Pourquoi entendez-vous la différence entre l'eau chaude et l'eau froide ?

Selon vous, laquelle était de l'eau chaude et laquelle était de l'eau froide ? Faites défiler vers le bas pour la réponse..

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Oui, le premier échantillon sonore était de l'eau froide versée, et le second était de l'eau chaude.
Le travail a d'abord été réalisé par une agence de publicité londonienne, Condiment Junkie, qui utilise la conception sonore dans l'image de marque et le marketing, en collaboration avec des chercheurs de l'Université d'Oxford, et ils ont publié un article de recherche à ce sujet. L'expérience est décrite pour la première fois dans le blog de Condiment Junkie et a été reprise par NPR et bien d'autres. Il y a même une vidéo YouTube sur ce phénomène qui compte plus de 1,5 million de vues.

Cependant, il n'y avait pas vraiment de bonne explication quant à la raison pour laquelle nous entendons la différence. Le document académique n'en a pas vraiment discuté. La vidéo youtube indique simplement que "le changement dans les éclaboussures de l'eau modifie le son qu'il produit en raison de diverses raisons complexes de dynamique des fluides", ce qui n'explique vraiment rien. Selon l'un des fondateurs de Condiment Junkie, "plus de bouillonnement dans un liquide chaud... vous avez tendance à en tirer des sons de fréquence plus élevée", mais une discussion plus approfondie sur NPR a noté que "l'eau froide est plus visqueuse... C'est ce qui fait que cette sonnerie aiguë .” Est-ce qu'ils ont tous les deux raison ? Il y a même pas mal de discussions à ce sujet sur les forums de physique .
Mais ce n'est que spéculation. La plupart des arguments sont à moitié formés et impliquent une bonne quantité de gestes de la main. Personne n'a réellement analysé l'audio.

J'ai donc analysé les deux échantillons ci-dessus à l'aide de Sonic Visualiser . Les spectrogrammes sont très bons pour ce genre de choses car ils vous montrent comment le contenu fréquentiel change au fil du temps. Mais vous devez être prudent car si vous ne choisissez pas comment le visualiser avec soin, vous passerez facilement à côté des choses intéressantes.

Voici les spectrogrammes des deux fichiers, eau froide en haut, eau chaude en bas. La fréquence est sur une échelle logarithmique (sinon tous les détails seront entassés en bas) et les fréquences de pointe sont fortement accentuées (il y a énormément de bruit).

Il y a plus d'analyse que montré, mais la caractéristique la plus frappante est que les mêmes fréquences sont présentes dans les deux signaux ! Il y a une forte fréquence dominante qui augmente linéairement d'environ 650 Hz à un peu plus de 1 kilohertz. Et il y a une deuxième fréquence qui apparaît un peu plus tard, commençant aux alentours de 720 Hz, descendant jusqu'à 250 Hz, puis remontant.

Ces fréquences sont à peu près les mêmes dans les cas chauds et froids. La différence est principalement que l'eau froide a une seconde fréquence beaucoup plus forte (celle qui plonge).

Donc, tous ceux qui ont spéculé sur pourquoi et comment l'eau chaude et froide sonnent différemment semblent s'être trompés. S'ils avaient réellement analysé l'audio, ils auraient vu que les mêmes fréquences sont produites, mais avec des forces différentes.

Ma première supposition était que la deuxième fréquence est due au fait que la taille des gouttelettes d'eau dépend du débit d'eau. Lorsque plus d'eau coule, au milieu de la coulée, les gouttelettes sont grosses et produisent donc des fréquences plus basses. L'eau chaude est moins visqueuse (plus liquide) et ne se sépare donc pas autant en ces gouttelettes.

J'étais moins sûr de la première fréquence. Cela est peut-être dû à une taille de gouttelettes par défaut, et seules certaines gouttelettes d'eau ont une taille plus grande. Mais pourquoi cette première fréquence augmenterait-elle linéairement ? Peut-être qu'après que l'eau a touché la surface, elle se sépare toujours en petites gouttelettes et ce sont donc elles qui retombent après l'impact initial. Peut-être que plus il y a d'eau sur le sol, plus les gouttelettes qui éclaboussent sont petites, ce qui augmente cette fréquence.

Mais Rod Selfridge , un chercheur de l'équipe d'ingénierie audio ici, a donné une meilleure explication possible, que je vais répéter textuellement ici.

La ligne de fréquence plus élevée dans le spectrogramme qui augmente linéairement pourrait être liée au volume d'air restant dans le récipient dans lequel le liquide est versé. Au fur et à mesure que le fluide est versé, le volume d'air diminue et la fréquence de résonance de la «chambre» restante augmente.

La ligne de fréquences inférieure pourrait être liée à la force du liquide ajouté. Au fur et à mesure que la vitesse de coulée augmente, augmentant la force, le liquide qui tombe pousse plus loin dans le réservoir. Cela signifie qu'une colonne d'air plus profonde est piégée et devient une bulle. Plus la bulle est grande, plus la fréquence de résonance est basse. C'est la théorie de Minneart et décrite dans l' article ci-joint .

Ma dernière pensée a été que pour l'eau chaude, en particulier bouillante, il y aura de la vapeur dans le récipient et autour de la zone de contact de la coulée. Peut-être que la vapeur a un effet de filtrage acoustique et/ou un effet physique sur la coulée ou les éclaboussures initiales.

Bien sûr, une réponse plus définitive impliquerait quelques expériences, versant différentes quantités d'eau dans différents récipients. Mais je pense que cela démontre déjà la nécessité de tester la théorie du son qui se produira par rapport à l'analyse des sons réels produits.