Introduction à l'acoustique.

 

"L'acoustique est la discipline qui traite des aspects physiques de la production et de la transmission des sons et des bruits".

 

Pression acoustique.

La mise en évidence de la transmission des vibrations dans l’air révèle une certaine variation de la pression par rapport à la pression atmosphérique. 

En tout point, il règne la pression instantanée :

P = P0 + p, où P0 est la pression atmosphérique et p est la pression acoustique

 

Le décibel.

Le décibel est une unité sans dimension permettant d’exprimer un rapport entre l’intensité sonore mesurée, et l’intensité la plus petite audible par l’homme.

L’addition de deux sources sonores identiques entraîne une augmentation de 3 dB (50 dB + 50 dB = 53 dB).

Une multiplication par 10 de la puissance acoustique entraîne une augmentation de 10 dB (50 dB x 10 = 60 dB).

Si deux bruits ont des niveaux sonores différents d’au moins 10 dB, le plus élevé masque le plus faible (effet de masque : 50 dB + 60 dB = 60 dB).

La mesure du niveau sonore se fait à l’aide d’un sonomètre, qui transforme l’énergie du son en une tension électrique.

 

Célérité du son.

La célérité du son (c) varie en fonction de l’homogénéité et de l’elasticité du milieu. Elle diffère selon les milieux (gazeux, liquide ou solide).

Exemples (à 15°C): 

- dans l’air : c=340 m/s

- dans le caoutchouc : c=40 à 150 m/s

- dans l’eau : c=1440 m/s

- dans l’acier : c=5050 m/s

 

Fréquence.

La fréquence d’un son (f) est le nombre de fluctuations de la pression acoustique autour de la pression atmosphérique, par unité de temps. Elle est exprimée en hertz (Hz). Par exemple, 100 Hz correspondent à 100 variations de la pression par seconde. Un son peut paraître plus aigu ou plus grave qu’un autre. Ils se différencient par leur hauteur, la notion physiologique de hauteur étant liée à la notion physique de fréquence.

L'oreille humaine est sensible aux sons dont les fréquences sont comprises entre 20 et 20.000 Hz.

 

Son pur.

Un son pur (celui du diapason par exemple) est une sensation auditive provoquée par une onde de pression périodique purement sinusoïdale. Il est la résultante d’une vibration dans un milieu élastique (air, eau, matière solide) caractérisé par la fréquence (nombre de vibrations par seconde), l’amplitude (niveau sonore ou volume du son) et la durée.

 

Longueur d'onde d'un son pur.

La distance qui sépare les états identiques de deux ondes contigües est la longueur d’onde λ. La fréquence d’un son f (exprimée en Hz), la célérité du son c (en m/s), et la longueur d’onde λ (en m) sont liées par la relation suivante : 

λ=c/f

Ainsi, la célérité du son dans l’air étant de +/- 340 m/s, la plage des fréquences audibles variant de 20 à 20000 Hz, la longueur d’onde peut varier de 17mm à 17m.

Bruit.

Le bruit est une sensation correspondant à une variation aléatoire de la pression acoustique. Le mot peu désigner une nuisance, ou toute manifestation sonore, gênante ou non. 

 

Spectre du bruit.

Le spectre d’un bruit est la représentation graphique d'un niveau acoustique (intensité, puissance,...) en fonction de la fréquence. 

C’est donc la courbe portant, en abscisses les  bandes de fréquences (en Hz), et en ordonnées les niveaux , exprimés en dB, correspondant à chacune des fréquences ou bandes de fréquences.

 

Propagation du bruit.

Un champ libre est un espace aérien dans lequel une onde acoustique ne rencontre pas d’obstacle.

Pour une source sonore ponctuelle en plein air, le niveau sonore LI décroît de 6 dB chaque fois que la distance séparant le point de mesure de la source sonore est doublée.

Pour une source sonore linéaire rectiligne en plein air, le niveau sonore LI décroît de 3 dB à chaque doublement de distance.

 

Filtres.

Le décibel permet d’exprimer un rapport entre une intensité mesurée en W/m2 et l’intensité la plus petite que l’oreille peut percevoir à 1000 Hz.

Pour un même niveau d’intensité en dB, le système auditif perçoit moins bien les bruits graves que les médiums ou aigus. Un son de fréquence 1000 Hz et de niveau d’intensité 40 dB paraît aussi fort qu’un son de fréquence 300 Hz et de niveau d’intensité 49 dB.

On a ainsi défini une unité physiologique de mesure des bruits. Les appareils de mesure acoustique comportent donc généralement plusieurs filtres, dont les corrections en fonction des fréquences sont appelées «courbes de pondération».

 

Psychologie de l'acoustique.

Effets psychologiques dûs au bruit.

Les effets psychologiques dûs au bruit sont liés à sa nature, à sa signification, et à l’activité de la personne qui y est soumise. Ils peuvent :

- dépendre du niveau sonore. Ex : le son de la télévision d’un voisin, le bruit d’une tondeuse à gazon peuvent devenir insupportables.

- être indépendants du niveau sonore, telle l’exaspération provoquée par le bruit d’une goutte d’eau, ou bien le chant du coq dans un environnement calme.

Effet «cocktail party».

Lors d’une réunion de type cocktail ou dans un restaurant, le niveau sonore est relativement faible quand la salle est peu occupée. Il augmente à mesure que la salle se remplit. L’intelligibilité diminue d’autant plus que les groupes sont proches les uns des autres. A partir d’un certain seuil (+/- 100 personnes), il faut élever la voix pour être entendu. Le niveau sonore s’élève rapidement et devient inconfortable. C’est l’effet «cocktail party».