationnelle pour façonner précisément l'émission et la réception des champs sonores, fournissant ainsi des informations précieuses pour les disciplines qui s'intéressent à la détection et au contrôle des ondes.
Rédigé pour vous par notre auteure Sanjukta Mondal, édité par Lisa Lock, et vérifié et relu par Robert Egan, cet article est le fruit d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur vos lecteurs pour perpétuer le journalisme scientifique indépendant. Si ces articles vous intéressent, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous recevrez
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RESUME
Un dispositif imprimé en 3D décompose le bruit blanc en un arc-en-ciel acoustique sans électricité
Dans une étude publiée dans Science Advances, des chercheurs de l'Université technique du Danemark et de l'Université polytechnique de Madrid présentent un nouvel appareil, appelé émetteur d'arc-en-ciel acoustique (ERA), qui capte les signaux de bruit blanc à large bande provenant d'une source ponctuelle. Le son est diffusé uniformément dans toutes les directions et est diffusé de manière à émettre différentes fréquences ou hauteurs sonores
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COMMENTAIRES
Pour mes jeunes élèves je rappelle que le phénomne physique de l 'arc en ciel est la décomposition de la lumire solaire passant a travers un rideau de pluie de forme adéquate ... .En laboratoire on décompose une lumière blanche enn lui faisant traverser un prime optique ....J ' ignorais que le phénome de décomposion acousique d un bruit blanc était possible sans dispositf d analyseur de fréquence en mode électrique
Bravo pour leur trouvaille
Unprisme acoustique produisant un arc e ciel acoustique !!!!!
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More information: Rasmus E. Christiansen et al, Morphogenesis of sound creates acoustic rainbows, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads7497
Journal information: Science Advances
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