L’objectif de cette page est de présenter les définitions des termes techniques relatifs aux domaines de l’acoustique et de la vibration.pen-543858_1920

Elle s’adresse à toutes personnes souhaitant approfondir leur connaissances en acoustique.

Cette page est en perpétuelle évolution donc n’hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions ou des remarques!

Les termes sont positionnés de manière pédagogique comme pour un cours donc normalement du plus simples au plus détaillés.

Nous accordons aussi beaucoup d’importance aux références car ce sont grâce aux personnes qui écrivent les livres, thèses et autres publications que nous pouvons réaliser ce travail de pédagogie. Nous nous efforçons à préciser au mieux nos références mais s’il en manque n’hésitez pas à nous en faire part.

Bonne lecture!

Definitions

Acoustique
Vibration
Pression sonore
Niveau de pression sonore
Somme des niveaux sonores
Niveau d’intensité acoustique
Niveau de puissance acoustique
Vitesse du son
Longueur d’onde
Fréquence
Octave et tiers d’octaves
Bruit rose
Bruit blanc
Pondération
Temps de réverbération


Acoustique : L’acoustique est la science du son, ce qui inclut sa production, son contrôle, sa transmission, sa réception et ses effets. Elle concerne principalement l’étude d’ondes et est donc considéré comme une branche de la mécanique

Vibration : Une vibration est un mouvement d’oscillation mécanique autour d’une position d’équilibre stable ou d’une trajectoire moyenne. La vibration d’un système peut être libre ou forcée.

Pression sonore (Pa) : Il s’agit de la variation de pression autour de la pression atmosphérique.

Niveau de pression sonore (dB) : La pression sonore en échelle linéaire étant difficilement représentable (de 20μPa à 10Pa environ), le niveau sonore est quantifié suivant une échelle logarithmique. La formule est la suivante :

equation_niveau_sonore

avec pref la pression de référence = 20.10-5Pa et p étant la pression efficace.

Ci-dessous un tableau représentant l’échelle des niveaux de pression sonore :

 

fleche

peff(Pa) Lp (dB, réf. 20uPa) Bruits intérieurs Bruits extérieur
200 140 Seuil de la douleur Turboréacteur à 25m
  130   Avion à réaction au décollage à 100mm
20 120 Pilote de chasse  
  110 Groupe de musique pop Riveteuse à 10m
2 100 Métro Marteau pneumatique
  90   Gros camion
0.2 80 Intérieur auto à 100km/h Circulation intense à 1m
  70 Restaurant Traffic urbain moyen
0.02 60 Conversation normale Rue tranquille
  50 Appartement fenetres ouvertes Bruit diurne minimum
0.002 40 Bureau tranquille  
  30 Appartement tranquille  
0.0002 20 Conversation voix basse Jardins calmes
  10 Chambre sourde  
0.00002 0    

 

Somme des niveaux sonores:

30dB + 30dB ne font pas 60dB ! et heureusement pour nos oreilles !

En effet, s’agissant d’une échelle logarithmique, les opérations doivent se faire en revenant aux pressions efficaces au carré donc pour sommer n niveaux sonores (ou intensité ou puissance) :

equation_somme_acoustique

Il en découle donc que si on somme deux niveaux identiques :

equation_exemple_somme_acoustique

Donc 30dB + 30dB =33dB

Le formulaire ci dessous calcule une addition de deux niveaux sonores.






Vous remarquerez que lorsque qu’il y a au moins 10dB d’écart entre les deux niveaux sonores, la somme est équivalente au niveau le plus important.


Niveau d’intensité acoustique (dB) : L’intensité acoustique est définie comme le produit de la pression acoustique avec la vitesse particulaire. Comme pour le niveau sonore, le niveau d’intensité acoustique se calcule de la façon suivante  LI=10xlog(I/Iref) avec Iref=10-12W / m²

Niveau de puissance acoustique (dB) : La puissance acoustique représente le flux d’intensité I à travers une surface S. Comme pour le niveau sonore, le niveau de puissance acoustique se calcule de la facon suivante  Lw=10xlog(W/Wref)  avec =10-12W. Le niveau de puissance permet de caractériser une source sonore (caractéristique intrinsèque à la source) et n’est pas à confondre avec la pression sonore qui permet de quantifier le bruit dans un environnement donné et à une certaine distance de la source. Une section plus détaillée est en cours de réalisation avec une description des méthodes de mesure notamment.

Si la source sonore est omnidirectionnelle (source sphérique), la puissance acoustique correspond au produit de l’intensité acoustique avec une surface sphérique virtuelle, ce qui nous donne :

equation_puissance_acoustiqueintensite_acoustique_IMPULSION_ACOUSTIQUE

En fonction de la position de la source, un facteur de directivité est utilisé (W=4πr² x I(r) / Q):

  • Q=2 lorsque la source est positionnée sur le sol
  • Q=4 lorsque la source est positionnée sur le sol et contre un mur

Célérité du son ou vitesse du son (m/s) : Il s’agit de la vitesse à laquelle l’onde sonore circule. Dans l’air, la vitesse du son est calculée suivant :

c=(1.4 x P0 / ρ )1/2

avec

P0 : Pression atmosphérique en Pa

ρ: densité de l’air en kg/m3

Une formule simplifiée est la suivante :

c=20.05 (T)(1/2)

avec T en Kelvin

Longueur d’onde (m): La longueur d’onde (λ) est définie comme la distance pour un son pur parcouru durant une période T :

equation_longueur_onde

Avec c, la célérité du son en m/s et f, la fréquence en Hz

Fréquence (Hz) : L’évolution temporelle d’un son peut être considéré comme un somme de sinus et cosinus évoluant avec différentes périodes temporelles. Chacune de ces périodes (T) correspond à une fréquence (f=1/T). Si on prend l’exemple d’un son « pur », l’évolution temporelle présentera une ondulation avec un période temporelle donnée. Dans le domaine fréquentiel, ce même son sera donc représenté par un point à une seule fréquence (1/T).

temporelle_frequence

Octave et tiers d’octave :

Ils existent différentes représentations du spectre acoustique ou vibratoire. La plus utilisée est la représentation en octaves ou tiers d’octaves.

La largeur de la bande d’octave est délimitée par deux fréquences (appelées fréquences centrales) dont la fréquence supérieure est égale à deux fois la fréquence inférieure. La fréquence 1000Hz est définie comme la fréquence centrale « normalisée » d’où découle toute les autres fréquences centrales.

Afin d’affiner l’analyse spectrale, la représentation en tiers d’octave est souvent utilisée. Trois tiers d’octaves forment une octave. La relation entre deux tiers d’octave adjacents est  avec .

Le tableau ci-dessous présente la liste des octaves et les tiers d’octaves.

octave_tiers_octave

Fréquences centrales en octaves (Hz) Fréquences centrales en tiers d’octaves (Hz)
25 31.5
31.5
40
50 63
63
80
100 125
125
160
200 250
250
315
400 500
500
630
800 1000
1000
1250
1600 2000
2000
2500
3150 4000
4000
5000
6300 8000
8000
10000


Bruit rose : Il s’agit d’un son dont l’amplitude du spectre en bandes fines décroit de 3dB lorsque la fréquence double. Par contre, en tiers d’octave ou en octave, l’allure du spectre est constante (somme énergétique entre les bandes d’octaves et de tiers d’octaves).bruit_rose_impulsion-acoustique

Bruit rose à écouter:


Bruit blanc : Il s’agit d’un son dont l’amplitude du spectre en bandes fines est stable lorsque la fréquence double. Par contre, en tiers d’octave ou en octave, l’amplitude du spectre augmente de 3dB par octave (somme énergétique entre les bandes d’octaves et de tiers d’octaves).

bruit_blanc_impulsion-acoustique

Bruit blanc à écouter:


Pondération : Ils existent plusieurs pondérations qui peuvent être soient temporelles ou soient fréquentielles. Les pondérations fréquentielles les plus utilisées sont la A et la C. La pondération A (unité dB(A)) est censée correspondre au mieux à la réponse de l’oreille humaine pour un niveau de pression sonore de 40dB à toutes les fréquences et vaut 0 à la fréquence de 1000Hz. La pondération C est quasiment constante sur la gamme de fréquence de 63Hz à 4000Hz. Les pondérations fréquentielles s’ajoutent au niveau de pression acoustique pour chaque tiers d’octave ou octave (avec comme unité dB ou dBLin).
Les pondérations temporelles les plus utilisées sont les pondérations Impulse (I), Fast (F), Slow (S). Chacune possède une durée d’intégration qui lui est propre(moyenne exponentielle), soit respectivement, 35ms, 125ms et 1s. Comme indiqué, le choix de l’une des pondérations, dépendra du type de bruit à analyser (bruit court, long ou impulsionnelle).

Temps de réverbération : Il s’agit de la durée de prolongation d’un son après l’interruption de la source sonore, du fait des multiples réflexions sur les parois d’un local. Le temps de réverbération (exprimé en seconde) d’un local est le temps nécessaire pour que le niveau de pression acoustique diminue de 60 dB.
Le graphique ci dessous présente une illustration de la détermination du temps de réverbération

Le temps de réverbération dépend principalement des surfaces absorbantes (aire et position) et du volume de la pièce. D’autres facteurs comme la diffusion et la géométrie de la salle sont aussi des éléments importants à prendre en compte.

Share