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Lexique d'acoustique

De
262 pages
On trouvera dans ce lexique la définition et l'explication sommaires des principaux termes de l'Acoustique de tous les jours. Voici une approche de l'univers complexe d'une science qui couvre un vaste domaine où elle engage ses connaissances et ses responsabilités : anatomie, physiologie, sociologie, santé, construction, environnement, industrie, transport, musique...
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LEXIQUE D'ACOUSTIQUE
Architecture Environnement Musique

Univers Musical Collection dirigée par Anne-Marie Green
La collection Univers Musical est créée pour donner la parole à tous ceux qui produisent des études tant d'analyse que de synthèse concernant le domaine musical. Son ambition est de proposer un panorama de la recherche actuelle et de promouvoir une ouverture musicologique nécessaire pour maintenir en éveil la réflexion sur l'ensemble des faits musicaux contemporains ou historiquement marqués.

Déjà parus Jérémie KROUBO DAGNINI, Les origines du reggae: retour aux sources. Mento, ska, rocksteady, early reggae, 2008. Cyrille PlOT, Lorenzo Da Ponte, le librettiste de Mozart, 2008. Sandra HURET, Le paysage intérieur du musicien, 2008. Céline CHABOT -CANET, Léo Ferré: une voix et un phrasé emblématiques, 2008. Pascal BOUTELDJA, Jacques BARI OZ, Bibliographie wagnérienne française (1850-2007), 2008. Denis COHEN, Le présent décomposé, 2008. Paloma Otaola GONZALEZ, La Pensée musicale espagnole à la Renaissance: héritage antique et tradition médiévale, 2008. Frédéric GONIN, Processus créateurs et musique tonale, 2008. Jérôme BODON-CLAIR, Le langage de Steve Reich. L'exemple de Music for 18 musicians (1976), 2008. Pauline ADENOT, Les musiciens d'orchestre symphonique, de la vocation au désenchantement, 2008. Jean-Maxime LEVEQUE, Edouard Desplechin, le décorateur du Grand Opéra à la française (1802-1871), 2008. Jimi B. VIALARET, L'applaudissement. Claques et cabales, 2008. Marisol RODRIGUEZ MANRIQUE, La Musique comme valeur sociale et symbole identitaire. L'exemple d'une communauté afro-anglaise en Colombie (ile de Providence), 2008. Michel FAURE, L'influence de la société sur la musique, 2008

Marcel VAL

LEXIQUE D'ACOUSTIQUE
Architecture Environnement

Musique

L'Harmattan

2008 5-7, rue de l'Ecole polytechnique; 75005 Paris http://www.librairieharmattan.com diffusion.harmattan@wanadoo.fr harmattan l@wanadoo.fr

@ L'Harmattan,

ISBN: 978-2-296-07001-1 EAN: 9782296070011

Abaque:

A

Représentation graphique donnant par un visuel direct une solution approchée d'un ensemble de problèmes numériques que l'on n'a pas à résoudre. Ex: l'abaque de lecture de l'impédance complexe Zm d'un matériau absorbant les sons à la réflexion ~ecture des module et argument de Zm). Abat-voix, Abat-son: Elément rigide placé près d'une source sonore pour en ordonner l'émission dans une direction privilégiée. N'est utile que pour des longueurs d'onde de dimensions voisines de cet élément. - Dans un espace intérieur de grand volume (église) cet élément concentre le son sur une zone privilégiée. Au-delà, la réverbération dilue l'information. C'est l'abat-voix. - Dans un espace extérieur (clocher, beffroi), cet élément est ignoré par les grandes longueurs d'onde caractérisant les basses fréquences générées par les sons de cloches, de bourdons. Il peut être utile pour les carillons de fréquences plus élevées. C'est l'abat-son. (voir: audibilité, réverbération) Abscisse:
Première valeur annoncée dans le système cartésien du positionnement d'un point dans un plan (sur l'axe des x). En général, dans l'expression de résultats d'acoustique, cet axe est réservé auxjréquenœs sur la base d'une unité de valeur, l'octave. Deux fréquences sont à l'octave l'une de l'autre quand elles sont dans un rapport 2. Une octave peut être fractionnée: 1 /120 d'octave, 1/3 d'octave etc.

conque,

directivité,

diffusion,

longueur

d'onde,

(voir: grandeurs, niveau, fréquence, spectre)

Absorbeur

:

Dispositif qui a pour fonction d'absorber dans un champ réverbérant l'énergie d'une source sonore sur une de ses fréquences particulières. Dans sa structure aménagée pour traquer cette fréquence, l'absorbeur contient deux volumes contigus et communiquant: un espace clos et un conduit étroit s'ouvrant vers l'extérieur. L'absorbeur coordonne la réaction des masses gazeuses occluses dans ces deux volumes: celle du conduit va agir en piston à la fréquence du son extérieur, celle de l'espace enclos va transformer l'énergie du piston en chaleur. La condition nécessaire et suffisante de l'absorption acoustique peut se réaliser (transformation de l'énergie cinétique en énergie potentielle). L'absorbeur est l'inverse du résonateur qui restitue une énergie une fréquence particulière (principe du tube 1/4d'onde). sonore sur

Les principales données qui guident le bon choix de l'absorbeur précisées dans les relations suivantes.

sont

Fr:=

~~~
2.1t

-) V~LC

absorbeur

à entrée circulaire

Frl:=

340.

~V

{B
(

absorbeur à entrée rectiligne

avec 8:=

2 - 0.64.log(lc.F) +

L -1 I: )

Lc: longueur corrigée du col (Lc L + 0.8 x D) de section S (surface d'entrée). B : conductivité du col d'entrée de largeur le. - V: volume de l'absorbeur. Fr, Frl : fréquence de résonance en réponse à une fréquence excitatrice F. La surface active absorbante Sac devant l'entrée d'un absorbeur est égale à : Sac :=I1.S.0.75

=

-I~
Dans le schéma de principe suivant d'un absorbeur on voit l'association classique d'un grand volume V et d'un petit volume (col).
Ces deux volumes (toIt/ours couplés) peuvent prendre n'importe quelle forme.

6

K

L
L' L'= 0.8 0

M

++0

1:

Fa

(voir: bande passante, capacitance, fréquence, longueur d'onde, résonance, résonateur)

fréquence

de résonance,

Absorption: a,

13 (sd):

Ensemble des phénomènes qui régissent la transformation de l'énergie cinétique des sons ou des vibrations, émis par une source vibrante dans un milieu quelconque, en énergiepotentielle.

Le milieu, pour avoir la qualification d'absorbant, doit pouvoir assurer la gestion du potentiel thermique accumulé (entropie) lors de l'évolution de l'onde en son sein, sans restitution sonore ou vibratoire possible. L'absorption s'observe de différentes façons: dans le fluide qui porte l'onde, que ce fluide soit gazeux, liquide, visqueux (atténuation sonore avec la distance) ; aux limites qui conditionnent l'onde (correction acoustique) ; dans l'organisation de l'espace de propagation (obstacles totaux ou partiels, diffraction par les arêtes d'un écran) ; dans la discontinuité de l'espace de propagation (rupture d'impédance). (voir: champ, matériaux abs.)
Accélération

conductibilité,

diaphragme,

dissipation,

impédance

des

acoustique

a (ml S2)

Dérivée par rapport au temps de la vitesse vibratoire u. où Am est l'amplitude vibratoire (m) et f la fréquence (Hz) Am est obtenue par intégration de u. Accélération acoustique de référence: 10 !lm I S2.
(voir: impédance mécanique, niveau d'accélération, vibration, vitesse)

a

= Am . (2nf)Z

7

Accéléromètre

:

Appareil restituant par la dynanùque des éléments qui le composent un mouvement vibratoire analogue au mouvement vibratoire à mesurer. Les rapports de similitude entre ces deux mouvements sont fixés par un étalonnage préalable de l'appareil de mesure, en général sur la base de l'accélération de la pesanteur g. (g = 9,81m/s2).
Des systèmes associés à l'accéléromètre donnent les valeurs respectives de la vitesse et de l'amplitude du mouvement vibratoire à mesurer. Accélération, vitesse et amplitude d'un mouvement vibratoire sont exprimées en valeur globale ou en valeur analysée (par fréquence ou par bande étroite de fréquences associées). (voir: capteur, vibrations)

Accord:
Pf?ysiologie:l'accord est la perception de deux sons de fréquences f1 et f2. Ces fréquences peuvent être perçues ensemble ou décalées dans le temps; leur valeur peut changer mais leur intervalle R doit rester le même tel que
R

= f1 / f2 = constante.
de leur

Pour des sons simples (fréquences pures, f) la perception arrangement paraît harmonieuse si R est un nombre simple.

Musique: l'accord est la position relative d'un ensemble de notes énùses simultanément ou successivement. Le rapport R (ou intervalle) de ces notes peuvent prendre les valeurs 3/2 (quinte), 4/3 (quarte) etc. Pf?ysique: si quatre notes sont rangées par valeur de fréquence croissante f1, f2, f" f4, l'intervalle R4 (de f4 à f1) s'exprime ainsi:
log (R4)

= log

(R3) + log(R2) + log(R1).

Où R3 est l'intervalle

de f4 à f3,

R2l'intervalle de f, à f2, R1l'intervalle de E2à f1.
L'accord est une consonance (une sorte de conciliation suivant résonance est une appropriation. Les logarithmes ~og) utilisés en acoustique sont du type décimal. Platon), la

(voir: bande passante, cacophonie, cohérence, consonance, dissonance, fréquence, harmonie, intervalle, musique, phonité, résonance, Tartini)

8

Accord modal: Un espace clos, à parois rigides et d'impédance très différente de celle de l'air, sollicité par une source sonore sinusoïdale (fréquences pures), est le lieu de confluence des modes des parois (modes pariétaux) et de ses propres modes (modes spatiaux). Dans le cadre de l'élaboration d'une salle dédiée à l'écoute musicale, il est du plus haut intérêt de faire se coïncider ces deux familles de modes. Toute source musicale (en substitution à la source sonore sinusoïdale évoquée cidessus) bénéficiera d'un « rendu» optimal. Il s'établira un étonnant dialogue entre la salle et les instruments qui s'y exprimeront.
Le tableau ci-après donne quelques précisions à ce sujet. Pour faciliter la compréhension de l'exemple on choisit trois couples de parois de dimension Lx, Ly, Lz, formée à partir d'un même matériau (le béton, de vitesse de propagation Cm). Béton e1 := 0.10 m Cm:= 3250mis 0.7 : constante d'encastrement Lx
~12

Lx := 5 m

Ly:=Ly.Lz

Ly = 4 m Lx.Lz

Lx Lz := -

o

Lz = 3.5 m

a:=

J Lx.Ly
2

b:=

J Lx.Ly
2
Lny

F1 := 0.7.0.10.3250.
ù"! "(s ~
(to 0... Q) ù"! "'<:J o

F2 := 0.7. (0.10. a) .3250.

E

F3:= 0.7.(0.10.b) .3250.

(~ ) ( ) () () (mx) ( z)
+ 2

F1 = 73.2 Hz

2

-

~y

+

-

L:

F2 = 72.6 Hz

2

L

+

n 2 L

F3 = 74.6 Hz

G:=

F1 + F2 + F3 3

G = 73.5 Hz
2

~
~
o

E

[

FV:= 170.

() () ()
~
Lx +
-'2..

2

LY

+

~

2

Fv = 73.5 Hz

Lz

Ce type de calcul (applicable au béton d'une densité de 2350 kg/m3) permet de vérifier rapidement la capacité modale des parois et leur bon accord avec celle de la salle. Les surfaces et les épaisseurs sont ajustables, la référence étant toujours donnée par la paroi la plus grande, Lx.Ly.

9

La salle fournit beaucoup plus de modes propres que chacune des parois. Il y a donc une large possibilité d'expression pour des fréquences autres que celles fournies par l'activité modale des parois. Sur les 20 premières combinaisons de calcul, «l'écart moyen modal» entre la salle et les parois qui la composent est inférieur à 2 Hz. Dans l'exemple on voit la bonne concordance des calculs pour la série modale F(m,n) et F(m,n,p), avec m = n = p =1. Pour appliquer cet exemple de calcul à des matériaux x différents du béton (de vitesse de propagation des ondes différente, Cmx), il faut ajuster les dimensions des parois (Lx, Ly, Lz et ép.) pour trouver un bon accord avec la salle étudiée. Le calcul des modes spatiaux a toujours valeur de repère. (voir: fréquence propre, milieux, modes) Accordage : Réglage de la hauteur des notes d'un instrument de musique à partir d'un système musical défini. L'intervalle des notes est prédéterminé (instruments à son fixe: le piano) ou l'intervalle est indéterminé (instruments à sons variables: le violon). (voir: consonance, diapason, fréquence, harmonique, musique) Acouphène:
Phénomène permanente qui crée dans le cerveau les conditions d'une perception auditive sans l'apport d'une excitation sonore externe captée par l'oreille.

Tout se passe «comme si », dans le circuit complexe de l'audition et du traitement cérébral du son, certains relais n'obéissaient plus à un ordre d'action et restaient « collés» , entraînant de ce fait le passage en boucle d'un courant parasite assimilable à un bruit de fond. Ce bruit de fond se caractérise par des agencements en fréquences qui s'apparentent à des bourdonnements, des sifflements, des oscillations et qui interfèrent souvent avec la perception réelle de sons extérieurs de fréquences voisines. Ces parasites sonores arrivent parfois par « bouffées ». De nombreuses études sont engagées pour comprendre ce phénomène et apporter une solution à une pathologie aux effets désagréables voire douloureux.

10

- A ne pas confondre avec la rémanenceauditive consécutive à une agression sonore temporaire après laquelle on peut récupérer tout ou partie de la sensibilité auditive dans un délai proportionnel à l'importance de l'agression en niveau sonore et en durée. Le système limiteur d'intensité de l'oreille moyenne retourne à l'équilibre. Acoustique (science):

1) - Science dédiée à l'étude des phénomènes sonores et vibratoires générés par l'action d'une source excitatrice qui, dans son espace proche ou lointain, rayonne une énergie d'évolution périodique. - Science dédiée à l'étude des chemins empruntés par l'énergie de cette source pour atteindre les systèmes raisonnants appartenant au « vivant» (mammifères...) et les systèmes résonants appartenant à « l'inerte» (matière ou structures.. .), inégalement dotés d'un pouvoir latent de réponse.

- Science dédiée à l'étude des manifestations émanant de tous ces systèmes en réaction à l'excitation sonore ou vibratoire qui leur parvient, sur le terrain uniment partagé par le « vivant» et « l'inerte» des fréquences.
Le domaine de cette Science englobe les principales catégories suivantes, pour une gamme de fréquences: f > SO Hz et f < 8000 Hz :

. .

Acoustique physique: analyse des caractéristiques de la source vibratoire provoquant les sons et analyse des réactions des éléments provoqués. Métrologie associée. Acoustique physiologique: analyse des caractéristiques de tous les systèmes auditifs raisonnant, étude de leurs réactions aux sons et aux vibrations. Acoustique médicale (et socio-médicale): l'intégrité auditive d'une personne environnement, conditions de travail.. .). Acoustique architecturale: ou fermé, aux matériaux, ensemble. dédiée à l'atteinte de génétique, (patrimoine

.
.

attachée à tout ensemble construit, ouvert systèmes et techniques employés dans cet

.

Acoustique musicale: attachée à l'univers des sons utiles et agréables, instrumentalisés, enseignés, reproduits. Acoustique industrielle: attachée aux lieux de travail, mobiles, intérieurs ou extérieurs, classés ou non. fixes ou

. .

Acoustique vibratoire: attachée à la recherche, à l'identification, à la maîtrise des sources vibrantes pour les vibrations subies, pour les sons résultants.

Il

. .

Acoustique environnementale: attachée aux partagés. Acoustique des installations portuaires, transports.

espaces extérieurs aéroportuaires, des

Acoustique sociétale : attachée aux comportements de l'homme dans ses rapports aux sons et aux bruits (provoqués ou subis), en privé et en public (voisinage, agression sonore.. .).

A l'exception de sa branche pf?ysiologie(prix Nobel de physiologie et de médecine attribué à G. Von Bekezy, 1961), l'Acoustique emprunte à ses grands voisins la plupart de ses moyens de calculs et d'essais (mécanique des petits mouvements, thermodynamique, mécanique des fluides.. .). 2) Science qui concerne toutes les utilisations particulières du son en dehors de sa perception par le système auditif (f< 50 Hz et f> 8000 Hz) dans les domaines suivants:

.

Infrasons (f < 50 Hz) : Comportement dynamique des structures, simples ou complexes. Etude modale. Sondages du sol (en couche superficielle: vibrations - ou en couche profonde: recherche de ressources minières, pétrolières..). Prévention des séismes. Etude sur le comportement dynamique du squelette et des masses musculaires associées ou non. Etude du comportement animal (perception des sons par son correspondant en vibrations; perception des sons de très longue portée). Suprasons, ultrasons (f> 8000 Hz) : Imagerie médicale. Traitements médicaux. Imagerie sous-marine (acoustique sous- marine) Etude du comportement animal. Outils et traitements industriels.

.

Acoustique (expression) :
La terminologie du mot « acoustique» permet le double emploi de substantif et d'adjectif (toujours accordé au féminin). - Le terme acoustique est un substantif: une acoustique architecturale, musicale. .. Il participe de la reconnaissance et de la qualification d'un domaine d'action précis où la science de l'acoustique s'exerce: architecture, musique. .. Egalement: une acoustique claire. - D'acoustique a une fonction attributive: problèmes d'acoustique, essais d'acoustique, normes d'acoustique... 12

- Le terme acoustiqueest un adjectif quand il est inclus dans une fonction particulière dont il possède de façon fondamentale les éléments essentiels: pression acoustique, impédance acoustique, vitesse particulaire acoustique... [« Son acoustique, piano acoustique, enceinte acoustique...» sont des associations terminologiques impropres qui renvoient à des clichés commerciaux friands de redondances. On conçoit mal un son que l'on n'entendrait pas, un piano sans cordes (ou sans circuits analogiques ou numériques correspondant), une enceinte fermée sans résonance (même vide de haut-parleur)] L'adjectif « sonore» précision. fournit à l'acoustique des relais pour en parfaire la

- Phone, phonique: mots employés dans les applications de l'acoustique physiologique et qui s'accordent à la boucle «phonation (voix) - audition (écoute)). L'expression «essais phoniques» doit être réservée à cette boucle; elle n'est pas appropriée au domaine des essais purement physiques du son (isolement «phonique» .. .). Il existe plus de trente mots se rattachant au radical commun de phon(e).

-

Sone, sonie: expriment

la relation qui peut exister entre la pression

acoustique et la sensation correspondante ressentie, à la fréquence 1000 Hz.
- Sonique: terme attaché (subsonique, supersonique.. à l'expression .). de la vitesse du son dans l'air.

Acuité auditive: - Capacitéd'écoutequi permet à un individu de percevoir la plus petite quantité sonore décelable par son système auditif. Cette limite la plus basse de la sensibilité auditive est appelée « seuil d'audibilitéabsolu» en l'absence de tout bruit parasite.
- Capacité différentielle qui permet à un individu de positionner sa capacité auditive dans un environnement sonore encombré pour en extraire de façon satisfaisante les informations qui le concernent.

En dehors d'une atteinte invalidante de son système auditif, tout individu voit sa capacité auditive décroître avec l'âge: c'est la « presbyacusis» (ou pres byacousie). La capacité d'écoute s'exprime en fonction du niveau d'énergie sonore perçu et de la gamme de fréquences qui caractérise cette énergie. 13

(voir: audition,audibilité, bruit, bruyance, consonance, danger, dissonance, dyacousie, fatigue auditive, gêne, perception, phonité, recrutement, seuils, silence, surdité, tympan) Adiabatique: Une des causes de la dispersion de l'énergie sonore dans son milieu de propagation (en pression, vitesse, fréquence) est due à des phénomènes de dissipation thermique par voie de conductibilité. En général, aux fréquences moyennes et élevées, cette dissipation est du type adiabatique Oes retours en pression vibratoire sont rapides) ; aux fréquences basses et très basses elle est du type isothermeOes retours en pression vibratoire sont lents). Le bornage fréquentiel marquant ces deux types de dissipation est variable suivant les milieux traversés (degré d'organisation interne) et les conditions de passage d'un milieu à un autre (adaptation d'impédance). (voir: absorption, condensation, conductibilité, dissipation, perméabilité) Admittance ljZ:

Le son résulte de l'action d'une pression alternative exercée par une source vibrante émettant dans son milieu environnant. Cette action provoque immédiatement une réaction du milieu sollicité qui se traduit par une variation de la vitesse particulaire exercée dans ce milieu. Pression agissante et vitesse réagissante restent constamment liées dans un rapport de proportionnalité appelé impédance acoustique. Son expression la plus simple

est donnée par la relation Z

= plu.

L'inverse de cette impédance, liZ, est l'admittance acoustique. L'impédance est « résistive » ; l'admittance est « permissive ».

(voir : impédances)
Aérien, Air :

Relatif au milieu de propagation des ondes sonores dans l'air. Ondes aériennespar opposition à ondesdessolides. Air : la valeur de ses constantes de base détermine la vitesse de propagation du son dans le milieu sollicité (E: module d'élasticité volumique, y : rapport des chaleurs spécifiques principales 1,41 pour l'air; R : la constante des

=

14

gaz parfaits = 8,314 en système MKS ; M : la masse molaire; R/M 287 joules/kg pour l'air ; T température absolue en degrés K). Plus commodément la vitesse C du son dans l'air est égale à: C 20.-/ T où T + 273,15 avec : température locale en degrés °C Aérien: adjectif accolé à un grand nombre de termes propres à l'acoustique: bruits aériens; isolement aérien, transmission aux bruits aériens par rapport aux bruits de choc ou d'impact.

=

=

=e

e

Affaiblissement

11 (sd):

Quantité soustraite à l'énergie sonore ou vibratoire d'une onde lors de son évolution dans son espace de propagation (gazeux, liquide, visqueux, solide...); soit du fait de l'action de cet espace (nature, composition dimension...) soit du fait de la présence de toutes sortes d'obstacles (totaux ou partiels) disposés sur le trajet de propagation de cette énergie. L'affaiblissement est toujours exprimé en décibel. Le décibel est l'expression du rapport de deux nombres de même dimension; l'un étant la grandeur mesurée, l'autre étant la grandeur référence (référence normative, valeurs de pression sonore ou de vitesse vibratoire arbitrairement choisies comme référence etc.). L'affaiblissement peut s'exprimer sous forme d'indice, defacteur de transmission,
de facteur de perte, de perte linéique. ..

(voir: amortissement, atténuation, dissipation, distance, écran, indice d'isolement, insonore, isolation, masse aoi de), ombre (zone d'), parol, plancher, renforcement). Aire d'absorption équivalente d'un objet ou d'une surface A (m2): « Valeur de l'aire d'une surface ayant un facteur d'absorption égal à 1 absorbant la même énergie acoustique que la surface ou l'objet considéré» (NF S 30-106). Le facteur d'absorption est égal à 1 quand l'énergie dissipée dans un produit absorbant sollicité par une onde acoustique est proportionnelle à l'énergie transportée par cette même onde vers ce produit. La notion d'aire d'absorption équivalente est déduite de la théorie de Sabine. Aire d'absorption équivalente d'une salle A (m2):
« Somme des aires d'absorption équivalentes existant dans cette salle ». (NF S 30-106). des surfaces et des objets

15

Remarque générale sur les aires d'absorption équivalente: traduire la surface équivalente d'aires lors de l'emploi de produits absorbants dont la forme n'est pas réductible à un plan (produits absorbants de formes développées dans l'espace) pose des problèmes insolubles (faut-il compter la surface de l'enveloppe, la surface projetée sur le sol par« l'ombre» du volume de l'objet ?...). Comme le but à atteindre avec la connaissance de l'absorption acoustique d'un produit est l'action de cette absorption sur le temps de réverbération du lieu où doit être disposé ledit produit, on s'attachera au traitement de la seule grandeur physique en cause, facilement mesurable : le temps, dans un contexte de pose précis du produit absorbant.

(voir: coefficients d'absorption
acoustique) Amortissement 11 (sd):

a et

J3

, temps de réverbération,correction

Action visant à réduire résultat de cette action.

l'amplitude

des oscillations

d'un système

vibrant;

- Amortissement des oscillations d'une masse gazeuse (air) : l'énergie totale W émise par une source sonore (sous forme cinétique et sous forme potentielle) ne se maintient pas en l'état éternellement quand on coupe œtte source. A chaque cycle d'oscillation de cette masse gazeuse - qui passe d'un régime d'oscillation forcée (émission de la source sonore) à un régime d'oscillation libre (coupure de la source sonore) - une partie tlW de l'énergie sonore se dissipe dans l'espace et à ses limites. Dans un espace clos, l'énergie sonore (en régime d'oscillation forcée ou libre) ne trouve de correspondance en fréquence que sur les modes propres de l'espace provoqué. Ces modes ou fréquences propres sont d'authentiques systèmes résonants dont l'amortissement se calcule ainsi, mode par mode:
11

= (1

/ 2n).(tlW / W)

11 est le facteur d'amortissement.

- Amortissement des oscillations d'une maJSe solide: la forme la plus représentative et la plus simple d'un corps solide en état d'oscillation est donnée par l'association d'une masse reliée à son point d'appui par un ressort doublé d'un système amortisseur. L'équilibre des forces en présence (inertie m, amortissement 8, rappel élastique k) conduit une équation générale qui admet des solutions particulières en m, 8 et k.

16

On suppose ici que 8 exerce un frottement visqueux, d'amortissement proportionnel à la vitesse vibratoire du système oscillant. Ainsi on peut admettre une solution qui ne dépend que d'une condition initiale, par exemple l'amplitude A du mouvement vibratoire. On obtient en
particulier un amortissement critique quand:

8 / 2m

= (k/ m) 1/2

La constante d'amortissement À est égale à

= 8/2

m.

La perte relative d'énet;gie ar ryde dans un système à amortissement du type p viscoélastique relève d'une formulation semblable à celle de l'air donnée cidessus. (voir: atténuation, décrément, dispersion, dissipation, frottement, isolement, masse, perte, puissance, résistance) Amphithéâtre: Construction destinée à recevoir un public en nombre et à permettre une perception naturelle, oculaire et auditive, uniment partagée par tous.
Construction dont la projection en plan est celle d'une forme conique (ellipse, parabole...) afIn d'obtenir une distance aussi courte et une diffusion sonore aussi constante que possible entre des points d'émission privilégiés (foyers) et de multiples points de réception répartis sur des gradins périphériques. En général, cette appellation d'amphithéâtre est réservée aux arènes (Rome, Nîmes, Arles.. .). La notion de théâtre est réservée à une construction qui est une sorte de demi amphithéâtre Sa représentation en plan est celle d'un demi cercle (ou d'une demie ellipse) associé par son diamètre à un espace de forme parallélépipédique qui contient la scène (surélevée) enclose sur trois côtés de hauts murs réfléchissants. Cette disposition est celle des théâtres grecs et hellénistiques et des odéons. Au centre diamétral (foyer) du demi cercle, sur le devant de la scène, se tiennent les acteurs, les orateurs; le public se répartit dans la surface de révolution concentrique au point d'émission, sur des gradins aménagés suivant une pente d'inclinaison variable (Plus forte en haut qu'en bas).

17

Ces constructions (amphithéâtres, théâtres) s'inscrivent dans un contexte historique et social particulier qui favorise la prééminence du groupe sur la personne Les constructions plus contemporaines appelées amphithéâtressont en général de forme trapézoïdale ~e public se répartit dans un espace qui peut se rétrécir ou s'ouvrir vers le fond du volume occupé) ou parallélépipédique. Note: la présence de foyers dans les formes coniques (ou dérivées) est du plus haut intérêt pour un acousticien car elle offre la possibilité d'une diffusion sonore idéale. Grâce au principe des foyers conjugués, l'énergie de la source placée à un foyer est intégralement reportée sur l'autre foyer où se trouvent les auditeurs. (voir: conque, ellipse, espaces clos, résonateur, théâtre) Amplitude A (m) :

- Amplitude d'une grandeur sinusoïdale: valeur de l'écart maximal atteint par une grandeur évoluant périodiquement. - Amplitude totale d'oscillation: valeur de l'écart pendant une période entre le maximum et le minimum d'une grandeur évoluant périodiquement. - Amplitude crête à crête: valeur de l'écart pendant un temps déterminé entre le maximum et le minimum d'une grandeur évoluant périodiquement. - La valeur de l'amplitude s'exprime: en valeur quadratique (ou efficace), en valeur moyenne, en valeur maximale, en valeur minimale. - L'amplitude est liée à l'inverse de la fréquence: elle est d'autant plus petite que la fréquence est élevée. Dans tous les cas, le milieu traversé est réputé homogène.

(voir: déplacement, dynamique, hauteur, niveaux, puissance, résonance) Analyse f (Hz):

Au sens large du terme: une analyse permet d'identifier les différentes parties qui composent un ensemble, de signaler leurs particularités, de chercher leur degré de cohérence, de déterminer leurs rapports. La première démarche entreprise dans les différentes branches d'activité de l'acoustique (en physique des sons, physiologie des sons, mécanique vibratoire) consiste à ana!Jserle son ou (et) la vibration objets du débat.

18

Toute analYse repose sur l'utilisation d'un outil mathématique incontournable: la « Série de Fourier ». On considère qu'une fonction périodique - fonction qui se répète indéfiniment avec une
Période donnée - peut être représentée comme la somme de fonctions sinusoidales (sinus et cosinus) avec un point de départ, la fréquence fondamentale f (ou 1 j), et une suite, les composantes harmoniques de cette fréquence, identifiées par un nombre entier 2,3,4,etc.

ex. : 2 f (deuxième harmonique),

3 f (troisième harmonique) etc.

Cette décomposition d'une fonction périodique en fonctions sinusoïdales s'appelle une analYseharmonique.
[Fourier Joseph_- mathématicien - Auxerre 1768

/

Paris 1830]

En plus des fréquences qui sont les multiples de la fréquence fondamentale (ou fondamental) un son peut présenter des fréquences de rapport simple mais non entier: les partiels. Harmoniques et partiels font le timbre de tout émetteur musical (voix comprise).

D'une façon générale le son est périodique fi complexe. Pour l'analyser il faut le cerner dans son évolution temporelle (pour la fréquence) et spatiale (pour la longueur d'onde) en le captant à l'aide d'un système qui le traduit (par ex : microphone ~ tension proportionnelle) et en le faisant passer dans des fùtres analYseursanalogiques ou numériques qui en donnent le « calibre» fréquentiel en énergie et en temps. Plusieurs possibilités s'offrent à l'analyse suivant le type de son.

- Le

son peut

se caractériser

par l'apparition

dans l'analyse

d'un

spectre de raies

signalant la présence de fréquences discrètes en série harmonique: on est en présence d'un spectre discontinu defréquences et on applique la série de Fourier. - A ce spectre de raies s'ajoute souvent une fonction spectrale aléatoire due à une masse sonore plus « touffue» que la simple série harmonique: on est en présence d'un spectre continu defréquences et on applique l'intégrale de Foumer. - On peut traiter un son à spectre quelconque par une analyse fine pour en rechercher les éventuelles composantes harmoniques et on applique la
traniformée de Fourier.

Toute analyse ne s'applique qu'à des sons ou bruits qui présentent un état de stabilité en niveau et en fréquence et qui restent - en termes de bande passante et de temps d'intégration - dans la limite des caractéristiques des fùtres employés.

(voir: bande passante, fùtre, fondamental, fréquences, interférence, ondes, signal, signature, son, source, spectre)

harmoniques,

19

Anche:
L'anche est le premier des trois éléments qui composent le système de génération du son dans certains instruments à vent, le deuxième élément est le ftlet d'air canalisé qui attaque tangentiellement l'anche, le troisième élément est le tube qui contient l'anche à une de ses extrémités et génère les fréquences musicales. L'anche est formée d'une lamelle rigide mince maintenue fixement à une de ses extrémités et laissée libre ensuite. L'anche peut être simple ou double. L'air en s'écoulant le long de l'anche provoque son gauchissement, mais les forces de tension réparties dans la lamelle ramènent celle-ci à sa position d'équilibre. Cette situation (gauchissement, retour à l'équilibre et de nouveau gauchissement etc.) se répète périodiquement tant que dure l'action du fùet d'air. Le générateur vibrant qui fait naître le son est en place. La perception auditive de l'anche en mouvement ne devient cohérente et eXploitable qu'avec le concours de la colonne d'air incluse dans le tube associé. La vibration de l'anche met en mouvement cette colonne d'air: des ondes sonores stationnaires contrôlables (clés, trous...) apparaissent et se développent dans l'axe longitudinale du tube, de fréquence et de puissance variables, suivant le dosage du fùet d'air. Le son généré par l'anche en mouvement devient musique.

(voir: oscillation, oscillations, tuyau) Anéchoïque
Littéralement:

:
anéchoïque

= sans

écho.

Qualificatif qui peut traduire la caractéristique principale d'un espace clos à temps de réverbération naturelle Tf de valeur nulle (Tf = 0) et d'isolement total aux bruits et aux vibrations parasites. Une salle anéchoïque (ou chambre sourde) est un espace clos dont toutesles faces internes sont entièrement garnies d'un produit absorbant les sons à la réflexion, pour toutes les fréquences que l'on veut étudier (par ex.: la courbe de réponse spatiale d'un transducteur: microphone, haut parleur..). Dans un espace de dimensions finies (matériellement) on cherche donc à se mettre dans les conditions de propagation du son dans un espace de dimensions infinies (acoustiquement) sans réflexions parasites. [Vérification de la loi générale de décroissance L'lN :::::: 1 / r2.(N : 1l1veau, r: distance émetteur /
récepteur).]

20

Aux basses et très basses fréquences l'épaisseur des produits absorbants doit pouvoir contenir le premier plan de vitesse vibratoire de l'onde testée: pour f 50 Hz, ce premier plan se situe à 1,70 mètre de la paroi garnie ~a dissipation de l'énergie acoustique dans un produit absorbant est proportionnelle au carré de la vitesse vibratoire; et le premier plan de vitesse vibratoire est positionné sur le premier quart de longueur d'onde de la fréquence correspondante). Aux fréquences élevées la matière constitutive du produit absorbant (fibres, alvéoles..) peut apparaître comme un milieu générateur de réflexions parasites.

=

La quantité de produit absorbant à mettre en œuvre (encombrement, poids) et la qualité intrinsèque de ce même produit (fibre, mousse alvéolaire) déterminent la largeur de la bande passante exploitable (exprimée en Hz).
Une chambre sourde étant considérée comme un « corps noir»: toute ouverture de petite dimension dans ce corps (issue de secours) n'en modifie pas le régime.

Antirésonance

:

Dans un système groupant plusieurs ensembles résonants associés, dotés chacun d'une résonance spécifique, l'antirésonance est un phénomène vibratoire qui résulte de la susceptibilité mutuelle de chacun des systèmes résonants dans sa relation à l'autre ou (et) dans sa relation à l'ensemble.

L'étude de systèmes résonants associés (par ex. : l'isolement aux vibrations d'une machine générant des vibrations,périodiques ou non,à l'aide d'un système anti- vibratoire) conduit à la mesure de l'impédance mécanique Zm (N.s/m) en fonction de la fréquence (Hz) de l'ensemble machine + système antivibratoire . La représentation graphique correspondante - représentant le module (ou partie réelle) de l'impédance en fonction de la fréquence - montre clairement des zones très étroites de fréquence où la valeur de Zm est faible (résonance accusée: faible résistance aux vibrations) et d'autres zones de fréquence où la valeur de Zm est élevée (antirésonance : forte résistance aux vibrations). (voir: accord, déflexion, degré oscillateur, résonateur, ressort) de liberté, interférence, oscillations,

21

Apériodique: Apériodique ou non périodique: adjectif qui qualifie un son qui ne possède pas la propriété de se produire ou de se reproduire de façon constante dans le temps. Le bruit est l'exemple typique du son non périodique ou dont la période peut évoluer plus ou moins rapidement dans le temps. (voir: bruit, cycle, fréquences, ondes, oscillation, période, phase, son) Aphone:
Littéralement: qui est sans voix.. Au-delà de la perte de voix consécutive à la maladie (phonation désactivée) ou à un effort vocal exagéré en niveau et en durée (phonation altérée) on peut considérer qu'un individu sans voix ne possède pas de système de phonation avéré: c'est l'aphonité. Le néologisme aphonité, qui peut s'aligner sur des termes traduisant d'autres carences (cécité, surdité), s'oppose au mutisme provoqué par un comportement personnel ou une défaillance d'origine psychique.

(voir: conversation, dyslalie, fréquence, générateur, phonation, phonité, silence, timbre, trilogie, voix) Architectural, e :

parole,

phone,

Le son en « liberté» dans un espace infini n'a pas de répondant. Le son « enclos» dans un système de structures (architecture ouverte ou fermée) trouve une foule de partenaires qui le révèlent, le magnifient ou l'astreignent. En effet chaque volume, chaque surface, chaque matériau défini par l'acte de construire possède une « vie acoustique latente» qui ne demande qu'à s'exprimer. Le son les aide à prendre existence. Cette vie acoustique latente de l'architectures'appelle: fréquence (ou mode) propre, fréquence critique, fréquence de résonance, réverbération, résonance, écho etc. Atténuation:
Résultat qui traduit la perte de substance sonore ou vibratoire (en niveau d'énergie et en fréquence) consécutive à l'action d'une cause ou d'un système dans le milieu de propagation du son ou de la vibration.

22

Par exemple: atténuation du son avec la distance par rapport à l'origine de son émission; atténuation du bruit de circulation apportée par un écran antibruit. (voir: affaiblissement, isolement) Atténuation amortissement, dispersion, dissipation, distorsion,

dans un espace.

En l'absence de vent, à une température comprise entre lOoC et 30°C et pour une hygrométrie relative comprise entre 50% et 80%, l'atténuation (Atta) d'un bruit en espace extérieur est issue de la combinaison de l'élévation du point observé et de sa distance à la source sonore. Un exemple est donné à partir d'une formulation simplifiée (mesure dans l'axe) :
jexemp e &. correctionazimut 1O.log(1-sin. e l'angle) d (3
pei nt ,h. mE/surE/

iH1 = 1m

H 20m IDa=1...150m I..~J=..9.~: (3 = :0.5
.. : émetteur
dl : mesure,

=

= coeficient absorption sol
N :=1O./oq(l)

i
I

I

.

origine. d1 u "~- d2 ,

H2 .

H
I I I I I

I
Terrain d'observation

H1'

--.J&.:,.

.. H2 (Da): + Atta= 20109[[[J J]] + 510g ( ~~) + 510g ( ~~ + N . dans l'exemple: d2 = d1 ; H2 = H1 mesure onglne : si d17 d2 ':Atta : augmente/si H1-7H2 :.~tta : diminue

Chaussée

)

20 18 16 14 12 10 r--. ~ 8 5 6 'fi5 :;, 4 / ,~ 2 ,I '53 0
'-"

. ----... ~./ ,/
//

0.301 0.602 0.903 1.204 1.806

0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.8 0.9 1

---

/
j

t1dB

2.107 2.408 2.709 3.01 N dB

Atta

o

20

40

60

80 100 120 140 160 Da distance (m.)

23

Attracteur: On entend mouvement par attracteur le phénomène qui met en œuvre une quantité et donc de rayonnement dans un processus de résonance. de

En acoustique de l'architecture, l'attracteur marque l'échange entre un émetteur ou excitateur (onde mécanique ou élastique) et un récepteur ou résonateur, sur le terrain d'une fréquence F uniment partagée par les deux partenaires.
Cette fréquence peut prendre trois identités différentes:

La fréquence critique: elle est la fréquence la plus participative à une harmonisation de mouvement entre une onde aérienne porteuse d'énergie mécanique ou élastique et une onde de flexion libre disponible dans le milieu solide d'épaisseur fInie qui fait face à l'onde aérienne.

A cette fréquence le rayonnement sonore du milieu solide nus en mouvement tend à avoir la même valeur sur ses deux faces. De ce fait la quantité d'énergie retenue à cœur du milieu solide tend vers une valeur nulle. Seules les pertes internes propres à ce milieu ('1) limitent l'action de ce rayonnement; l'isolement en est le corollaire. La fréquence de résonance: elle est la fréquence la plus participative à une harmonisation de mouvement entre l'action d'une onde sonore porteuse d'énergie mécanique ou élastique et la réaction d'un milieu différent qui fait face à cette onde. Ce milieu est doté, en principe, d'une organisation structurelle capable de fournir une force sous l'effet de cette énergie, à cette fréquence.
Cette fréquence se manifeste, par exemple, quand on associe deux parois (verticales ou horizontales) en regard l'une de l'autre pour accroître un isolement qu'une seule de ces parois ne saurait apporter.

On retiendra trois confIgurations principales: . La fréquence de résonance d'une paroi double ou d'une parol doublée. . La fréquence de résonance d'un sol flottant posé sur isolant. . La fréquence de résonance de tout système du type basique « masse + ressort ».

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La fréquence propre ou mode propre: elle est la fréquence particulière émise par un milieu borné en réponse à l'action d'une onde sonore dont l'énergie mécanique ou élastique est répartie sur un ensemble de fréquences comprenant au moins celle que le milieu borné s'approprie. Toute fréquence propre est liée aux caractéristiques structurelles et dimensionnelles du milieu sollicité. Ce milieu peut être mono dimensionnel, m (tube, tige, corde...) : il fournit une simple infinité de fréquences propres [F(m)] Ce milieu peut être bi dimensionnel, m, n (plaque, paroi, panneau...) : il fournit une double infinité de fréquences propres [F(m,n)] - (une infinité par dimension). Ce milieu peut être tri dimensionnel, m, n, p (espace clos...) : il fournit une triple infinité de fréquences propres [F(m,n,p)] - (une infinité par dimension).
Les fréquences critique et de résonance discrètes), facilement reconnaissables. sont des fréquences isolées (ou

Les fréquences propres du fait de leur grand nombre, dans un intervalle (.6F) souvent étroit, passent parfois inaperçues. Elles sont pourtant le chemin de passage obligé (en réseau) de toutes les informations sonores qui nous parviennent, en quelque lieu que ce soit. (voir: fréquence, fréquence critique, fréquence de résonance) Audibilité: 1 - Audibilité: transfert.
action de l'émetteur vers le récepteur à travers un milieu de

L'audibilité est cette capacité que possède un émetteurà organiser son message, dans la défmition qui lui appartient, pour l'introduire dans un milieu de transfert qui le portera à sa destination. Les failles qui apparaissent dans la compréhension du message peuvent provenir de la façon dont il a été construit ou (et) des possibles distorsions apportées par l'espace de transfert. Résultat de l'action combinée de l'émetteur et du milieu de transfert sur le récepteur: l'audibilité du messageest-elle satisfaisante ou non? Par exemple: le conférencier qui parle distinctement peut être trahi par l'absorption acoustique excessive du faux plafond de la pièce où il s'exprime (gommage de la zone des fréquences aigues, vraie charpente de la parole). De même le conférencier qui marmonne son texte sans lever la tête vers son 25

auditoire lieux.

a peu de chance

d'être

entendu

malgré la bonne

acoustique

des

2 - Audibilité:

réaction du récepteurà la sollicitation

de l'émetteur.

L'audibilité est la possibilité accordée à un récepteur de collecter dans un espace de transfert les informations qui lui sont destinées en provenance d'un émetteur. La quantité collectée est fonction du possible encombrement de l'espace de transfert. Il peut exister un e.fftt de masque apporté par une information parasite de niveau sonore et de valeur fréquentielle proches de ceux du message attendu. La notion de gêne (et même de fatigue, voire de danger) est dégagée de ce parasitage. La quantité collectée est également fonction de la qualité et des performances de l'organe collecteur du récepteur: son !)!stèmeauditif.

L'audibilité est liée à la capacité naturelle d'écoute dont dispose un récepteur. Loin de tout milieu de transfert parasité, on teste la capacitéauditive de tout individu en le soumettant à l'émission de sons répertoriés et calibrés, dans le silence absolu d'une cabine audiométrique. On trace des audiogrammes qui donnent en fonction d'une gamme de fréquence normalisée ~es audiofréquences)a réponseauditive de l'individu dont le système d'écoute est l sollicité, dans l'exercice, par des sonspurs de niveaux variables. L'examen de cette courbe de réponse indique aussi le degré de vieillesse, de fatigue, de dysfonctionnement du système auditif testé. [Son pur, fréquence pure: se dit du son qui ne comporte qu'une fréquence ou un petit groupe de fréquences assemblées dans une bande très étroite (quelques Hz)] (voir: acuité auditive, bande passante, fatigue phonité, recrutement, d'intelligibilité, perception, trilogie) Audition: 1 - Audition: faculté que possède toute entité appartenant au règne du vivant de réagir aux effets de phénomènes vibratoires qui lui parviennent. Les effets d'une source vibrante peuvent être perçus:
auditive, gêne, indice seuils, silence, surdité,

.

soit par l'intermédiaire il s'agit d'un son.

d'un environnement immet;geant (gaz, air, eau,...)

:

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