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Comportement d'une onde sonore

 

1--Onde sonore

2--partie réfléchie (diffractée)

3--partie absorbée

4--partie réfractée

Acoustique: la diffusion

 

PROPAGATION DES SONS

 

On utilisera le terme de "célérité" et non de "vitesse" parce qu'une onde sonore implique une transmission d'énergie, et non un déplacement de matière. La célérité du son ne dépend ni de l'intensité, ni de la fréquence, ni du timbre. Elle dépend uniquement du milieu de propagation (340 m/s dans l'air à 15° C, 1450 m/s dans l'eau, 5100 m/s dans l'acier) et croit avec la température.

Rappel: La longueur d'onde (L, notée lambda, λ ) est la distance que l'onde parcourt pendant la période T, inverse de la fréquence (T=1/f)

 

 

Interférences

 

Quand deux sons de même fréquence se propagent dans la même direction, leur interférence dépend du déphasage (noté phi, φ) de l'un par rapport à l'autre. (ci-dessous, un léger décalage existe)

 

déphasage

S'ils sont strictement en phase, leurs amplitudes s'ajoutent (le son double d'intensité).

S'ils sont de phases strictement opposées la résultante est nulle (plus de son).

Le déphasage affecte la sonorité. (Le phasing est un effet mis à contribution en musique électrique)

 

 

Battements

 

Lorsque deux sons sont de fréquences voisines, tout se passe comme si la fréquence restait la même mais avec un déphasage variable. On entend alors un son d'intensité périodiquement variable dont la fréquence est égale à la différence des deux. L'air ambiant lui, vibre toujours au rythme des deux fréquences. Cette particularité est exploitée pour l'accord d'un instrument par rapport à une référence.

 

 

Sons différentiels

 

Lorsque la différence de fréquence entre deux sons est relativement grande ( f1=1400 Hz et f2=1000 Hz par exemple) l'oreille entend un son différentiel égal à la différence entre les deux fondamentales, toujours plus grave (ici 400 Hz) que les sons d'origine. Ce phénomène est dû à la non linéarité de l'oreille, les sons différentiels étant des sons subjectifs qui n'existent pas dans le champ sonore!

 

 

Réflexions

 

Quand une onde sonore est confrontée à des obstacles, la ou les réflexions qui en résultent donnent acoustic à plusieurs types de phénomènes. Suivant le type et les dimensions de l'obstacle une onde sonore se comporte de dfférentes façons.

Si sa longueur d'onde est supérieure aux dimensions de l'objet qu'elle rencontre, elle le contourne, mais dans le cas contraire, le son est partiellement réfléchi et peut produire des ondes stationnaires. Les petits obstacles réfléchissent donc les aigus et sont sans effet sur les graves.

 

 

Ondes stationnaires

 

Elles prennent vie lorsque deux trains d'ondes de même fréquence se propagent en sens inverse et se rencontrent. Elles sont formées de zones où l'air est soumis à des mouvements de compression et dépression qui ne se déplacent pas, générant donc des endroits où le son a disparu ou semble au contraire plus intense. Ce phénomène, s'il est mis à profit dans le fonctionnement de nombreux instruments de musique, peut en revanche s'avérer extrêmement gênant dans une salle de concert. Dans ce cas, des artifices architecturaux ainsi que des revêtements en matériaux absorbants judicieusement choisis sont mis en place pour le supprimer.

 

 

 

Réverbération

 

la révérbération

 

Dans ce cas, les ondes réfléchies sont tellement nombreuses et rapprochées les unes des autres, que l'auditeur ne peut les distinguer. Il perçoit comme une traîne sonore juste après le son direct.

Le temps de réverbération (TR) est le temps en secondes mis par un son pour être atténué de 60 dB. Il est proportionnel au volume de la salle et inversement proportionnel au coefficient d’absorption des parois.

Quelques exemples de Temps de Réverbération:

salle de conférence = 1 s

salle de concert = 3 s

Notre-Dame de Paris = 8 s

Ces durées de plus en plus longues peuvent nuire à l'intelligibilté du message. En effet, si une onde sonore est de nouveau produite alors que la précédente n'est pas encore suffisamment atténuée, les informations se mélangent.

 

 

Echo

 

Cette fois, on perçoit très nettement un court silence entre le son direct et sa première réflexio, éventuellement suivie d'autres.

 

 

L'effet Doppler

 

L'effet Doppler se manifeste lorsque la source sonore, externe à l'auditeur, se déplace par rapport à ce dernier. C'est typiquement le pin-pon de l'ambulance qui se rapproche de vous, qui êtes immobile, dont le son de la sirène semble devenir plus aigu à mesure que celle-ci approche, puis devient subitement plus grave et continue de baisser alors que l'ambulance s'éloigne.

La source en se déplaçant créée devant elle une zone de surpression qui tend à rapprocher les ondes sonores, ce pourquoi la hauteur du son nous donne le sentiment de monter. Alors qu'elle a dépassé notre position, la zone sonore passe en dépression (à l'arrière du mobile) ce qui nous donne l'impression que la fréquence du son s'abaisse.

En fait, seul le conducteur de l'ambulance et ses passagers entendent le vrai son de la sirène, qui est à fréquence constante...

 

 

Focalisation

 

On considère que le son se propage selon des régles semblables à celles de l'optique géométrique (réflexion, réfraction). En vertu de la loi de réflexion, des surfaces concaves nuisent à une répartition uniforme du niveau sonore, focalisant les ondes en certains points particuliers. Les spectateurs, dans une salle de ce type ne sont donc pas tous logés à la même enseigne. Le pire des cas est celui des salles de concert pour lesquelles les ondes sonores sont focalisées sur l'orchestre lui-même : le son émis par les instruments retourne à son point de départ avec un décalage temporel conduisant à un "écho" extrêmement gênant pour les musiciens. Le phénomène n'est utilisé que dans de rares cas.

 

 

lepreux

Pour éviter la contamination physique, les religieux mettaient à profit la focalisation de certains acousticx.

 

 

Absorption

 

Noté Alpha α, le coefficient d'absorption est compris entre 0 (absorption nulle) et 1 (absorption totale).

Un obstacle peu rigide, donc peu élastique, ne réfléchira qu'une faible partie de l'onde qui l'a heurté. On considère donc qu'il s'agit d'un obstacle à forte absorption. A l'inverse, une onde sonore rebondira sur une paroi de verre, matériau dur qui n'est pas en mesure d'en absorber correctement l'énergie.

De manière générale, en environnement ordinaire, on constate une meilleure absorption à mesure que la fréquence croit, ce qui n'est pas sans incidence sur la sonorité, car le timbre se modifie.

Les matériaux absorbants qui sont généralement des matériaux mous comme le liège ou le feutre, absorbent la majeure partie des ondes sonores incidentes (directes), même s’ils réfléchissent quelques ondes de basse fréquence.

Les matériaux réfléchissants, tels que la pierre et le métal, renvoient la plus grande partie des ondes acoustiques émises. C’est pourquoi un grand auditorium peut présenter une acoustique très différente selon qu’il est comble ou vide, car les sièges vides réfléchissent les ondes sonores alors que les spectateurs les absorbent.

 

 

Réfraction

 

La réfraction est provoquée par un changement de mileu en cours de propagation. Si les caractéristiques de propagation de deux mileux sont très éloignées (l'air et l'eau par exemple) l'énergie sonore n'est pas correctement transmise de l'un à l'autre.

 

 

Diffraction

 

La diffraction consiste, pour une onde, à contourner un obstacle ou à passer à travers une ouverture. Les fréquences élevées sont plus facilement réfléchies, en raison de leur longueur d'onde.

 

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