Acoustique Flashcards

1
Q

def acoustique

A

Partie des sciences qui s’intéresse aux ondes mécaniques dans leur expression
mathématique, depuis leur production, à leur propagation dans un milieu (gaz, liquide,
solide), jusqu’à leur réception (microphone, tympan) et leur perception (oreille).

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2
Q

sujet d’étude de l’acoustique

A

Etudie les vibrations : sons, ultrasons et infrasons non perceptible à l’oreille humaine
mais qui obéissent aux mêmes lois physiques.

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3
Q

2 aspect de l’acoustique

A

Objectif - Concerne l’étude des grandeurs physiques liées aux vibrations acoustiques
Subjectif (ou perceptif) - Concerne l’étude des sensations auditives / perceptives provoquées par les sons (leur interprétation par notre système sensoriel)

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4
Q

Trois Grand axes de l’acoustique

A
  • Acoustique physique ou théorique
  • Acoustique Humaine: Audition
  • Domaines transversaux
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5
Q

Acoustique physique ou théorique

A

Grandeurs énergétiques des ondes sonores
 Propagation des ondes sonores
 Définition et caractéristiques des ondes sonores
 L’acoustique architecturale
 L’électroacoustique
 L’imagerie médicale
 L’acoustique non-linéaire
 L’acoustique sous-marine
 L’aéroacoustique

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6
Q

Acoustique Humaine: Audition

A

 Etude du système auditif
Mécanisme de perception des sons
 Production/réception de la parole

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7
Q

 Domaines transversaux

A

Acoustique musicale
 Acoustique environnementale

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8
Q

Concepts fondamentaux de l’Acoustique

A

celui-ci s’articule autour de la génération, la propagation et la réception des ondes mécaniques et des vibrations

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9
Q

Qu’est-ce qu’un son?
D’un point de vue physique

A

Résulte d’une vibration mécanique qui met en mouvement un milieu matériel et
se propage de proche en proche générant ains

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10
Q

Comment le son est classé

A

en fonction de la vitesse de propagation des vibrations dans le milieu
et de leur détection possible par l’oreille

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11
Q

types de sons

A

Infra-sons : vitesse de propagation lente - inaudibles
 Sons audibles : vitesse de propagation intermédiaire
 Ultra-sons : vitesse de propagation rapide - inaudibles

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12
Q

exemple d’infrason

A

Géophysique
(Tremblement de Terre,
Tonnerre, éruptions
volcaniques)
Elephant(com)

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13
Q

exemples d’ultrason

A

Animal
Médical
Industriel
Spécifique

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14
Q

types de son audibles

A

Médium: 300 Hz – 6 kHz
Graves: 20 Hz – 300 Hz
Aiguës: 6 kHz – 20 kHz

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15
Q

caractéristique d’un son physique

A

phénomène propagatif, l’onde acoustique (ou onde sonore) s’étudie en
physique comme une onde mécanique périodique progressive

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16
Q

def onde acoustique

A

Onde acoustique= onde mécanique (périodique) progressive

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17
Q

Si un son n’est pas périodique, il peut être :

A

phonétique

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18
Q

Comment on représente le son en physique

A

vecteur

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19
Q

def son D’un point de vue subjectif/perceptif

A

sensation auditive que donne l’oreille d’un stimulus physique sonore engendré par la propagation d’une onde acoustique
-> Message physique objectif transformé par le système auditif en un
message sensoriel +ou- subjectif

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20
Q

Message sensoriel caractérisé par:

A

• La tonie : en référence à la hauteur d’un son (grave ou aigu)
• La sonie : en référence à l’intensité, au volume sonore d’un son ( faible
ou fort)
• Le timbre : en référence à un ensemble de caractéristiques du son
qui permettent de distinguer deux instruments, deux voix différentes.
Le timbre est propre à chaque source sonore.

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21
Q

L’analyse du son subjectif relève de

A

la psycho-acoustique

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22
Q

type d’onde pour un son

A

mécanique

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23
Q

type d’onde pour la lumière

A

électromagnétique

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24
Q

Production d’un son nécessite

A

une source vibratoire

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25
Q

Rythme d’oscillation définit

A

la
fréquence 𝒇 d’oscillation.

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26
Q

Différents types de sources vibratoires selon qu’elles génèrent et/ou transmettent
le signal sonore:

A

Sources actives : génération et transmission du signal sonore
Sources passives : limitées à la transmission d’un signal sonore leur parvenant
d’une source émettrice extérieure sur un domaine fréquentiel commun
(phénomène de résonance)

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27
Q

types de sources actives

A

• Actives directes (du domaine du « vivant ») : voix, stridulations, cris,
naturels (vagues, tonnerre…)
• Actives indirectes : font appel à une source d’énergie extérieure pour
être générées (haut-parleurs électromécaniques, piézo-électriques…)

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28
Q

caractéristique d’une source passive

A

Possèdent des propriétés mécaniques (tension, élasticité…) leur
permettant de réémettre le signal sonore reçu (poutre, tympan,…)

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29
Q

A quoi sert la géométries spatiales des sources vibratoires

A

Conditionnent les caractéristiques spatiales et
énergétiques de l’onde sonore résultante.

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30
Q

différentes géométries

A

Ponctuelle, volumique ou surfacique

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31
Q

la géométrie spaciales conditonne

A

différentes directions de propagation de l’onde sonore à partir de
sa source

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32
Q

types de directions de propagation

A

Omnidirectionnelle : émet dans toutes les directions (cas
absolu de la source ponctuelle)
Directionnelle : émet dans des directions privilégiées

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33
Q

Le mouvement de la
membrane est dit

A

sinusoïdal

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34
Q

Caractéristiques physiques des vibrations

A

 Période temporelle 𝑻 en seconde (s)
 Fréquence 𝒇 en Hertz (Hz = s-1

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35
Q

T caractérise quoi

A

le plus petit intervalle de temps à la fin duquel un processus se
répète identique à lui-même. Le phénomène est alors dit périodique.

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36
Q

f caractérise quoi

A

le nombre de fois qu’un phénomène
périodique de période T se reproduit par unité de temps ( = 1seconde)

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37
Q

formule f

A

f = 1/T

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38
Q

Qu’est ce que nécessite la production du son

A

nécessite que la source
vibratoire soit en contact avec un milieu matériel

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39
Q

Source de la propagation d’un son

A

phénomène de déformation élastique
du milieu sous l’effet des vibrations de la source

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40
Q

Prérequis pour propagtion d’un son

A

la présence d’un milieu matériel
« isotrope » (propriétés identiques en tout point du milieu), pour que l’onde sonore
puisse se propager

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41
Q

Caractéristique sur type d’onde selon le mileu

A

Le type d’onde généré dépend des caractéristiques mécaniques du
milieu, c’est-à-dire la capacité de ce milieu à se déformer au passage de
l’onde et à retrouver son état initial après qu’elle ait cessé.

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42
Q

Prévalence des milieux élastiques (air, eau,…) pour la propagation

A

c’està-dire des milieux qui se déforment aisément sous l’effet d’une contrainte
mécanique et reprennent leurs formes initiales lorsque celle-ci cesse d’agir

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43
Q

En l’absence d’obstacle, que fait l’onde

A

l’onde sonore se propage en ligne droite à
l’image de la propagation d’une onde lumineuse

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44
Q

mileu sans son propagé

A

le vide

45
Q

phénomènes liés au milieu traversé

A

Phénomène d’atténuation au cours de la propagation en fonction de la distance parcourue
Phénomène de diffusion par les particules du milieu dépendant de la longueur d’onde et de la taille des particules
Phénomène de réflexion/transmission lors du passage d’un milieu à un autre
Phénomène de diffraction

46
Q

phénomènes liés au milieu traversé

A

Phénomène d’atténuation au cours de la propagation en fonction de la distance parcourue
Phénomène de diffusion par les particules du milieu dépendant de la longueur d’onde et de la taille des particules
Phénomène de réflexion/transmission lors du passage d’un milieu à un autre
Phénomène de diffraction

47
Q

Une couche d’air contient 𝑛 molécules d’air et se caractérise par:

A

une pression 𝑃 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 (Pa),
• une masse volumique 𝜌 (kg.m-3),
• un volume 𝑉 (m3).
• une température 𝑇 = 273 + 𝑡 (K)

48
Q

une membrane se mette à vibrer sous l’effet de
chocs répétés :

A

Elle se met donc à osciller rapidement autour de sa position d’équilibre à une
fréquence 𝒇, avec une amplitude de déplacement extrémale 𝑫 = ||𝑫|| (vec) .

49
Q

un déplacement 𝑫 produit

A

déplacement local, c’est-à-dire une perturbation -
mécanique - de la couche d’air en contact direct avec la membrane

50
Q

un déplacement 𝑫 produit

A

déplacement local, c’est-à-dire une perturbation -
mécanique - de la couche d’air en contact direct avec la membrane

51
Q

Une perturbation mécanique a pour conséquence

A

une variation locale de la densité du fluide – même nombre de molécules d’air dans un plus petit volume et à un changement de
pression

52
Q

une surpression
par rapport à la pression atmosphérique

A

c’est la pression acoustique 𝑷𝒂𝒄

53
Q

étape des variations de pressions périodiques

A

Perturbation dans le sens de l’onde - transmission de la perturbation - Perturbation dans le sens inverse, retour à la place initiale

54
Q

propagation d’une onde acoustique

A

succession de compressions et dilatations du milieu sous l’effet de la
perturbation initiale.

55
Q

La vitesse à laquelle la perturbation est transmise de proche en proche

A

célérité

56
Q

caractéristique de la célérité

A

Elle rend compte de la vitesse de
propagation de l’onde et dépend uniquement des caractéristiques du milieu de
propagation

57
Q

que montre A l’instant 𝑡 = 𝑡0, l’évolution spatiale de la pression (état de pression instantané) dans
l’air

A

une alternance périodique entre des zones de compression et des zones
de dilatation.

58
Q

Nom complet de λ en acoustique

A

période spatiale

59
Q

𝑃 (𝑥) =

A

𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑎𝑐(𝑥)

60
Q

𝑃𝑎𝑐(𝑥) =

A

𝑃0 sin(−𝑘. 𝑥)

61
Q

k (nombre d’onde) =

A

2π/λ

62
Q

que représente k

A

la norme du vecteur d’onde 𝒌 qui donne la
direction de propagation de l’onde acoustique

63
Q

que représente La dépendance en « 𝒙 » de l’état de pression à l’instant 𝑡 = 𝑡0

A

la propagation spatiale de l’onde acoustique.

64
Q

𝑃 (𝑡) =

A

𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃0 sin(2. 𝜋. 𝑓.𝑡)

65
Q

caractéristique de La périodicité 𝑇 des variations de pression de
l’air

A

identiques à celle de la source vibratoire qui leur a donné naissance

66
Q

Que représente La dépendance en « 𝒕 » de l’état de pression à l’instant 𝑥 = 𝑥0

A

l’évolution temporelle de l’onde acoustique.

66
Q

Que représente La dépendance en « 𝒕 » de l’état de pression à l’instant 𝑥 = 𝑥0

A

l’évolution temporelle de l’onde acoustique.

67
Q

L’onde acoustique présente donc une double périodicité :

A

Une périodicité temporelle: elle se reproduit identique à elle-même au cours
du temps.
Une périodicité spatiale: elle se reproduit également identique à elle-même
dans l’espace.

68
Q

En un point 𝒙 = 𝒙𝟎 de l’espace, les variations temporelles de pression
𝑃 𝑡 s uivent

A

une courbe sinusoïdale, de période temporelle 𝑻.

69
Q

A l’instant 𝒕 = 𝒕𝟎, les variations spatiales de pression 𝑃 𝑥
suivent

A

une courbe sinusoïdale, de période spatiale 𝛌.

70
Q

équation de d’Alembert def

A

La relation entre les états de pression 𝑃 (𝑥,𝑡) dans l’espace et le temps lors de
la propagation d’une onde sonore est donnée par l’équation d’onde:

71
Q

équation d’alembert (écris là fdp)

A

𝜕²𝑃/𝜕𝑥² − 1/𝑐² x 𝜕²𝑃/𝜕𝑡²= 0

72
Q

Solution équation d’alembert

A

𝑃 (𝑥,𝑡) = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃0 sin(2. 𝜋. 𝑓.𝑡 − 𝑘. 𝑥)

73
Q

l’équation de d’Alembert solution mais qu’avec la variation de pression par onde sonore

A

𝑃𝑎𝑐 (𝑥,𝑡) = 𝑃0 sin(2. 𝜋. 𝑓.𝑡 − 𝑘. 𝑥)

74
Q

def pulsation

A

vitesse à laquelle s’effectue un aller-retour complet – c’est-à-dire une période 𝑇 - par
unité de temps.

74
Q

def pulsation

A

vitesse à laquelle s’effectue un aller-retour complet – c’est-à-dire une période 𝑇 - par
unité de temps.

75
Q

Pulsation / vitesse angulaire 𝜔 en radian par seconde (rad/s) =

A

= 𝟐𝝅f

76
Q

Equation d’Alembert avec pulsation

A

𝑃𝑎𝑐 (𝑥,𝑡) = 𝑃0 sin(𝜔.𝑡 − 𝑘. 𝑥)

77
Q

En vibration

A

P augmente
V diminue
T (273 + t) et n constant

78
Q

P =

A

F/S

79
Q

vitesse particulaire 𝒗, également appelée
vitesse acoustique

A

vitesse d’ocillation des molécules

80
Q

𝜆 =

A

𝑐𝑇 = 𝑐/f

81
Q

𝒖 (𝒙, 𝒕) =

A

𝑼𝟎 𝒔𝒊𝒏(𝝎 𝒕 − 𝒌 𝒙 + 𝝋)

𝑢(𝑥,𝑡) : déviation (m)
𝑈0: Amplitude maximale de
déviation (m)
𝜔 = 2𝜋𝑓: pulsation (rad/s)
𝑓: fréquence (Hz)
𝑘: nombre d’onde (rad/m)
𝜑: phase de l’onde (rad)

82
Q

𝑣 (𝑥,𝑡) =

A

𝑈0 𝜔 cos (𝜔 𝑡 − 𝑘 𝑥) = 𝑉0 sin (𝜔 𝑡 − 𝑘 𝑥 + 𝜋/2)

82
Q

V0 (Amplitude maximale de vitesse) =

A

𝑼𝟎 𝜔

83
Q

caractéristique de valeur efficace (effective)

A

permet de caractériser le comportement d’un phénomène , car c’est la seule qui est mesurable par un détecteur
Elle correspond à la moyenne quadratique de la valeur instantanée sur la période 𝑇, pour une position fixe 𝑥 = 𝑥0.

84
Q

Veff (vitesse particulaire effective)

A

𝑼𝟎 𝝎/2e0,5 (racine carré)

85
Q

lien entre vitesse et déviation

A

Vitesse 𝒗(𝒙, 𝒕) et déviation (𝒖 𝒙, 𝒕) se font dans la même direction,
mais avec des amplitudes et des phases différentes.

86
Q

Alors que l’onde sonore se propage à la célérité « c », la variation de pression
instantanée se déplace à la vitesse particulaire instantanée 𝒗. La pression
acoustique 𝑃𝑎𝑐 (𝑥,𝑡) peut donc s’écrire:

A

𝑃𝑎𝑐 (𝑥,𝑡) = 𝑃0 sin (𝜔𝑡 − 𝑘𝑥) = 𝜌 𝑐 𝑣 (𝑥,𝑡) = 𝑍 (𝑣 𝑥,𝑡)

𝑃0 : pression acoustique crête
𝑣(𝑥,𝑡) : vitesse particulaire (mm.s-1)
𝜌 : masse volumique (kg.m-3
𝑐 : célérité (m.s-1)
𝒁 = 𝝆 c L’ impédance acoustique (kg.m-2.s-1)

87
Q

P0 (Amplitude maximale de pression) =

A

𝒁 𝑽𝟎 = 𝑼𝟎 𝒁𝜔

88
Q

𝑷𝒆𝒇𝒇 =

A

𝑷𝟎/𝟐e0,5 = 𝑼𝟎𝒁𝝎/2e0,5

89
Q

Notion de phase et de déphasage

A

La phase d’un phénomène périodique permet de repérer dans quelle
partie de son cycle se trouve le phénomène considéré.

90
Q

notation phase

A

𝝋

91
Q

notation déphasage

A

différence de phase ∆𝝋

92
Q

Pour évaluer un déphasage entre deux phénomènes périodiques il est
nécessaire de

A

définir un signal de référence dont la phase sera considérée
comme nulle

93
Q

Le déphasage permet de savoir

A

si l’un des phénomènes est en avance ou en retard sur l’autre….

94
Q

Le déphasage entre la vitesse et la déviation, c’est-à-dire la différence de
phase, est tel que:

A

∆𝝋 = 𝝅/𝟐− 𝟎 = 𝝅/2

95
Q

Ce déphasage peut se traduire temporellement

A

∆𝑻 =𝑻/𝟒− 𝟎 = 𝑻/4

96
Q

différents cas de ∆𝝋

A

Si ∆𝝋 >0 : 2 en avance de phase sur 1
• Si ∆𝝋 <0 : 2 en retard de phase sur 1
• Si ∆𝝋=0 ou k2π : mouvements 1 et 2 en
phase ou synchrones
• Si ∆𝝋 = π ou (2k+1)π : mouvements 1 et
2 en opposition de phase
• Si ∆𝝋 = π/2 ou (2k+1)/2 : mouvements 1
et 2 en quadrature

97
Q

Si les molécules du milieu se déplacent parallèlement à la direction de
propagation de l’onde, l’onde est dite

A

longitudinale (onde de pression) (cas de
la propagation d’une onde sonore dans l’air)

98
Q

Si les molécules du milieu se déplacent perpendiculairement à la direction de
propagation de l’onde, l’onde est dite

A

transversale (onde de cisaillement)
(tremblement de terre)

99
Q

Son pur

A

Composé d’une seule fréquence⟹ correspond à une onde périodique progressive
sinusoïdale pure qui oscille autour d’une fréquence fondamentale 𝑓0

100
Q

equation son pur

A

𝑃 (𝑥,𝑡) = 𝑃0 cos (𝜔0𝑡 − 𝑘𝑥) = 𝑃0 cos (2𝜋𝑓0𝑡 − 𝑘x)

101
Q

Son complexe périodique

A

Correspond à une somme de sons purs de fréquences respectives 𝑓0, 𝑓1, 𝑓2 ,…(𝑓0
fondamental, 𝑓1, 𝑓2, .. les fréquences harmoniques) ayant tous une relation de phase
les uns avec les autres. Les fréquences harmoniques à la fréquence fondamentale
sont définies comme des fréquences multiples de celle-ci: 𝑓𝑛 = 𝑛. 𝑓0

102
Q

Décomposition en série de Fourier

A

(passage du domaine temporel au domaine
fréquentiel)⟹ permet de distinguer les différentes fréquences (fondamentale et
harmoniques) ainsi que leurs niveaux sonores respectifs, qui composent le son
complexe

103
Q

equation fourier

A

𝑃 (𝑥,𝑡) = 𝑃0 𝑐𝑜𝑠 (2𝜋𝑓0𝑡) + 𝑃1 𝑐𝑜𝑠 (2𝜋𝑓1𝑡 + 𝜑1) + 𝑃2 (𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑓2𝑡 + 𝜑2) + ⋯

104
Q

Son complexe non-périodique (quelconque)

A

Correspond à une superposition de sons purs sans lien entre les fréquences, c’està-dire que les fréquences ne sont pas des multiples les unes des autres

105
Q

caractéristiques Son complexe non-périodique (quelconque)

A

 Le bruit est un son complexe non périodique
 Le son d’un instrument de musique est un son complexe périodique
 Les sons produits par la parole sont des sons complexes
périodiques ou non suivant le mode d’excitation du larynx