Expliquer ma thèse à Mamie #5 – récapitulatif 1 : acoustique générale

Ma thèse expliquée à Mamie, Quintessence Add comments

déc 082006

Un petit récapitulatif - un peu plus technique - avant de clore le chapitre sur les généralités en acoustique. J'en profite pour mettre les liens vers les précédents billets :

Comme promis, voici un récapitulatif illustré des notions d'acoustiques vues lors des précédents billets.

Les sons

Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support solide ou fluide. La vibration mécanique peut-être créée par exemple par la membrane d'un haut-parleur et le support peut-être l'air dans le cas d'un fluide, du bois ou du métal dans le cas d'un solide.L'onde créé par la vibration mécanique (c'est le phénomène d'émission sonore) se propage dans le milieu porteur (phénomène de propagation), créant des variations de pressions et atteint notre oreille qui est sensible à ces variations (phénomène de réception).

Emission, propagation et réception d'un son

Un son est caractérisé par deux grandeurs indépendantes : l'amplitude et la fréquence.

L'amplitude

L'intensité avec laquelle est perçue un son dépend (entre autres) de l'amplitude du son. Elle se mesure en décibel (dB). 0 dB correspond au minimum que l'oreille humaine peut percevoir appelé seuil d'audibilité (ne pas confondre avec le silence absolu). La plupart des personnes ont un seuil d'audibilité supérieur à 0 dB (environ 4 dB). Le seuil de la douleur est d'environ 130 dB, mais l'oreille peut subir des dommages à partir de 85 dB.

Amplitude en décibels d'ambiance sonore courante

La fréquence

La fréquence correspond au nombre d'oscillations par seconde d'un mouvement oscillant. Dans le cadre de l'acoustique la fréquence est directement liée à la hauteur d'un son. À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu. Elle se mesure en Hertz (Hz).Tout être vivant doté d'une ouïe ne peut percevoir des sons que dans une plage de fréquence donnée. L'oreille humaine est sensible aux fréquences allant d'environ 20 Hz à 20 kHz (domaine en rouge dans l'image qui suit). En dessous de 20 Hz c'est le domaine des infrasons (domaine bleu), et au delà de 20 kHz c'est le domaine des ultrasons (domaine vert).

Domaines fréquenciels

Beaucoup d'animaux ont une bien meilleure ouïe que l'homme. Par exemple le chat peut percevoir des sons jusqu'à 25 kHz, le chien perçoit les sons jusqu'à 35 kHz, la chauve-souris et le dauphin peuvent percevoir les sons de fréquence 100 kHz.

Le spectre sonore

Tous les sons peuvent être décomposés en une somme de composantes élémentaires ayant une fréquence et une amplitude particulière. Dans le cas d'une note de musique la fréquence dominante (ayant la plus grande amplitude) s'appelle la fondamentale. Le spectre sonore d'une note de musique contient donc cette fondamentale et plusieurs multiples de celle-ci qui sont appelées harmoniques. Les harmoniques ont donc une fréquence plus elevée (elles sont plus aigües) mais une amplitude plus faible (nos oreilles les distinguent moins facilement).Le spectre est la décomposition d'un son en toutes ses composantes élémentaires dont on reporte la fréquence (en abscisse) et l'amplitude (en ordonnée) sur un même graphique.

Exemple de spectre pour une note jouée par un instrument

La suite qui concerne le bruit émis par le avions se trouve ici : Expliquer ma thèse à Mamie #6 : le bruit des avions

Sophia

Vous dites que l'intensité sonore dépend (entre autres)de l'amplitude du son. De quoi peut-elle dépendre d'autre ? Y-a-t-il une formule pour calculer l'intensité d'un son ? Qu'est ce que le silence absolu ? Qu'est ce que le timbre d'un son ? Le fait est que je fais mon TPE sur le son et que j'aurai besoin de ces quelques précisions que je crois importantes.
Sophia

J'ai oublié :Merci d'avance.
http://goutte-de-science.net admin

Bonjour Sophia,d'après votre commentaire, il semble que les notions d'intensité et d'amplitude ne sont pas claires dans votre esprit.L'intensité d'un son, ou le niveau sonore se mesure en décibels. Il s'agit du logarithme (en base 10) d'un rapport entre deux niveau de pression (on peut la définir autrement, mais je prendrai cette définition pour illustrer mon propos), selon la relation suivante :Lp = 20*log(p/pref).Dans cette relation, p représente schématiquement les variations de pression perçue par le tympam par rapport à la pression atmosphérique. pref quand à lui est une pression de référence qui correspond au seuil minimum d'audibilité (en dessous de cette valeur on ne perçoit aucun son).La valeur de référence étant fixée, on voit donc que l'intensité d'un son dépend uniquement des variations de pression perçue par l'oreille par rapport à la pression atmosphérique.Là où ça se complique, c'est que ces variations de pression dépendent quand à elles de nombreux facteurs... typiquement la température. Ainsi, un son de ne propage pas de la même manière quand il fait froid que quand il fait chaud. Il dépend aussi bien sûr de la composition de l'air et de sa densité : un air sec ne porte pas le son de la même manière qu'un air chargé d'humidité.Aussi, il y a un problème de vocabulaire, car le terme "intensité" fait référence à de nombreuses notions un peu différentes.Pour plus de détails, voir cet article : http://fr.wikipedia.org/wiki/Acoustique_musicale#Intensit.C3.A9.Le silence absolu n'existe que dans le vide. C'est quand il n'y a pas de média pour porter les vibrations. Dans le vide, pas d'air, donc pas de vibrations, donc pas de bruits. Les vaisseaux qui tirent des lasers dans l'espace dans la série Star Wars par exemple ne doivent donc pas faire de bruits ! C'est certes moins classe, mais c'est comme ça !Sur terre, on considère que le silence est absolu en dessous de variations de pression de l'ordre de 0.00002 Pascal, de telles variations de pression ne sont pas audibles par l'oreille humaine.Le timbre d'un son représente sa décomposition spectrale. C'est ainsi qu'on peut distinguer à l'oreille la note La jouée par une guitare de celle jouée par un Piano.Ce sont les mêmes notes, mais la composition spectrale (les "couleurs" de la note, sa décomposition en fréquence en fait) des deux notes ne sont pas les mêmes. Il y a une fondamentale à la même fréquence pour les deux notes (le La de la Guitare et le La du piano) mais les harmoniques (il y en a une infinité qui composent le reste du son) ne sont pas les mêmes pour le piano et la guitare.Voilà, c'est ça le timbre Bon courage pour votre TPE.
Sophia

Tout s'éclaire ! Je vous remercie pour toutes ces informations qui vont beaucoup me servir.:)