FORMULES de PHYSIQUE
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ÉMISSION ACOUSTIQUE
-émission acoustique
L'émission acoustique est un terme signifiant émission d’énergie (sa dimension est celle d'une énergie L2 .M.T -2).
La production d'une onde acoustique (ou onde sonore) implique un milieu élastique
(air, liquide, matériaux rigides)
La propagation d'ondes acoustiques est tributaire des incidents de parcours, résumés par les notions de :
Absorption--Atténuation--Conduction--Diffraction--Diffusion--Directivité--Dispersion--Dissipation--Echo--Insonorisation--Interférences--Obstacles--Pression--Réflexion--Réfraction--Relaxation--Transmission
FREQUENCE d'une ONDE ACOUSTIQUE
-définition
La fréquence (acoustique) est la répétition (ou reproduction) de la vibration ondulatoire pendant l’unité de temps -c’est l’inverse de la période-
Equation aux dimensions structurelles T-1 Symboles : f
Unité S.I.+ : le Hertz (Hz) ou cycle par seconde(cps)
Le mégahertz(mHz)--ou mégacycles par seconde-- vaut 106 Hz
-zones de fréquences
Entre 0 et 20 Hertz il s’agit d’infrasons
De 20 à 2.104 Hz il s’agit des sons ordinaires (gamme de sons perçus par l’oreille)
De 3.104 à 109 Hertz il s’agit d’ultrasons
De 2.109 à 1013 Hertz il s’agit d’hypersons.Pour ces hypersons, la propagation ne peut se faire que dans des milieux très exempts d’impuretés, donc dans des cristaux cristallins intrinsèques.
Il s'agit ici d'audiofréquences qui ne sont pas de la même famille que les fréquences électromagnétiques, car la vitesse de déplacement est de l'ordre de 300 m/s, alors qu'en E.M. c'est 1 million de fois plus
-harmoniques d’une fréquence donnéef0:
ce sont les fréquences 2f0, 3f0 et autres multiples entiers de f0
-cas particulier de fréquence d’une sirène
f = nt.ω
avec f(Hz) = fréquence de la sirène
nt = nombre de trous où passe l'air, le long d'une circonférence
ω = vitesse angulaire (en nombre de tours par seconde)
-cas particulier de fréquence (et harmoniques) issues d’un tuyau fermé
f = (2ne + 1).vc / 4l
avec ne = nombre entier 1, 2, 3....
v(m/s)= vitesse de phase
l(m) la longueur du tuyau
-la fréquence de Debye
est la fréquence maxi d’une vibration acoustique d’un corps infiniment petit
quand la longueur d'onde est λ = 2.li où li = distance intermoléculaire
C'est la fréquence limite supérieure, telle que la longueur d'onde soit > double de la distance entre atomes voisins.
Exemple pour le fer: fréquence de Debye = 1013 Hz
-hauteur d’un son (ou fréquence sonore)
Termes utilisés pour l’oreille et exprimée en mels (ou, plus scientifiquement, en Hertz)
Nota: 1 mégamel vaut 106 Hz
Le registre est l’intervalle de fréquences entre la note minimale et la note maximale émises par un instrument (voix incluse)
-relation entre fréquence et longueur d’onde f = v / λ
avec f(Hz)= fréquence d’un corps porté par une onde de vitesse v(m/s)
λ(m)= longueur d’onde
-la résonance acoustique
est la modification de la fréquence d’une onde acoustique soumise à une autre perturbation périodique sur laquelle la fréquence s’accorde (voir chapître Superposition d’oscillations)
LONGUEUR d'ONDE ACOUSTIQUE
λ = vc / f
avec λ(m)= longueur d’onde acoustique
vc(m/s)= célérité du son
f(Hz)= fréquence du son
Valeurs pratiques pour des longueurs d'onde sonore dans l'air sec:
depuis 1,6 cm (hautes fréquences de 20.000 Hz)
jusqu'à 16 m.(basses fréquences de 20 Hz)
PHASE d’ONDE ACOUSTIQUE
C'est l'angle plan caractérisant l’état de vibration d’une onde.
En cas général, la phase est l’expression θp= (ωt - T*.lA + φ)
avec θp(rad)= phase
ω(rad/s)= vitesse angulaire
T*(rad/m)= rayon de courbure
lA(m)= amplitude
φ(rad)= angle de déphasage
Pour un mouvement sinusoïdal d'équation lé = lA.sin(ωt + φ), la phase est
l’expression (ωt + φ)
La vitesse de phase est la vitesse de déplacement du front d’onde (dite célérité)
VITESSE ANGULAIRE DANS l'ONDE ACOUSTIQUE
C’est le balayage d’un angle plan dans l’unité de temps
Quand il s'agit d'une onde sinusoïdale, la vitesse angulaire est ω dans l’équation usuelle de l’élongation d’une telle onde >> lé = lA.cos(ω.t + φ)
Equation aux dimensions de vitesse angulaire : T-1.A
Symbole grandeur : ω Unité S.I : rad/s)
Relation entre unités : 1 tour par seconde vaut 6,283.rad /s
La pulsation (unité de fréquence) n'est évidemment pas une vitesse angulaire