Diffusion par la turbulence
Fluctuations de l’indice de réfraction, décorrélation et réduction des zones d’ombre.
Les turbulences, qui sont des mouvements chaotiques et irréguliers de l'air ou d'un autre fluide, peuvent modifier les propriétés acoustiques du milieu. Ces turbulences font donc varier l'indice du milieu en fonction du point et du temps et entraînent une diffusion du son :
\[ n(\vec{r}, t) = \frac{c_0}{c(\vec{r}, t)} = \langle n_r \rangle + \mu(\vec{r},t) \]$n(\vec{r}, t)$ est l'indice de réfraction total à la position $\vec{r}$ et au temps $t$,
$c_0$ est la célérité de référence dans le milieu,
$c(\vec{r}, t)$ est la célérité dans le milieu turbulent,
$\langle n_r \rangle$ est l'indice de réfraction moyen du milieu,
$\mu(\vec{r},t)$ représente les fluctuations de l'indice de réfraction dues à la turbulence.
L'équation montre que l'indice de réfraction total peut être décomposé en deux parties : une partie moyenne déterministe $\langle n_r \rangle$ et une partie fluctuante stochastique $\mu(\vec{r},t)$. Cette décomposition est utile pour analyser les effets de la turbulence sur la propagation sonore.
Impact de la turbulence sur la propagation acoustique
- Décorrélation des signaux (interférences moins marquées) : la diffusion réduit les interférences entre les ondes sonores, car elle les disperse dans différentes directions, ce qui diminue la probabilité qu'elles se rencontrent en phase ou en opposition de phase.
- Diffusion dans les zones d'ombre : la diffusion permet aux ondes sonores d'atteindre des zones qui seraient autrement dans l'ombre acoustique, car elle les redirige dans ces zones.
- Phénomènes qui augmentent quand la fréquence est grande : la diffusion est plus importante pour les hautes fréquences, car les ondes sonores de haute fréquence ont des longueurs d'onde plus courtes et sont donc plus facilement diffusées par de petits obstacles.
- Phénomène prépondérant en condition défavorable : la diffusion devient plus importante lorsque les conditions de propagation sont défavorables, par exemple en présence de vent, de turbulences atmosphériques ou d'obstacles nombreux.