acoustique urbaine Flashcards
Définit l’acoustique.
C’est la branche de la physique qui étudie les sons et traite toute vibration mécanique se propageant dans un milieu, on distingue parmi ses subdivisions:
*l’acoustique architecturale.
Décrit l’acoustique architecturale ou l’acoustique des bats.
Elle traite les problème de protection contre les bruits et les vibrations, ainsi que les conditions optimales d’émission et de réception des ondes sonores, dans un local.
Décrit l’évolution de l’acoustique architecturale.
*Les théâtres de la période grecque permettent une réduction minimum de son,
*Les théâtres de la période romaine, utilisent le principe des vases acoustiques,
*Les églises de la période chrétienne dépendent de la géométrie de l’espace (parois courbées et lisses, voutes en plein ceintre,…),
*Les mosquées de la période musulmane, qui introduisent des ouvertures dans le dôme pour absorber le son, et utilisent le principe de piéger le son par les contreforts décorés,
*Début de l’acoustique architecturale avec Wallace Clément Sabine (1868-1919),
*Amélioration de l’acoustique d’une salle de conférence à Harvard.
Comment peut on étudier l’acoustqiue?
Selon l’approche:
Ondulatoire,
Géométrique,
Statistique.
Selon la propagation:
Espace clos (acoustique des salles): études des fromes, matériaux, moyens de réduction de bruit, transmission des salles, contrôle des vibrations mécaniques,
Champ libre: contrôle de bruit, planification des villes.
Définit le son.
C’est une onde générée par la vibration mécanique d’un corps fluide ou solide, qui se propage en créant des perturbations locales de la pression. Il désigne la sensation auditive à laquelle cette vibration est susceptible de donner naissance.
Définit l’onde.
C’est un phénomène physique dans lequel une perturbation locale appliquée à un système initialement à l’équilibre se déplace dans l’espace sans transport de matière. On distingue selon:
*son mode de propagation:
L’onde mécanique: ondes sonores, ultra sonores,…,
L’onde électromagnétique: ondes radios, lumineuses, rayons X,… .
*sa direction de perturbation:
L’onde transversale: oscillation perpendiculaire à la propagation,
L’onde longitudinale: oscillation parallèle à la propagation.
Définit le bruit.
C’est un phénomène acoustique produisant une sensation auditive désagréable.
Le son est une onde mécanique longitudinale. Quelles sont les trois phases qui naissent le son?
*L’émission: le son produit par une vibration d’un objet appelé objet source, son émission se fait par une oscillation de chaque petit volume d’air autour de sa position d’équilibre,
*La propagation: le son se propage dans l’air (expérience de la cloche vide),
Une onde est une perturbation ponctuelle d’un milieu,
Elle se propage de proche en proche (effet domino),
Sans transport global de matière (transfert d’énergie),
*La réception: l’onde qui arrive au récepteur vas faire vibrer une membrane qui se traduit en signal.
Quelles sont les caractéristiques d’une onde acoustique?
*La pulsation = la distance angulaire parcourue par l’onde prenant une période, notée w, exprimée en rad/s et donnée par la relation:
w=2π /T .
*La période = le temps nécessaire pour effectuer une vibration (oscillation), elle s’exprime en seconde.
*L’amplitude: l’onde sonore oscille entre deux valeurs max +A , -A,
*La longueur d’onde = la distance parcourue par l’onde sonore durant une période, notée λ et exprimée en mètre,
*Le nombre d’onde = le rapport entre la pulsation w et la célérité c, notée k et exprimé en rad/m:
k=w/c=2π/λ.
*La fréquence = le nombre de vibration pendant une seconde, notée f et exprimée en Hz: f=1/T,
f=w/2π,
*La célérité = vitesse de propagation de l’onde sonore dans un milieu, notée c et exprimée en m/s:
c=λ/T=fλ,
Elle dépend de la température du milieu, dans l’air elle est donnée par l’expression: c=20√T, (T en K).
Quelles sont les caractéristiques du son?
*La célérité: la vitesse du son dépend du milieu dans lequel l’onde se propage,
*La fréquence: nombre de vibration pendant une seconde, la hauteur représente la fréquence, la plage d’audibilité de l’oreille humaine permet la perception des sons dont 20<f<20 000 Hz.
Quels sont les types de son?
*Pur: il est associé à un signal périodique de f correspondant à une courbe sinusoïdale: vibration d’une corde de guitare,
*Composé (complexe, bruit): il est associé à un signal périodique non sinusoïdal: la parole, la musique, le bruit,… .
Décrit les sons complexes.
Les sons complexes sont composés d’un nombre de sons purs, dont une fréquence fondamentale représentée par une courbe sinusoïdale, et des:
*harmoniques,
*bandes d’octave (double de la fréquence).
Décrit les bandes d’octaves crées par les fréquences particulières.
“10log f = n° bande”:
10 f particulières:
31.5, 63, 125, 250,…, 16000,
=>10log 31.5 = 15,
=>10log 63 = 18,…
Dans les bondes d’octaves, le log des fréquence est espacé d’une mm distance (dans ce cas = 3: bandes de tiers d’octave), et la largeur des bandes située au dessus de chaque n° est doublé à chaque fois.
Pourquoi utiliser les bandes d’octave?
*Permet une sélection logique de certaines f parmi une large gamme,
*Le log des f centrales de bandes d’octaves sont séparés par la mm distance,
*Les f centrales des bandes d’octave sont des f de base pour toute mesures en acoustique de bat.
Décrit les domaines de fréquence.
infrasons, basse f, moyenne f, haute f, ultrasons,
*basse f => sons graves => 20-250,
*moyenne f => sons médiums => 250-2000,
*haute f => sons aigus => 2000-16000.
Décrit les domaines audibles.
*instruments de musique: 31.5-16000,
*voix féminines: 250-8000,
*voix masculines: 125-4000,
*domaine audible des personnes âgées: 31.5-4000,
*domaine audible des personnes jeunes: 31.5-16000.
Décrit la pression acoustique.
Un milieu est caractérisé par sa pression ambiante. Dans le cas de l’air on a P atm=10^5Pa. Lors du passage de l’onde sonore, il y a modification de la pression locale (surpression ou dépression), la pression totale sera donc:
P tot = P atm + surpression
=> surpression: pression acoustique: exprimée P ac, elle est définie comme la partie fluctuante de la pression totale autour d’une valeur moyenne constante P atm.
*L’oreille humaine est sensible à une pression allant de P0=20µPa à Pmax=20Pa (seuil de douleur).
Les variations locales de pression sont modélisés par une fonction sinusoïdale:
p(t)=pm.sin.wt
*On définit la pression ac efficace noté Peff par:
Peff= Pmax/√2.
Décrit la puissance acoustique.
*Toute vibration est accompagnée d’énergie E. Lorsque cette vibration produit un son, cette E est propagée en mm temps que le son = énergie sonore.
*La puissance P ou W, représente l’E sonore traversant une surface par unité de temps. Elle est calculée en intégrant la pression ac sur une surface sphérique entourant la source sonore:
W = p² . s/ρc.
*puissance: W
*pression ac: p,
*surface du front d’onde qui se propage,
*masse volumique du milieu:ρ,
*célérité du son dans le milieu: c.
Décrit l’intensité acoustique.
Elle représente la puissance ac ramenée à une unité de surface, notée I, donnée par:
I= W/S = p²/ρc
La surface sur laquelle la puissance ac se répartit augmente lorsqu’on s’éloigne de la source de sorte qu’il y a toujours affaiblissement de l’I sonore (W restant identique puisqu’elle caractérise la source).
*Les limites de l’audition humaine:
- I < 10^-12 W.m², le son est trop faible pour être audible,
- I > 10^-12 W.m², le son provoque une douleur dans l’oreille,
- I = 10^-12 W.m², correspond au seuil d’audibilité.
Décrit les niveaux ac.
Comme la gamme de pressions audibles est très large (de 1 à 1m), et pour simplifier les valeurs, on définit une nouvelle grandeur: niveau sonore, qui correspond à la sensation de l’oreille. Au tour de 1000Hz, la sensation sonore est proportionnelle au log de I (loi de Weber Fechner).
*Le niveau d’intensité:
Li = 10 log I/I0
I0 : W0 = 10^-12 = intensité min perceptible par l’oreille humaine.
*Le niveau de pression:
Lp=10log p²/p0²=20log p/p0
p0: pression acoustique de réf p0 = 2.10^-5 Pa, elle correspond à la pression min perceptible par l’oreille.
*Le niveau de puissance:
Lw = 10log W/W0
W0: puissance ac de réf W0=10^-12W.
Cite les particularités des niveaux acoustiques.
*Le sonomètre est l’appareil qui mesure les niveaux ac,
*Le niveau ac s’exprime en dB, c’est une unité relative, il exprime en relation logarithmique, un rapport entre deux grandeurs sonores: une grandeur mesurée et une autre de réf,
*Lorsque le son se propage dans l’air Li = Lp.
Comment manipuler les niveaux?
Les niveaux sont ajoutés en terme d’E. Une pression au carré est proportionnelle à une E. Soient deux sources:
1) L1, I1,
2) L2, I2,
=>comment avoir le Ltot?
*Méthode analytique:
-Passage du Li au I:
Lp=10logp²/p0² <=> p=p010^Lp/20,
Li=10logI/I0 <=> I=I010^Li/10,
Lw=10logW/W0 <=> W=W010^Lw/10.
1.Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux ac différents:
L(Itot)=10logΣ10^LIi/10=10logΣ10^Lpi/10=Lptot.
2. Dans le cas de deux niveau égaux Lp1=Lp2:
Lptot= 3dB + Lp1.
3. Dans le cas de plusieurs sources de mm niveau ac:
ΔL=10 log n
*Méthode graphique:
1.Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux ac différents:
-on considère les source deux par deux,
-on calcule la différence de niveau L2-L1,
-on lit sur l’abaque le niveau à ajouter à celui de la source la plus élevée,
-on obtient le niveau sonore total.
Décrit la sensibilité de l’oreille.
L’oreille transforme les pressions ac en sensation auditives mais ne perçoit pas de la mm manière toutes les f, afin de mieux comprendre cela, on étudie le diagramme de Fletcher et Munson, qui représente les courbes d’égale sensation sonore d’une oreille humaine normale en fonction de la f, elles sont dites isosoniques. Chaque courbe isosonique indique la pression acoustique mesurée, selon la fréquence, pour un bruit perçu comme étant de même niveau sonore.
*La zone d’audition normale est comprise entre la limite de la douleur (120dB) et le seuil d’audition (0dB à 1000Hz),
*Limite entre 30 Hz pour les f basses, et vers 10 000 Hz pour les f hautes,
*Sensibilité est max entre 1000 et 5000Hz,
*Les limites évoluent d’un sujet à l’autre et pour un mm individu en fonction de l’âge, des maladies/accidents,… .
La mm sensation pour les sons:
-1000Hz à 40dB,
-100Hz à 60dB,
-8000Hz à 50dB,
=> les 3 sons ont un mm niveau d’isosonie de 40 phones (un phone = un dB à 1000Hz).
Décrit la pondération A.
La pondération ‘A’ est la pondération standard des fréquences audibles ; elle a été conçue pour se rapprocher de la réaction de l’oreille humaine au bruit. Elle permet d’évaluer la sensation de bruit dont les niveaux physiques dont < 55dB:
Lp (A) = 10logΣ 10^(Lpi+pondération)/10.
