Embed Size (px)
DESCRIPTION
Quelques aspects physiques du signal sonore. Jean Pierre COL Contrôle Acoustique Environnement [email protected]. Introduction. L’acoustique est un vaste domaine Mon intervention est limitée à la présentation de mon métier : L’acoustique environnementale Humain . - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Quelques aspects physiques du Quelques aspects physiques du signal sonoresignal sonore
Jean Pierre COL
Contrôle Acoustique Environnement
IntroductionIntroduction
L’acoustique est un vaste domaineMon intervention est limitée à la
présentation de mon métier : – L’acoustique environnementale
Humain .– L’acoustique du bâtiment
Présentation en 2 parties– Rappels d’acoustique (cours)– Positionnement professionnel exemples.
Principe 1 - acoustique Env.Principe 1 - acoustique Env.
Source Signal Récepteur Analyse
Milieu
Emission TraitementPropagation Réception
Exemple : Je parle ;
Ma bouche; Air + la salle; vos oreilles; Analyse
1- Emission: 1- Emission: Les 2 Principaux paramètresLes 2 Principaux paramètres
Acoustique Environnementale– Puissance Lw = 10 log (W /W0) en dB
avec W0 = 10-12 Watt– Spectre Signal simple fréquence
Signal complexe Spectre
Il y en a d’autres– Attaque– Durée – Stabilité / variations– Directivité
Puissance / IntensitéPuissance / Intensité
Puissance (Watt) : énergie libérée par unité de temps LwdB = 10.log(W / W0)
Energie libérée par une
source se propage sous
forme d’ondes. Intensité
acoustique la densité
d’énergie par unité de
surface :
LpdB = 10.log(I / I0) W/m²20 dB
50 dB
80 dB
110 dB
Seuil de perception
Tronçonneuse
Int. de train
Rue résidentielle
Orchestre
S de classe
Int habitation
Echelle de fréquencesEchelle de fréquences
La fréquence est représentée sur une échelle logarithmique
18 50 5000 18 00010 100 1000 10 000
Zone d’intérêt en Ac. Env.
Ultra
SonsSpectre audible
Infra
Sons
La propagationLa propagationC’est le gros morceau !Pas de vide : la propagation dépend du milieu
a) vitesse de propagation C = 340 m/s (air)1 500 m/s l’eau; 3 500 m/s le béton; 5 500 m/s l’acier
b) La longueur d’onde : distance parcourue par l’onde pendant un cycle = d2 – d1 = C / F
A 100 Hz = 3,4 mA 2000 Hz = 17 cmRègles sur les écrans et les difficultés à contenir les basses fréquences
d1
d2
Le niveau sonore en un pointLe niveau sonore en un point Intuitivement on sens que cela va dépendre
– Puissance à laquelle on émet– Distance entre la source et le récepteur– Des obstacles qui vont réduire ou accroître le signal
Le niveau sonore en 1 point correspond aux variations de pression en ce point dont l’unité traditionnelle est le Pascal. On note :
Lp = 10.log (P²/P0²) = 20.log (P/P0). Relations importantes
I (W/m²) = P² / C avec densité du milieu (dans l’air =1,2 kg/m3 ) et C célérité (dans l’air 340 m/s)
Calculer P0 …
Niveau / PuissanceNiveau / Puissance
Propagation dépend du champ acoustique. Ici approche concerne = les milieux aériens.
Champ libre Lp = Lw – 10.log(4r²) où Lp est le niveau de la source en un point; Lw la puissance libérée; r la distance source / réc.
Exemples de calculs de décroissance…
Limite du champ libreLimite du champ libre
Le champ libre :– N’existe quasiment jamais…
Méthode de rayons utilisée pour modéliser les salles
– C’est une approximation acceptable en champ proche où le niveau du signal direct est très supérieur à celui du signal réverbéré.
Le champ acoustique diffus.
S. Direct
Les obstacles qui modifient la propagationLes obstacles qui modifient la propagation
Schéma de principe
Propagation
Source Surface plane
Ei
Er
Et
Ea
Bilan énergétiqueBilan énergétiquePrincipe énergétique :
Ei = Er + Ea + EtGroupe : tout élément est régulier
1 = (Er/Ei) + (Ea/Ei) + (Et/Ei) Ce que l’on note en acoustique :
1 = r + +
Coef d’absorptionfacteur de transmission
Faible corrélation alors que et r sont étroitement liés
Isolation et correctionIsolation et correction
On s’intéresse à la partie transmise du signal
ISOLATION
On s’intéresse à , la partie absorbée du signalCORRECTION
Autres applicationsAutres applications
La directivité Q = 10 log (nb de surfaces réverbérantes). – Les théâtres antiques– Les machines aérauliques
Les écrans acoustiquesExemples et calculs
Cas d’un espace clos Cas d’un espace clos
Leq1 = LSD + Li (Li réflexions ; Li réverbération).
Modélisation est assez complexe (Interférences, diffraction, etc.) mais des pgm font des approches
Leq2 = Leq1 – R + L’i + Ai (transmission lat.)
SD
L1
L2
L3
Leq1 Leq2
A2
A1
Correction acoustiqueCorrection acoustique
On appelle durée de réverbération (Tr) le laps de temps que met l’énergie acoustique d’un signal à décroître de 60 dB après l’arrêt de la source.
N1
N1- 60
T1 T2
Tr = T2 – T1
On symbolise la décroissance du niveau sonore par une droite. C’est plutôt une droite de régression.
N1
N1 - 60
N1 - 5
T1 T’1 T’2T2
EDT = T’1 – T1
Traînage T’2 – T2
Réverbération et qualitéRéverbération et qualitéLa durée de réverbération est un des facteurs
de la qualité sonore d’une salle.Selon Sabine Tr = 0,16 V /A
où V volume de l’espace A aire équivalente d’absorption.
Il existe d’autre modèle ( Eyring, Mullington)En fonction de l’utilisation de la salle et de
son volume, la littérature recommande des durées de réverbération.
La diffusion est le premier critère.
Aire Eq. d’absorptionAire Eq. d’absorption
L’aire équivalente d’absorption est le produit de la surface par le coefficient d’absorption. A = s S
Rappel : s = Ea / Ei (pages 15 et 16)
C’est un coefficient propre à chaque matériau– Exemples laines minérales s = 0,9
moquette s = 0,3
plâtre s = 0,01
Méthodes de calcul prévisionnel…
L’isolation acoustiqueL’isolation acoustique
C’est la partie transmise du signal. Elle dépend :– De l’indice d’affaiblissement de la paroi : R =10 log – Des transmissions latérales Ai (variables)– Des réflexions dans le local de réception.On note D = Leq1 – Leq2 (isolement brut)
Dn = D + 10 log (T/0,5) (isolement stand.)
SD
L1
L2
L3
Leq1 Leq2
A2
A1
Sommation des niveaux sonoresSommation des niveaux sonores Dans l’environnement il est rare qu’une source sonore
soit unique. Pour ajouter les niveaux sonores de 2 sources
différentes il faut ajouter les pressions quadratiques Exemple S1 de niveau L1 = 60 dB = 10 log (P1²/ P0²)
S2 de niveau L2 = 60 dB = 10 log (P2²/ P0²)Niveau résultant L1+2 = 10 log ((P1² + P2²) / P0²)
= 10 log (2*P1² / P0²) = 10 log (P1² / P0²) + 10 log 2
= 60 + 3 = 63Autre exemple
Lois de l’isolationLois de l’isolationLa théorie donne 2 lois permettant de
calculer une isolation :– La loi des masses et de fréquences;
Loi des masses à 500 Hz Loi des fréq pour 100 kg/m²
25 kg/m² 32 dB
50 kg/m² 36 dB
100 kg/m² 40 dB
200 kg/m² 44 dB
400 kg/m² 48 dB
-
+
4dB
- 125 Hz 32 dB
+
4dB
250 Hz 36 dB
500 Hz 40 dB
1000 Hz 44 dB
2000 Hz 48 dB
La fréquence critiqueLa fréquence critique En raison de l’élasticité des matériaux les parois se
déforment sous l’action d’une onde de longueur . Lorsque cette longueur d’onde coïncide avec celle d’un
mode de flexion de la paroi il se produit un phénomène de résonance qui favorise la transmission du signal.
R en dB
F en Hz
R en dB
F en Hz
fcfc
Parois doublesParois doubles Le principe est comparé à un système masse (m1)
ressort masse (m2) . Les performances acoustiques sont généralement
supérieures à celles d’une paroi simple de masse m = m1 + m2.
Ce type de paroi présente plusieurs fréquences de résonance dues à chacune des parois et à la lame d’air (ou de matériau absorbant) entre les parois.
Il trouve des applications dans :– Les doubles vitrages– Les doublages des parois– Les cloisons en plaques de plâtre
Les récepteursLes récepteurs
L’oreille récepteur– Qualitatif– En comprendre le fonctionnement permet un
certain nombre de règles– Intègre des critères physiques / subjectifs
Le sonomètre – L’outil de mesure objectif de l’acousticien
Perception spectrale du signal Perception spectrale du signal
Infra Basses fréq Médium Aigu Ultra son son
Seuil d’audition
Fct de transfert de l’oreille
Modèles de filtre Modèles de filtre
En réception– Pondérations (Lin, A – 1/ fct de transfert - , B, C)
– Bandes d’octave (fréq. centrales normalisées 31,5 ; 63 ; 125 ; 250 ; 500 ; 1k ; 2 k ; 4 k ; 8 k Hz)
Bandes d’octave / bandes critiquesBandes d’octave / bandes critiques
– Bandes de tiers d’octave / Bandes critiques
– Perception des fréquences par la cochlée
A l’émission– Bruit blanc (L constant sur tout le spectre)– Bruit rose (L constant par bande d’octave)– Bruit routier (L pondérés par bandes d’octave)
IntégrationIntégration
L’oreille fonctionne comme un intégrateur.
S1
S1’
T0 T0 + 50 ms T0 + 200 ms
Coloration Séparation Perception
Concept d’intégration est à la base des niveaux sonores équivalents (mesures) Leq = (1/T) t L dt
