Chapitre 7 : Ondes sonores et confort acoustique

1. Caractéristique d'un son

1) Qu'est ce qu'un son ?

Un son est émis par un objet en vibration (membrane d'un haut parleur, cordes vocale …). Ces vibrations font osciller les molécules d'air en contact avec l'objet et se communique de proche en proche aux molécules voisines.

Les vibrations provoques des variation locales de pression faisant apparaître une succession de compression et de dépression.

Une ondes sonore est une ondes mécanique de pression qui se propage sans déplacement de matière dans un milieu matériel.

Le son ne se propage pas dans le vide.

2) Pression atmosphérique

Lorsqu'il n'y a pas de son, la pression locale est égale à la pression admosphérique P0 (10^5 Pa). Au passage d'une onde sonore cette pression peut augmenter, (suppression) ou diminuer (compression).

La pression acoustique correspond à la variation de pression Δp = p – p0

3) Célérité

La célérité du son, noté c, correspond à sa vitesse de propagation, elle s'exprime en m.s^-1. Elle dépend :

• du milieu de propagation : elle est plus importante dans les solides et les liquides que dans les gaz.
• De la température : c augmentent lorsque la température augmentent.

Matériau	Air	Eau	Béton	Sapin	Liège	Acier	Verre
C (m.s-1)	340	1500	3100	6120	450	5500	5600

4) Période temporelle T

La période T est la plus petite durée au bout de laquelle la pression acoustique se répète identique à elle même en un point du milieu.

La période est lié à la fréquence f = 1/T

5) La longueur d'onde λ

La longueur d’onde λ est la distance parcourue par l'onde sonore pendant la période T. Elle s'exprime en m.

Elle correspond aussi à la distance la plus petite séparant deux point du milieu vibrant en même temps. On parle de période spatiale.

c = λ / T	c en m.s-1
	λ en m
	T en s

2. Perception sensorielle

1) Hauteur d'un son

L'oreille humain est un récepteur sensorielle sensible à des ondes sonores dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz.

Plutôt que de fréquence on peut parler de hauteur d'un son :

Fréquence		20 Hz		300 Hz		1 500 Hz		20 000 Hz
Hauteur	Infrasons		Sons graves		Sons médiums		Sons aigus		Ultrasons
			Sons audibles pour les personnes

2) Intensité sonore

On appelle intensité sonore I (ou intensité acoustique), la puissance acoustique P reçut par le récepteur par unité de surface.

I = P / S	I en W.m-2
	P en W
	S en m2

On appelle intensité de référence I₀ la plus petite intensité sonore audible (seuil d'audibilité) pour un son de fréquence 1000 Hz.

I₀ = 10^-12 W.m^-²

3) Le niveau sonore

L'oreille humaine est capable de percevoir des sons dans une place d'intensité sonore très étendu, allant de 10^-12 W.m^-2 à quelque W.m^-2. Pour tenir compte de cette caractéristique, on définie une nouvelle grandeur appelé niveau sonore L s'exprimant en décibels (dB).

L = 10*[log (I / I0)]	L en dB
	I et I0 en W.m-2

Attention les niveaux sonores ne s'additionnent pas. Le niveau sonore est lié à plusieurs sources sonores définie par : L_tot = 10*[log (I₁ + I₂ + I₃ + ... / I₀)].

4) Sensibilité de l'oreille humaine

L'oreille humaine est un récepteur très sensible. La perception d'un son dépend de la fréquence de l'onde sonore et de son intensité sonore.

On fixe ainsi, un seuil d'audibilité et un seuil de douleur.

3. Propagation d'une onde sonore

1) Réflexion, transmission et absorption

Lorsqu'un son arrive sur une paroi une partie de l'énergie acoustique est réfléchie, une autre partie est transmise ou absorbé.

Lors de la réflexion d'une onde sonore sur une paroi, l'angle d'incidence i est égale à l'angle de réflexion r.

On peut définir les coefficients correspondant :

• coefficient de réflexion : r = I_réfléchie / I_incidente
• coefficient d’absorption : a = I_absorbé / I_incidente
• coefficient de transmission : t = I_transmise / I_incidente

Conservation de l'énergie r + a + t = 1

2) Amortissement

Le niveau sonore L diminue lorsque l'on s'éloigne. Chaque fois que la distance de la source est doublé le niveau sonore diminue de 6 dB.