Cours 1 : Notions de physique et d'acoustique Flashcards
Qu’est-ce que la pression ?
Force appliquée sur une surface
Comment calcule-t-on la pression
p= F/S
où
F = Force
S = Surface
Comment l’objet sur lequel une pression s’exerce peut-il réagir et de quoi est-ce que ça dépend?
Peut :
- Se casser
- Se déformer (de manière permanente ou réversible)
- Rester inchangé
Dépend de sa caractéristique d’élasticité
Qu’est-ce que l’élasticité ?
Représente l’opposition d’un objet à un changement de volume
Ex : balle en mousse = compresse et tendance à se rouvrir (= opposition au changement)
Quels sont les deux termes opposés utilisés pour décrire/caractériser l’élasticité ?
Rigidité : résistance d’une substance aux forces de torsion, de cisaillement, etc., qui tendent à la déformer
Compliance : propriété d’élasticité qui permet à une substance, une structure, de se déformer selon les forces qui s’y appliquent (si on arrête de faire pression, reprendra sa forme)
Qu’est-ce que l’énergie ?
Correspond à la possibilité d’effectuer un travail, c-à-d un changement dans un système donné
Vrai ou Faux
L’énergie totale d’un système est très variable
FAUX
L’énergie totale d’un système est invariable (LOI DE CONSERVATION DE L’ÉNERGIE), mais celle-ci peut prendre plusieurs formes :
- Énergie cinétique
- Énergie potentielle (comme la balle que le compresse, elle emmagasine de l’É. potentielle - qui fait qu’elle s’ouvre à nouveau)
- Énergie de rayonnement
- Chaleur, etc
Comment pourrions-nous décrire le son en termes acoustiques ?
Onde mécanique progressive longitudinale à 3D
- [Onde mécanique progressive] = propagation dans un milieu matériel SANS TRANSPORT DE MATIÈRE
- [Mécanique] = car la perturbation est une déformation du milieu matériel lui-même.
- [Progressive] = car la propagation de la perturbation s’effectue de proche en proche +/- rapidement
Vrai ou Faux
La propagation d’une onde s’accompagne toujours d’une propagation d’énergie
VRAI
Pourquoi le son doit-il se propager dans un milieu physique (il n’y a pas de son dans le vide) ?
Parce que la propagation d’un son est la propagation d’une onde de compression et de raréfaction dans le milieu (et donc besoin de matière à comprimer et raréfier).
De quoi dépend la vitesse d’un son ?
Elle ne dépend que des caractéristiques du milieu.
La vitesse d’un son est un rapport entre l’élasticité (compliance) du milieu et son inertie (sa densité [“rigidité”]).
Elle ne dépend PAS des caractéristiques du son
Quelle est la vitesse du son dans l’AIR et dans l’EAU ?
Air = 343 m/s Eau = 1480 m/s
Comment ce fait-il que le son voyage plus rapidement dans l’acier (5600-6200 m/s) que dans le plomb (1200 m/s) ?
Parce qu’il y a une différence au niveau de la densité et de l’élasticité du milieu.
L’acier est plus élastique que le plomb.
Quels sont les trois mesures que l’on peut faire d’une onde sinusoïdale (répétition d’une même forme) ?
- L’amplitude (A)
- La période (T) : temps que prend un cycle
- La fréquence (f) : 1/T
Changement d’intensité avec l’augmentation et la diminution de pression dans le temps
Haute fréquence : cycles très brefs (moins de temps pour faire un cycle)
Quelle est l’intervalle de sons audibles chez l’humain “moyen” ?
Variations inter-individuelles et intra-individuelles
Infrasons < 20 Hz - 20 kHz > Ultrasons
(infrasons/ultrasons : terminologie basées sur nous)
Voix : 200 Hz à 4000 Hz
(et ça tombe bien car c’est la zone de fréquence où l’on entend le mieux !)
Qu’est-ce qu’une longueur d’onde (λ) ?
Pendant un cycle, l’onde traverse une certaine distance, et c’est ce qu’on appelle la longueur d’onde.
λ = c (= vitesse du son) / f
Plus la fréquence est haute, plus le cycle est court et moins on a de temps, moins loin ira le son.
λ dépend des caractéristiques du SON et du MILIEU
Qu’est-ce que l’intensité sonore ?
Pour produire un son, il faut transformer de l’énergie pour produire un travail.
Plus l’énergie est élevée, plus la vibration a une grande intensité
= Puissance (pression) par unité de surface : W/m2
Pourquoi l’intensité d’un son a-t-elle tendance à diminuer avec la distance ?
- À cause de la friction entre les atomes qui entraine une perte d’énergie (transformation en chaleur)
- Parce que la même énergie doit faire bouger des masses d’air de plus en plus grandes (sphère qui va en s’agrandissant) [pression par unité de surface]
Qu’est-ce que l’énergie acoustique (E_a) et les deux mesures de niveau sonore (intensité d’un son) ?
Énergie acoustique : énergie mécanique qui est transmise sous forme d’un son
Niveau sonore (intensité d’un son) :
- Pression acoustique (P_a)
- Intensité acoustique (I_a)
- Notion de force du son, mais pas de la même façon**
Je suis la valeur efficace, sur un intervalle de temps donné, de l’amplitude de la variation rapide de la pression atmosphérique qui cause une impression sonore.
Qui suis-je ?
PRESSION ACOUSTIQUE (P_a)
Donc une variation rythmé de certaines fréquences de cette pression sur notre tympan.
Un son dans la bonne fréquence (normalement audible) mais trop faible (pas suffisamment de pression) ne pourra être perçu.
C’est ce qu’on utilise le plus dans notre pratique.
L’unité SI pour la pression est le pascal [Pa] (= N/m2)
Qu’est-ce que le seuil d’audition en pression acoustique ?
Seuil d’audition : seuil de l’amplitude d’un son (besoin d’une certaine pression pour l’entendre).
Seuil audible = 20 μPa (0.00002 Pa)
Seul de la douleur = 200 Pa
**Différence entre les 2 de 10^7
Qu’est-ce que l’intensité acoustique (I_a) et quel est son seuil d’audition ?
C’est la puissance transportée par les ondes sonores dans une direction donnée, par unité de surface perpendiculairement à cette direction.
(Intensité = travail - énergie transmise qui arrive perpendiculaire sur notre tympan)
L’unité SI pour l’intensité est le watt par mètre carré
Seuil audible : 10^-12 W/m2
Seuil de la douleur : 100 W/m2
**Différence entre les 2 de 10^14
Quelque soit l’unité ou la façon utilisée pour calculer la force d’un son dont on parle, il va y avoir une différence très importante entre le seuil d’audition et de la douleur.
Qu’avons-nous fait pour remédier à ce problème ?
Intensité et pression acoustiques ont des valeurs qui varient considérablement (l’intensité minimale d’un son que nous percevons est 10.000.000.000.000 fois plus faible que le seuil de la douleur auditive)
Utilise une échelle logarithmique de base 10 pour évaluer l’intensité ou la pression acoustique, le Bel, et pour des raisons pratiques, on utilise le dB.
Concrètement :
14 unités pour donner seuil de puissance = 140 dB
7 unités pour donner seuil de pression = 70 dB
On a pas tous le même seuil…ça change l’intensité sonore perçue !
Intensité/Pression acoustiques perçue est différente de celle qui est émise (parce que le système n’est pas le même entre nous !)
Important car en audiométrie, on mesure ce qu’on entend
Comment fonctionne le dB et quelles sont les valeurs de référence pour l’intensité et la pression acoustique ?
Il s’agit de deux systèmes différents (intensité vs pression) et on veut les ramener sur une même échelle afin de pouvoir les comparer au besoin.
Le dB est un rapport entre 2 valeurs, la valeur mesurée et une valeur de référence (ici, valeur du seuil audible).
Valeurs de seuil audible :
I_a-ref = 10^-12 W/m2
P_a-ref = 2x10^-5 Pa
Donc :
I_a = 10log_10(I_a/I_a-ref) en dB IL (“intensity level”)
P_a = 20log_10(P_a/P_a-ref) en dB SPL (“Sound pressure level”)
[20 plutôt que 10 parce que P_a 2x I_a]
Ainsi :
Seuil d’audition = I_a ET P_a = 0
Voix parlée = I_a ET P_a = 60
(voir diapo 20 pour des exemples avec une fréquence de 1 000Hz)