Pourquoi l’écho de montagne nous revient-il avec un léger retard ?
– L’histoire d’un son qui part, rebondit et revient
Quand on lance un « Ohé ! » vers une montagne ou une vallée, on entend parfois, après un court silence, sa propre voix revenir, identique. Cet écho, pourquoi la voix ne revient-elle pas aussitôt ? Pourquoi l’entend-on avec un léger retard ? Et pourquoi, en criant face à un mur tout proche, ne l’entend-on pas aussi nettement ?
Avez-vous déjà crié à pleine voix dans une grande vallée, ou au milieu de montagnes ? Un instant après, vous avez peut-être entendu la même voix revenir, comme si quelqu’un vous imitait.
En revanche, dans une petite pièce ou dans un tunnel, on n’entend pas un écho bien séparé : la voix résonne, comme étouffée, avec un effet de bourdonnement. Pourtant, dans les deux cas, le son rebondit. Pourquoi l’effet est-il si différent ?
Tout viendrait d’une seule différence : la durée avant le retour du son.
Dans l’air, le son se propage à environ 340 m par seconde, une vitesse constante.
On admet que l’oreille humaine perçoit deux sons distincts lorsqu’un intervalle d’environ 0,1 seconde ou plus sépare le son d’origine du son réfléchi.
Voyons pas à pas comment cette durée décide de ce que l’on entend.
Le son rebondit comme une balle invisible
Lorsqu’un son heurte une grande surface dure, comme une paroi rocheuse, une falaise ou un mur, il se réfléchit et revient, à la manière d’une balle qui rebondit. Plus la surface est loin de l’endroit où l’on crie, plus l’aller-retour du son dure longtemps.
Pourquoi certains sons réfléchis sont des échos, et d’autres non : les limites de l’oreille
L’oreille humaine, et le cerveau qui traite ses signaux, ont une limite de temps pour distinguer deux sons. En gros, si un intervalle d’environ 0,1 seconde ou plus sépare le son d’origine du son réfléchi, on les perçoit comme deux sons distincts. Si le son revient plus vite, le son d’origine et son reflet se superposent et ne forment plus qu’un « son étouffé » ou une « résonance » (réverbération).
Si la voix résonne si bien dans une grande salle ou une église, et si le son bourdonne dans un tunnel étroit, c’est que le son rebondit sur de nombreux murs en bien moins de 0,1 seconde.
C’est la même réflexion du son, perçue différemment selon la durée du retour.
Pourquoi l’écho est plus net avec une montagne lointaine
La durée du retour du son augmente avec la distance entre l’endroit où l’on crie et la surface qui le réfléchit. Dans les montagnes et les vallées, où une paroi se trouve à quelques dizaines ou centaines de mètres, l’aller-retour du son prend assez de temps. Résultat : un intervalle net sépare la voix d’origine de son reflet, et l’on perçoit un « écho ».
En montagne, il n’y a pas forcément une seule surface réfléchissante. Si plusieurs parois ou falaises se trouvent à des distances différentes, chacune renvoie le son avec un décalage, et l’on peut entendre l’écho non pas une fois, mais plusieurs, à intervalles réguliers.
À vérifier par soi-même
- Repérez une grande surface qui réfléchit bien le son, comme le mur extérieur d’un gymnase ou d’un grand bâtiment.
- Placez-vous assez loin du mur (20 m ou plus, si possible) et frappez une fois dans vos mains.
- Rapprochez-vous peu à peu du mur, et écoutez si le son réfléchi est « bien séparé » ou plutôt « étouffé ».
- Notez la distance approximative à partir de laquelle il n’est plus bien séparé.
En théorie, à moins d’environ 17 m du mur, le son réfléchi se mêle plus facilement au son d’origine, et l’écho devient difficile à percevoir. Comparez cette valeur à la limite que vous ressentez.
En résumé
L’écho naît du fait que la voix (le son) avance dans l’air à vitesse constante, heurte une paroi lointaine et revient. Quand la durée du retour dépasse le seuil d’environ 0,1 seconde que l’oreille peut distinguer, on entend un « écho » net. À l’inverse, si la surface est proche et le retour rapide, les sons se superposent en une « résonance étouffée ».
Le bref silence avant le retour de l’écho, c’est le temps que le son a réellement mis à voyager.
Et si la surface elle-même absorbait le son ? Pourquoi le matin est-il si silencieux après une chute de neige ? explique comment la neige avale le son et supprime les rebonds. Et pour un exemple où c’est l’air lui-même qui vibre, sans rebond, lisez aussi Pourquoi souffler dans le goulot d’une bouteille fait-il un « ouuu » ?
Pour aller plus loin – vocabulaire, valeurs et lien avec les manuelsDu collège aux sujets de recherche : le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme de « physique de base » du lycée
- Lycée+Physique de lycée approfondie, ou contenu d’encadré ou d’approfondissement des manuels
- Univ.Matière universitaire (psychoacoustique), non vue au lycée
- RechercheSujets encore à l’étude, pas enseignés comme acquis, même à l’université
CollègeVocabulaire : les mots de l’écho
- Réflexion : un son ou une lumière qui heurte un objet et rebondit.
- Réverbération : phénomène où des sons réfléchis se superposent et se prolongent.
- Écho : phénomène où le son réfléchi s’entend nettement séparé du son d’origine.
LycéeVérifier par la formule : du trajet au temps de retour
Calculons le temps de retour à partir de la vitesse du son et de la distance.
| En symboles | t ＝ (2 × L) ÷ V |
| En mots | temps de retour ＝ deux fois la distance à la surface réfléchissante ÷ vitesse du son |
| D’où vient-elle ? | C’est la relation « distance ＝ vitesse × temps », valable pour un mouvement uniforme, résolue pour le temps. Le son avance à vitesse à peu près constante dans l’air et ne fait que changer de sens sur le mur : la longueur parcourue est donc le double de l’aller. |
Temps (s) ＝ distance (m) × 2 ÷ vitesse du son (m/s)
| × 2 | Le son parcourt la distance deux fois : à l’aller et au retour |
| Vitesse du son | On admet qu’elle vaut environ 340 m/s dans l’air |
| Distance aller-retour (m) | 170 × 2 ＝ 340 |
| Temps (s) | 340 ÷ 340 ＝ 1 |
| Résultat | L’écho revient environ 1 seconde plus tard |
| Seuil de distinction de l’oreille (s) | 0,1 |
| Distance aller-retour (m) | 340 × 0,1 ＝ 34 |
| Distance à l’aller (m) | 34 ÷ 2 ＝ 17 |
| Résultat | À moins d’environ 17 m de la surface réfléchissante, on entend difficilement un écho |
Ces 17 m ne sont qu’un calcul indicatif. En pratique, le volume de la voix, le type de son et le bruit ambiant font aussi varier la perception de l’écho.
* Les « 0,1 seconde » sont une valeur indicative souvent citée pour le temps qu’il faut à l’oreille pour distinguer deux sons.
Lycée+Le « temps de réverbération » créé par plusieurs réflexions
Dans un espace où le son se réfléchit sans cesse sur plusieurs murs et le plafond, comme une salle de concert ou une église, la résonance persiste après l’arrêt du son. Le temps que met cette résonance à retomber à un niveau donné s’appelle « temps de réverbération » ; on admet qu’en acoustique architecturale, il se calcule et se conçoit à partir de la taille de la salle et des matériaux des murs.
Univ.Comment on privilégie « le son arrivé en premier »
En psychoacoustique, on connaît ce phénomène : quand des sons arrivent de plusieurs directions avec un très court décalage, on situe la source dans la direction du premier son arrivé. On l’appelle « effet de précédence » ; c’est l’une des raisons pour lesquelles on repère la direction du son d’origine sans se tromper, même avec beaucoup de réflexions. Le fait que des sons arrivant avec quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes de retard se fondent dans le premier s’appelle « effet Haas ». Quant au temps de réverbération, on l’estime à peu près par la « formule de Sabine », à partir du volume de la pièce et de l’absorption acoustique.
📖 Démonstration de la formule et pour aller plus loin : Réverbération (Wikipédia en japonais) ／ Effet Haas (Wikipédia en japonais)
RechercheCe qui reste incertain
- De combien la limite de temps pour distinguer deux sons varie selon le type de son et les personnes : c’est un sujet encore étudié en psychoacoustique.
- La recherche progresse aussi sur des techniques de simulation plus précise de l’acoustique des salles et des théâtres, pour prévoir une résonance agréable.
- Des études comparent aussi l’audition humaine à celle d’animaux comme les chauves-souris ou les dauphins, capables de distinguer des sons réfléchis à des intervalles extrêmement courts.
Même un simple écho de montagne cache un riche sujet, à la croisée de la physique et de la psychoacoustique, encore étudié aujourd’hui.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences · propriétés du son | Termes de base : réflexion, réverbération, écho |
| Lycée | Physique de base · ondes sonores | Calcul du temps de retour du son à partir de la distance |
| Lycée+ | Physique · acoustique (approfondissement) | La notion de temps de réverbération |
| Univ. | Psychoacoustique | Effet de précédence |
| Recherche | Psychoacoustique · acoustique architecturale (en cours d’étude) | Différences individuelles, techniques de conception acoustique des salles |
- Exposés sur la réflexion et la vitesse du son dans les manuels de physique.
- Exposés sur la notion de temps de réverbération dans les documents d’acoustique architecturale.
- Revues de recherche sur la résolution temporelle de l’audition et l’effet de précédence, en psychoacoustique.
- Exposés sur les conditions d’apparition de l’écho dans les documents d’ingénierie acoustique.
- Revues de recherche sur les différences d’audition entre animaux, en cognition comparée.
* On admet que la vitesse du son et le seuil de distinction peuvent varier selon la température et les personnes.
* Cet article est une explication scientifique grand public. Quand vous criez en montagne ou dans une vallée, pensez aux autres et à l’environnement, et évitez les endroits exposés aux chutes de pierres ou aux glissades.