Est-il possible de briser un verre avec la voix humaine...?
_Qui ne s'est jamais posé la question s'il était réellement possible de
briser un verre avec la voix humaine, comme nous le voyons dans certains films et bandes dessinées (la Castafiore dans Tintin
par exemple)? Ayant constaté que la question divise les scientifiques, nous avons voulu enquêter pour comprendre si c'était possible, et si oui, d'après quels principes physiques.
Pour pouvoir répondre adéquatement à la question de ce TPE, nous nous sommes concentrés sur les trois sujets suivants : le son, le verre et la voix humaine.
Pour pouvoir répondre adéquatement à la question de ce TPE, nous nous sommes concentrés sur les trois sujets suivants : le son, le verre et la voix humaine.
La théorie
Grâce à nos recherches, nous avons déduit qu'il est théoriquement possible de briser un verre avec des ondes sonores (voir les caractéristiques du son) grâce au principe de résonance qui mène un matériau jusqu'à son point du rupture (loi de Hooke) et ce par vibration (voir expérience #2). En émettant la fréquence naturelle d'un verre à une intensité suffisante, la déformation du verre dépasse sa limite d'élasticité et le brise. Pour obtenir la fréquence naturelle d'un verre il suffit de le faire chanter ou tout simplement de le tapoter.
En analysant les limites estimées de la voix humaine régie par les limites des organes responsables de la production de la voix nous constatons qu'il est possible, pour un soprano, d'atteindre la fréquence naturelle du verre utilisé dans notre deuxième expérience. En prenant ce verre comme référence, nous pouvons donc conclure que la voix humaine est capable d'atteindre la fréquence nécessaire pour biser un verre. De plus, sachant que l'intensité nécessaire pour briser un verre est de 105 dB et que la voix humaine peut atteindre les 120 dB on conclut que du point de vue de son intensité et de sa hauteur, la voix humaine est capable de briser un verre.
Néanmoins, le timbre de la voix humaine pose problème. La voix humaine est un son complexe et elle est donc composée d'un plus ou moins grand nombre d'harmoniques ce qui rend l'atteinte précise de la fréquence naturelle impossible. L'atteinte du point de rupture du verre proposée par la loi de Hooke est donc également impossible. En revanche, grâce aux imperfections que l'on peut trouver dans un verre, il est possible de le casser à l'aide d'une fréquence non parfaite. Ceci s'explique par le fait que le son peut, par des vibrations, aggraver ces imperfections jusqu'à ce qu'elles causent des fissures dans le verre, résultant en sa rupture sans pour autant que le niveau d'élasticité maximale ne soit atteint.
Nous pouvons donc conclure que la voix humaine est capable théoriquement de briser un verre.
Néanmoins, le timbre de la voix humaine pose problème. La voix humaine est un son complexe et elle est donc composée d'un plus ou moins grand nombre d'harmoniques ce qui rend l'atteinte précise de la fréquence naturelle impossible. L'atteinte du point de rupture du verre proposée par la loi de Hooke est donc également impossible. En revanche, grâce aux imperfections que l'on peut trouver dans un verre, il est possible de le casser à l'aide d'une fréquence non parfaite. Ceci s'explique par le fait que le son peut, par des vibrations, aggraver ces imperfections jusqu'à ce qu'elles causent des fissures dans le verre, résultant en sa rupture sans pour autant que le niveau d'élasticité maximale ne soit atteint.
Nous pouvons donc conclure que la voix humaine est capable théoriquement de briser un verre.
La pratique
Le passage de la théorie à la pratique est loin d'être simple comme nous l'avons remarqué dans notre seconde expérience. Nous sommes néanmoins en capacité, grâce à toutes nos recherches, de proposer des instructions qui, étant suivies, permettent de briser un verre avec la voix. Il est tout d'abord nécessaire de choisir le verre adéquat:
- Le verre doit être placé près de la bouche (à environ 10cm) pour compenser la diminution d'intensité en fonction de la distance parcourue par l'onde sonore et également rester immobile pour éviter une désynchronisation du l'onde sonore et de la vibration du verre.
- La bouche ne doit pas être trop ouverte afin de concentrer les ondes sonores sur un point précis du verre. La diminution de la répartition de l'onde sonore signifie que la force appliquée par l'onde sonore sera plus grande par centimètre carré sur la surface du verre.
- Il faut également éviter l'intervention d'autres facteurs (sources sonores, vibrations, vent) qui affecteraient l'expérience.
- Enfin, il est absolument crucial d'avoir un chanteur ou une chanteuse pouvant tenir la fréquence de résonance suffisamment longtemps (voir la résonance) tout en ayant une intensité très élevée. Cette dernière condition est très dure à remplir car il n'y a que quelques chanteurs professionnels qui sont capable de produire un tel son au monde.
Un de ces rares chanteurs s’appelle Jaime Vanderra. Il a, avec succès, réalisé une démarche similaire à la nôtre pour briser un verre lors d'une émission de la série Mythbusters:
- Il faut éviter les verres de petite taille car ils ont une fréquence naturelle hors de porté pour voix humaine (voir exp #1)
- Le verre doit être assez fin pour que sa structure soit assez fragile
- Le verre doit posséder des imperfections (typiquement les verres de basse qualité) pour rendre sa rupture possible par la voix
- Le verre doit être placé près de la bouche (à environ 10cm) pour compenser la diminution d'intensité en fonction de la distance parcourue par l'onde sonore et également rester immobile pour éviter une désynchronisation du l'onde sonore et de la vibration du verre.
- La bouche ne doit pas être trop ouverte afin de concentrer les ondes sonores sur un point précis du verre. La diminution de la répartition de l'onde sonore signifie que la force appliquée par l'onde sonore sera plus grande par centimètre carré sur la surface du verre.
- Il faut également éviter l'intervention d'autres facteurs (sources sonores, vibrations, vent) qui affecteraient l'expérience.
- Enfin, il est absolument crucial d'avoir un chanteur ou une chanteuse pouvant tenir la fréquence de résonance suffisamment longtemps (voir la résonance) tout en ayant une intensité très élevée. Cette dernière condition est très dure à remplir car il n'y a que quelques chanteurs professionnels qui sont capable de produire un tel son au monde.
Un de ces rares chanteurs s’appelle Jaime Vanderra. Il a, avec succès, réalisé une démarche similaire à la nôtre pour briser un verre lors d'une émission de la série Mythbusters:
La fréquence chantée par Vandera pour briser ce verre était de 556 hertz à une intensité de 105 décibels. La méthode qu'il adopte correspond à nos recommandations et il prouve donc la validité de notre démarche ainsi que, bien sur, l'affirmation que la voix humaine est capable de briser un verre.