PHYSIQUE APPLIQUEE - CHOLET Renaudeau - La Mode - L’Hyrôme

Son et ultrason

mardi 14 avril 2020, par jbernaud

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TP :

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Ondes sonores et ultra-sonores

Le son est une sensation auditive provoquée par une onde acoustique. D’un point de vue physique, c’est une vibration se propageant dans un milieu matériel, d’un point de vue physiologique, c’est un signal perçu par le sens de l’ouïe. Le son, c’est donc ce que l’oreille perçoit de la vibration d’un corps. Généralement il se propage sous la forme d’une onde dans l’air jusqu’à notre oreille, mais il se transmet aussi dans les liquides et dans les corps solides. Cet ébranlement de la matière se caractérise par une variation de pression se propageant de proche en proche.

Voir animation Ostralo

1°) Définitions

  • Pression acoustique : c’est en un point la différence entre la pression au moment du passage de l’onde sonore et la pression atmosphérique en ce point avant l’arrivée de l’onde.
  • Amplitude : valeur maximale de la pression
  • Période : C’est la durée que met la pression pour reprendre, en un même point la même valeur maximale ; notée T s’exprime en s.
  • Fréquence : C’est le nombre de périodes par seconde ; notée f, s’exprime en Hertz ( Hz )
  • Célérité : vitesse de propagation notée c s’exprime en m.s-1
  • Longueur d’onde (période spatiale) : C’est la distance, à un instant donné, entre 2 maxima successifs de pression. Se note λ s’exprime en mètre ( m)

Relation entre période spatiale et temporelle  :

voir animation Passebon

Propriété  : un milieu matériel est nécessaire à la propagation d’une onde sonore

2°) Ordre de grandeur de la célérité du son

Milieu Célérité (m.s-1)
Air (0° C) 331
Air (20°C) 344
Eau 1500
Béton 3100
Verre 5300

3°) Intensité sonore (acoustique)

On appelle intensité sonore ou acoustique I, la puissance P reçue par le récepteur par unité de surface S.

I = P/S

P s’exprime en Watt (W) , S en mètre carré (m²) et I en Watt par mètre carré (W.m-2)

On note Io l’intensité sonore de référence qui est la plus petite intensité sonore audible (pour un son de fréquence 1 kHz) : Io = 10-12 W.m-2

4°) Niveau sonore

L’oreille humaine est capable de percevoir des sons dont l’intensité va de 10-12 W.m-2 à quelques W.m-2 C’est pourquoi on utilise le niveau sonore noté L qui permet de travailler sur des échelles plus adaptées à l’homme

L = 10.Log (I/Io)

L s’exprime en décibel (dB) et se mesure à l’aide d’un sonomètre

Échelle des niveaux sonores :

Vidéo reprenant les deux paragraphes précédents

5°) Perception d’un son

La perception d’un son par l’oreille humaine dépend de deux paramètres :

  • Sa fréquence (hauteur) ;
  • son niveau sonore ou acoustique (amplitude).

L’oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz.

Les courbes d’égales sensations sonores (Fletcher et Munson) donnent le niveau de sensation sonore en fonction du niveau réel du son

Exemple : Un son de fréquence 100 Hz et de niveau sonore 60 dB donne la même sensation sonore qu’un son de fréquence 500 Hz et de niveau sonore … .

6°) Transmission, absorption et réflexion d’une onde sonore ou ultrasonore (voir TP)

Lorsqu’une onde acoustique arrive sur une paroi, une partie de l’énergie acoustique est transmise. L’énergie non transmise est absorbée et réfléchie.

Ii = Ir + Iabs + It

Pour réaliser :

  • Une bonne isolation phonique, il faut éviter les phénomènes de transmission
  • Une bonne correction acoustique, il faut éviter les phénomènes de réflexion.

Dans les deux cas il est nécessaire d’utiliser un matériau absorbant (mou et poreux).

Une animation en anglais :

Pour en savoir plus sur l’audition : http://www.cochlea.org/

autre source : https://www.erasme.org/libre/cgj/les_effets_du_bruit/oreille.htm

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