CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES SONS

 

1-1 : GENERALITES ET DEFINITIONS

L’acoustique est la partie de la science et de la technique relative à l’étude des vibrations acoustiques et concernant leur production, leur propagation et leurs effets.

L’origine du son est la vibration d’un corps dans un milieu élastique et dans un certain intervalle de fréquences sensibles à l’oreille. Cette vibration est transmise à l’air ou à tout autre milieu matériel sous forme d’ondes de compression et de dépression

Lorsque la vibration est sinusoïdale, le son est dit simple ou pur et la vibration est de type harmonique. Dans ce cas, La pression acoustique s’écrit sous la forme suivante :

P(t) = P_m sin wt

P_m : pression acoustique maximale

w: pulsation ou vitesse angulaire définie par w = 2πf

 

 

1-2 : CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU SON :

1-2-1 : La fréquence :

La fréquence f est le nombre de cycle d’oscillation ou de vibration par seconde. Elle est exprimée en Hertz (Hz)

1-2-2 : La période :

Un phénomène est dit périodique s’il se reproduit identique à lui même au bout d’un certain temps. Elle s’exprime en seconde (s)

  

• Si la période est longue, la fréquence est basse et le son est grave.
• A l’inverse, si la période est courte, la fréquence est élevée et le son est aigu.

1-2-3 : La longueur d’onde :

La longueur d’onde λ est la distance parcourue par l’onde pendant une période d’oscillation et s’exprime en mètre :

 

avec :

• λ : longueur d’onde en (m)
• C : célérité du mouvement vibratoire en (m/s)
• T : période du mouvement vibratoire en (s)

1-2-4: La célérité du son :

La célérité ou vitesse du son c est la vitesse à laquelle se déplacent les ondes sonores. Elle varie suivant le milieu de propagation qui peut être solide, liquide ou gazeux.

1-2-4-1: La célérité du son pour le gaz:

Dans un gaz parfait, la célérité du son est calculée par la formule de Laplace :

 

avec:

• P : la pression du gaz considéré en Pa
• ρ : la masse volumique du gaz considéré en Kg/m³
• γ : coefficient isentropique

On peut aussi utiliser la formule suivante :

  

avec:

• T : la température  du gaz considéré en (K)
• M_m : la masse molaire du gaz considéré en (Kg/Kmol)
• γ : coefficient isentropique

Dans le cas de l’air par exemple et pour une température de 0°C, on a le coefficient isentropique  = 1,4 et la masse molaire M_m = 29Kg/Kmol :

►Pour des températures proches de 20°C, on peut déterminer rapidement la célérité du son par la formule simplifiée :

 

Le tableau suivant donne la célérité du son dans l’air pour quelques valeurs des températures :

Tableau 1-1 : Célérité du son dans l’air

1-2-4-2: La célérité du son dans les solides :

La célérité du son dans les solides est donnée par la relation suivante :

 

avec:

• E : le module d’young en N/m²
• ρ : la masse volumique du solide en Kg/m³

1-2-5: L’impédance acoustique :

Un milieu de propagation acoustique est caractérisé par son impédance acoustique Z qui est égale, dans le cas d’un espace illimité, au produit de la masse volumique du matériau ρ par la célérité du son c :

 

avec:

• ρ : la masse volumique du matériau en Kg/m³
• c : la célérité du son en m/s

1-3 : LES PARAMETRES DES SONS :

Le son peut être caractérisé par trois paramètres :

• La fréquence (ou sa hauteur)
• L’intensité (ou le niveau sonore)
• Le timbre (la richesse en harmonique du son) : caractéristique qui permet de différencier à l’oreille deux sons correspond à la même note  et au même niveau sonore joué sur deux instruments différents

1-3-1 : Fréquences audibles par l’être humain

Les fréquences audibles par l’être humain s’étendent de 20 à 20 000 Hz. Ces chiffres peuvent varier suivant l’âge et les personnes.

Notons également que nos oreilles sont plus sensibles aux fréquences medium et aigues, correspondant aux fréquences de la voix.

Tous les sons dont le nombre de vibrations par seconde est inférieur à 20 sont appelés infrasons, tandis que ceux dont le nombre de vibrations par seconde est supérieur à 20000 sont dit ultrasons.

Figure 1-3 : Fréquences audibles par l’homme

1-3-2 : Le bruit dans le bâtiment

Lebruit est un mélange de plusieurs sons différents, il présente une sensation désagréable et gênante.

Le son ne doit pas être forcement fort pour être gênant (robinet qui fuit)

1-3-2-1 : Bruit aérien :

C’est un bruit produit par une source sonore dont l’énergie est transmise à l’air qui l’entoure.

On distingue :

• Le bruit aérien intérieur crée par les conversations, la télévision, le radio, ….
• Le bruit aérien extérieur crée par le trafic routier, une sirène, un avion, …….

1-3-2-2 : Bruit solidien :

C’est un bruit dont les vibrations sont crées dans les solides.

On distingue :

• Bruit d’équipement crée par l’ascenseur, la robinetterie,….
• Bruit de choc ou d’impact crée par le déplacement des personnes, des meubles ou la chute des objets

Figure 1-4 : Bruits aériens et solidiens

 

1-3-3: Bruit rose:

C’est un bruit de référence présentant un niveau sonore identique pour chaque bande d’octave. Il est utilisé pour les mesures d’isolement acoustique aux bruits aériens intérieurs

 

Figure 1-5: Spectre d’un bruit rose

 

1-3-4: Bruit routier:

C’est un bruit de référence présentant un spectre plus élevé en basses fréquences, correspond au spectre d’un trafic routier comportant une répartition standard de véhicules légers et de poids lourds.

 

Figure 1-6: Spectre d’un bruit routier

1-4 : OCTAVE, BANDE D’OCTAVE ET TIERS D’OCTAVE

1-4-1 : Octaves

Puisque les fréquences audibles par l’homme représentent une gamme très importante de 20 Hz jusqu'à 20000 Hz, on a divisé ces fréquences en des intervalles des fréquences appelés octaves

L’octave est une bande de fréquence centrée à la fréquence f dont la fréquence minimale est f₁ est la fréquence maximale est f₂ telque:

                                                                                                          et 

1-4-2 : Bandes d’octave

Les bandes d’octave utilisées dans les bâtiments sont : 125, 250, 500, 1000, 2000 et 4000Hz.

Le tableau suivant donne les fréquences minimales f₁ et maximales f₂ ainsi que la nature du son :

1-4-3 : Tiers d’octave

Le tiers d’octave consiste à diviser l’octave en trois intervalles tels que :

Cette notion de tiers d’octave est utilisée principalement dans les filtres tels que les équaliseurs

Figure 1-7 : Les intervalles d’octave et de tiers d’octave utilisée pour l’analyse des bruits

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Figure1-9: Bande d’octave et tiers d’octave