FORMULES de PHYSIQUE
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CHEMINEMENT du SON AVANT son AUDITION
cheminement du son avant son audition
Le son vient d'être émis en provenance d'une source naturelle (mécanique)
Ou bien il vient d'être réémis, après avoir été extrait d'un précédent support d'enregistrement,dont il sort amélioré.
Dans l'un ou l'autre cas, il doit maintenant voyager jusqu'à l'oreille:
--s'il s'agit d'une transmission à grande distance, il faut d'abord le faire voyager sous forme d'ondes électromagnétiques (téléphonie, T.V., radio...) et il y aura encore besoin de transducteurs en fin de course, pour revenir à des ondes acoustiques
--si l'écoute est à faihle distance--il voyage sous forme immédiate d'ondes acoustiques
Ces ondes vont devoir subir les diverses embûches ci-après, qui vont les affaiblir
1.l'absorption
est la disparition d'énergie acoustique dans l'intérieur d'un matériau heurté
Le coefficient d'absorption ou coefficient d'isolation acoustique ou coefficient d'isolement) est le pourcentage de bruit bloqué par un matériau
C'est le rapport (équivalent à un rendement) entre la puissance acoustique absorbée et la puissance incidente
Valeurs de ce coefficient, pour une fréquence de 1000 Hz >>>
sol réfléchissant (0,01 à 0,04)--crépi(0,05)--parquet, moquette(0,10)--tapis 12 mm(0,15)--laine de verre(0,40)--laine de roche, panneau acoustique(0,70)
Ces valeurs varient fortement avec la fréquence (environ 10% par octave)
L'absorption atmosphérique (due à l'air) diminue le niveau acoustique d'environ 50 dB par km
2.l'affaiblissement (ou atténuation)
est la perte progressive d'énergie acoustique, due aux chocs avec les molécules du milieu.
L'indice d'affaiblissement acoustique(ou indice d'insonorisation
ou indice de transmission du son, ou ITS) utilisé pour les matériaux et les appareils, concerne le gain acoustique
C'est donc un décibel défini à travers n dBITS= 10log10(Yu)
où Yu est le facteur (rendement) de transmission
Les valeurs pratiques de cet indice sont (à 1000 Hz et en dBITS)
mur béton(48)--mur en briques revêtues(44)--plafond(50)--cloison bois(50)--
porte en bois(20)--fenêtre simple vitrage(15)
Ces valeurs varient jusqu'à 25 % avec la fréquence du son
En champ libre (d'obstacles), on perd 6 décibelsSPL pour chaque doublement de distance
3.l'amortissement
est l’évolution d’une onde acoustique, survenant quand elle n’est plus énergétiquement entretenue et qu’alors elle subit une diminution d’énergies (soit énergie cinétique -par frottement- soit énergie perdue en effet Joule, etc...) d’où diminution de l’amplitude de l’onde porteuse
Le coefficient d’amortissement acoustique (ou constante d’amortissement acoustique) utilisé pour un matériau, représente la diminution d'oscillations
Pour des fréquences inférieures au Mégahertz, ce coefficient est
fa = pa.[(3/4)K1+ (g-1) / g) (c' /l*)]
avec pa(Pa)= pression acoustique
fa(s-1)= coefficient d’amortissement acoustique
c'(J/kg-K)= capacité thermique massique
K1(nombre)= coefficient de viscosité dynamique
g (nombre)= coefficient adiabatique de Laplace
l*(W/m-K)= résistance linéique thermique
Les résonateurs interviennent mécaniquement contre l'amortissement de l'onde acoustique, avec fonctions de:
--absorber une partie de l'énergie de l'onde (celle-ci s'usant à faire vibrer le résonateur)
--amplifier (jusqu'à 15 ou 20 décibels) les niveaux acoustiques (par effet de contre-réaction sur la source)
--diffuser l'onde dans d'autres directions (panneaux sonores, cloisonnements, diaphragmes)
--réverbérer l'onde, pour l'éteindre, grâce à un amortissement accéléré
-jouer le rôle d'un oscillateur amorti
On propose des résonateurs mécaniques (de Helmhotz, de pincement (sur cordes de guitare), de chicanes...) ou bien des résonateurs puisant dans l'énergie électrique les moyens d'agir pour créer résonance avec l'onde acoustique (porte-voix, réson° de Hertz, ou à quartz...)
4.la diffraction
concerne le contournement d’obstacle, celui-ci devenant le centre d'une nouvelle onde (secondaire) dite onde diffractée. L'obstacle peut se révéler être l’ouverture, même minime, d’une fenêtre ou déplacement d'un meuble
Un coefficient de diffraction(en %) est utilisé, pour les bords de parois, par exemple, sur lesquels la puissance acoustique éclate
5.les distorsions
de l'onde peuvent être de type linéaire (certaines fréquences affaiblies) ou non linéaire (arrivée d'harmoniques amenées involontairement par des éléments de la chaîne)
6.l'effet de sol
peut faire varier le niveau sonore de 3 à 10 décibels (selon la porosité du terrain)
7.l'effet de proximité
est un phénomène qui impacte principalement les microphones possédant une directivité cardioïde ou en 8: plus la source sonore est proche de ces micros, plus les basses seront marquées (donnant par exemple des chants à sonorité plus chaude, plus intime, ayant plus de caractère = spoken words)
Lutter contre l’effet de proximité améliore les néfastes effets Larsen (à - de 30 cm)
8.la variation d'impédance du milieu
il faut décomposer le cheminement du son dans chacun des différents milieux
9.l'insonorisation partielle est recherchée
-des absorbeurs de basses peuvent être installés (retiennent les fréquences basses)
-des obstacles sont insérés (retiennent les fréquences aigües)
-des diffuseurs sont posés ((retiennent les fréquences médiums)
10.les interférences
voir chapitre spécial
11.la matité
est un effet contraire de la réverbération: elle implique l’absence de réflexions d’un signal sonore. Une salle est jugée « mate » lorsque beaucoup de matériaux absorbants empêchent la diffusion des ondes réfléchies.
12.variation de pression
les variations d'état du milieu entraînent souvent des variations de pression (en particulier au changement d'altitude ou de température)
13.les réflexions
un coefficient de réflexion est parfois utilisé: c'est le rapport (équivalent à un rendement) entre la puissance acoustique réfléchie par un matériau et la puissance incidente
Nota: l'écho est un cas particulier de réflexion (moins de 50 ms après l'onde directe)
14.la réverbération
la réverbération est la perception de l’ensemble des réflexions du son contre les parois d’un espace, créant effet de vagues sonores. Elle est souvent désignée sous l’appellation "d’effet cathédrale".
Valeurs pratiques du temps de réverbération >>> studio d'enregistrement (0,1 à 0,3 s)--séjour, bureau (0,6 s)--salle de classe, salle polyvalente, ciné (1 s)--église (2 à 4 s)--
chambre d'écho (variable)
15.le vent, pendant une émission sonore
La vitesse de l'onde du vent s'ajoute à celle de l'onde acoustique--vectoriellement--
Pour les niveaux sonores, le vent portant améliore de quelques décibels et le vent contraire atténue d'environ 2 dB au kilomètre
16.la modification de la vibration
de l'onde acoustique, est possible avec l'adjonction d'un pot vibrant acoustique (un vibrateur) pouvant insuffler une vibration superposée dans la structure des fréquences sonores
SIMPLIFICATION PRAGMATIQUE
L'ensemble des diverses modifications apportées par le milieu est complexe à chiffrer.
On simplifie souvent en ne considérant que l'incidence des 4 plus importantes d'entre elles, en écrivant que leur somme est la totalité des perturbations >>>
ba(coeff.d'absorption) + yr(coeff.de réflexion) + F'x(coeff.de distorsion) + yt(coeff.de transmission) = 1