Lorsqu’on parle de son, de lumière, de radio, de vidéo ou même de réseau sans fil, on rencontre souvent la notion de longueur d’onde.
Elle permet de décrire une onde non pas seulement dans le temps, mais aussi dans l’espace.
La longueur d’onde est une notion fondamentale en physique, car elle permet de comprendre comment une onde se propage, comment elle interagit avec son environnement, et pourquoi certaines fréquences se comportent différemment des autres.
Qu’est-ce qu’une longueur d’onde ?
Une onde est une perturbation qui se propage dans un milieu ou dans l’espace.
Dans le cas du son, cette perturbation se propage généralement dans l’air. Dans le cas de la lumière ou des ondes radio, elle peut se propager dans le vide.
La longueur d’onde correspond à la distance entre deux points identiques d’une onde.
Par exemple, sur une onde sinusoïdale, on peut mesurer la longueur d’onde entre deux crêtes successives, ou entre deux creux successifs.
Elle est généralement notée avec la lettre grecque lambda : λ.
Son unité est le mètre, car il s’agit d’une distance.
Une onde vue dans l’espace
Pour bien comprendre la longueur d’onde, il faut imaginer que l’on fige l’onde à un instant précis.
Au lieu de regarder comment elle évolue dans le temps, on observe sa forme dans l’espace.
On voit alors une succession de zones répétées : crêtes, creux, compressions ou dépressions selon le type d’onde.
La longueur d’onde correspond à la distance nécessaire pour que le motif de l’onde se répète.
Dans le cas d’une onde sonore, il ne faut pas imaginer l’air comme un dessin en vague visible. Le son se propage par des variations de pression : des zones où les molécules d’air sont légèrement comprimées, puis des zones où elles sont plus espacées.
La longueur d’onde sonore correspond donc à la distance entre deux zones de compression identiques.
Le lien entre vitesse, fréquence et longueur d’onde
La longueur d’onde est directement liée à la fréquence et à la vitesse de propagation de l’onde.
Dans cette relation :
- v est la vitesse de propagation de l’onde, en mètres par seconde ;
- f est la fréquence, en hertz ;
- λ est la longueur d’onde, en mètres.
On peut aussi écrire :
λ = v / f
Cela signifie que plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est courte.
À l’inverse, plus la fréquence est basse, plus la longueur d’onde est grande.
Exemple avec le son dans l’air
Dans l’air à température ambiante, le son se propage à environ 343 m/s.
Prenons un son de 100 Hz :
λ = 343 / 100 = 3,43 m
La longueur d’onde est donc de 3,43 mètres.
Prenons maintenant un son de 1 000 Hz :
λ = 343 / 1 000 = 0,343 m
La longueur d’onde est donc de 34,3 centimètres.
Enfin, pour un son de 10 000 Hz :
λ = 343 / 10 000 = 0,0343 m
La longueur d’onde est donc de 3,43 centimètres.
On voit donc qu’un son grave possède une grande longueur d’onde, tandis qu’un son aigu possède une longueur d’onde beaucoup plus courte.
Pourquoi les basses traversent mieux les obstacles ?
Cette différence de longueur d’onde explique plusieurs phénomènes que l’on observe dans le domaine audio.
Les basses fréquences ont de grandes longueurs d’onde. Elles peuvent plus facilement contourner certains obstacles, traverser des matériaux ou se propager dans une pièce entière.
C’est pour cela que l’on entend souvent les basses d’une musique à travers un mur, alors que les aigus sont beaucoup plus atténués.
Les hautes fréquences, avec leurs longueurs d’onde courtes, sont plus facilement bloquées, absorbées ou diffusées par les surfaces et les objets.
Longueur d’onde et acoustique des salles
En acoustique, la longueur d’onde est essentielle pour comprendre le comportement du son dans une pièce.
Lorsqu’une onde sonore rencontre un mur, elle peut être réfléchie. Si la pièce possède certaines dimensions proches de la longueur d’onde ou de ses multiples, des phénomènes de résonance peuvent apparaître.
C’est ce qui provoque parfois des graves trop présents à certains endroits d’une salle, et presque absents à d’autres endroits.
Ces phénomènes sont appelés modes propres ou modes de salle.
Ils concernent surtout les basses fréquences, car leurs longueurs d’onde sont comparables aux dimensions habituelles d’une pièce.
Par exemple, une fréquence de 50 Hz possède une longueur d’onde d’environ 6,86 mètres. Cette dimension peut facilement correspondre à la longueur ou à la largeur d’une salle.
Longueur d’onde et directivité
La longueur d’onde influence aussi la directivité d’une source sonore.
Une source est dite directive lorsqu’elle envoie davantage d’énergie dans certaines directions que dans d’autres.
De manière générale, lorsqu’un haut-parleur est petit par rapport à la longueur d’onde, le son se diffuse largement.
Mais lorsque le haut-parleur devient grand par rapport à la longueur d’onde, il devient plus directif.
C’est pourquoi les hautes fréquences sont souvent plus directives que les basses fréquences.
Les graves se propagent presque dans toutes les directions, tandis que les aigus peuvent être davantage orientés vers l’avant du haut-parleur.
Longueur d’onde et traitement acoustique
La longueur d’onde permet aussi de comprendre pourquoi il est difficile de traiter les basses fréquences dans une salle.
Pour absorber efficacement une onde sonore, il faut souvent utiliser des matériaux ou des dispositifs dont les dimensions sont adaptées à la longueur d’onde concernée.
Les aigus, qui ont de petites longueurs d’onde, peuvent être absorbés avec des matériaux relativement fins : mousse, tissu, panneaux légers.
Les graves, eux, ont de grandes longueurs d’onde. Ils nécessitent donc des traitements plus épais, plus volumineux ou spécifiquement accordés, comme des bass traps ou des résonateurs.
C’est pour cette raison qu’une pièce peut sembler bien traitée dans les aigus, tout en conservant des problèmes importants dans les basses fréquences.
La longueur d’onde dans d’autres domaines
La notion de longueur d’onde ne concerne pas seulement le son.
En lumière visible, chaque couleur correspond à une longueur d’onde différente.
Le violet possède une longueur d’onde plus courte que le rouge.
Dans les transmissions radio, Wi-Fi ou Bluetooth, la longueur d’onde permet de comprendre la taille des antennes, la portée des signaux et leur capacité à traverser les obstacles.
Dans tous les cas, la longueur d’onde décrit la dimension spatiale de l’onde.
À retenir
La longueur d’onde est la distance entre deux points identiques d’une onde.
Elle est notée λ et s’exprime en mètres.
Elle dépend de la vitesse de propagation de l’onde et de sa fréquence.
Plus la fréquence est basse, plus la longueur d’onde est grande.
Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est courte.
En audio, cette notion permet de comprendre la propagation des basses, la directivité des haut-parleurs, les résonances d’une pièce et l’efficacité du traitement acoustique.
Comprendre la longueur d’onde, c’est donc mieux comprendre comment le son occupe l’espace.
