ÉMETTEURS ACOUSTIQUES

-émetteurs acoustiques

Une source acoustique émettrice est considérée comme ponctuelle si son rayon est inférieur au (1/6) de la longueur d’onde émise

 

EMETTEURS ACOUSTIQUES SIMPLES

-appareils à cordes(1 degré de liberté) Exemples: corde vibrante, violon, banjo, piano

f = v/ λ      et        λ = 2l / (n+1)

λ(m)= longueur d’onde

vc(m/s)= vitesse du son

f(Hz)= fréquence

l(m)= longueur de la corde

n= nombre entier de l’ordre harmonique

Les harmoniques successives sont de fréquences:

f0 pour n = 0 (fondamentale),

puis 2fpour n= 1, puis 3fpour n= 2.etc....

 

-appareils à tige vibrante(assimilé à 1 degré de liberté) Exemple: xylophone

mêmes formules que ci-dessus

 

-appareils à membrane(2 degrés de liberté)

Exemple: caisson cylindrique avec peau

f = vc/ λ      et   λ = [2p. lr.vc.(ρ' / βm)1/2] / K

avec λ (m)= longueur d’onde

f(Hz)= fréquence

vc(m/s)= vitesse du son

βt(Pa-1)= coefficient d’élasticité (ou compressibilité) isotherme de la membrane

lr(m)= rayon de la membrane supposée circulaire

ρ'(kg/m3)= masse volumique

K est une constante dimensionnelle (de Bessel)

 

-appareils à vibration volumique (3 degrés de liberté)

Exemples: cloche ou résonateur de Helmoltz (cavité sphérique)

 

-appareils à vibration d’air(3 degrés de liberté)

Exemples: orgue, sifflet, sirène, cuivres, tubes vibrants

Fréquence d’une sirène: f = nt.ω

avec nt= nombre de trous par circonférence

ω = vitesse angulaire (en nombre de tours par seconde)

Fréquence (et harmoniques) issues d’un tuyau fermé:

f = (2ne+1).vc/ 4l   avec ne= entier 1, 2, 3, ....

vc(m/s)= vitesse de phase

l(m)= longueur du tuyau

Fréquence d’un sifflet: f = K.vc/ l

avec K= constante de forme du sifflet

vc(m/s)= vitesse du son

l(m)= distance entre orifice de sortie et arête de butée de l’air éjecté

Cas d'un fouet

Le claquement est l'expression de l'énergie cinétique de la lanière, transmise jusqu'à l'extrémité grâce à une onde provoquée

La vitesse de l'extrémité d'un fouet est d'environ 2,5 fois la vitesse du son (dans l'air)

Mais ceci correspond à une courte durée (1/1000 seconde)

L'accélération au bout est de 5.105 m/s²

 

 

EMETTEURS ACOUSTIQUES ÉLECTROMÉCANIQUES

On distingue parmi les types d’appareils émetteurs électromécaniques :

-les casques d'écoute 

Les caractéristiques de ces appareils ont actuellernent les plages de grandeurs ci-après:

puissance 0,2 à 0,4 W

niveau 100 à 120 dB

impédance 50 à 70 Ohms

fréquences audibles (hauteur) 10 à 30.000 Hz(mels)

 

-les casques de sécurité auditive ont pour but de diminuer la nuisance des sons environnants (les sons retombent dans des zones proches de 20 à 30 dB) Mais ils ne sont pas émetteurs

 

-les transducteurs

sont des appareils transformant un signal d'une certaine nature en un autre signal, de nature différente (électro-acoustique, acoustico-électrique, piézoélectrique, thermoélectrique, etc)

 

-les microphones

sont des appareils fondamentaux de la famille des transducteurs, qui comporte plusieurs types :

-microphones piézo-électriques (ils reçoivent de l’énergie acoustique sous forme de variation de pression et la restituent à travers un cristal piézo sous forme de variation de potentiel électrique (ce potentiel étant par ailleurs = énergie / charge)

-microphones piézo-résistants (idem ci-dessus, mais restituent sous forme de variation de résistance)

-microphones électrostatiques (ils reçoivent de l’énergie acoustique qui déforme une membrane qui la restitue sous forme de variation de potentiel électrique ou de capacité)

-microphones électrodynamiques (ils reçoivent de l’énergie acoustique qui déforme une membrane ou un ruban qui la restitue sous forme de variation d’intensité électrique ou de réluctance)

-microphones à fibres optiques, à charbon, etc

-le niveau d’efficacité d’un microphone est   b*(en V/Pa) = Ueff / peff

avec Ueff(V)= tension efficace

peff(Pa)= pression efficace

-le facteur de directivité d’un microphone est : F’= (pa)² / (ps)² = (b*a)² / (b*s

avec pa(J/m3) est la pression acoustique axiale, prise à 1 mètre

ps(J/m3) la pression acoustique multidirectionnelle (sur une sphère de rayon 1 mètre)

b*est l’efficacité axiale, prise à 1 m., et b*est l’efficacité d’un champ diffusé sur une sphère de 1 m de rayon

-la sensibilité d’un microphone est (20.log b*)

 

-les haut-parleurs (ce sont des transducteurs, transformant les courants électriques en ondes acoustiques, à l'aide d'une membrane qui est mise en vibration par un courant alternatif)

Il y a 3 familles de haut-parleurs : électromagnétiques, électrodynamiques, optiques

Les 3 paramètres les plus importants d'un H.P. sont : sa puissance électrique (le maxi admissible)---son rendement (exprimé en %) et sa sensibilité (exprimée en dB par Watt à 1 mètre de distance) exprimée par une équation logarithmique compliquée, où elle est fonction du rendement, de l'impédance et de la fréquence

Exemple d’un haut-parleur électrodynamique (le plus fréquent)

-son impédance totale est  Z= Z+ g'.Z2

Z1étant l’impédance électrique

Z2 l’impédance due à la partie mécanique d’équipage mobile

g' le rapport gyromagnétique

-sa puissance en est déduite (loi d'Ohm) Une forte puissance n'est pas du tout le critère d'une bonne qualité

-son facteur de force est = (champ x longueur du bobinage)

qui est aussi le rapport: (force produisant le mouvement de la partie mobile) / (intensité)

Ce facteur est similaire à un potentiel d’induction magnétique, mesuré en (N / A) (ou Wb/m)

-son rendement (ordinaire) est le rapport (puissance acoustique rayonnée) /(puissance électrique qu’il absorbe)

La valeur pratique de ce rendement est faible = 1 à 4% (beaucoup d'énergie part en chaleur dans les bobinages)

 

APPAREILS ÉMETTEURS-RÉCEPTEURS

-efficacité d'un appareil acoustique

C'est le rapport entre 2 grandeurs énergétiques proches (l'une à l'émission et l'autre à la réception de l'appareil)

Cas usuel de l'efficacité d'un appareil

C'est le rapport entre la puissance acoustique restituée et la puissance totale injectée (toutes fréquences confondues)

Elle se mesure à une distance donnée, donc est fonction de l'inverse de la distance

Cas du niveau d’efficacité d’un microphone

C'est ici le rapport entre tension électrique et pression

b*(en V/Pa) = Ueff / peff

avec Ueff(V)= tension efficace et peff(Pa)= pression efficace

 

-effet Larsen 

pour un émetteur électromécanique (type haut-parleur): il apparaît un sifflement, provenant d’un son qui, émis par le haut-parleur, est repris par un micro voisin, créant des oscillations de résonance, avec augmentation de l’amplitude jusqu’au maximum de ce que peut retransmettre le haut-parleur

 

-les téléphones portables  émettent en micro-ondes dans des bandes de fréquences de l'ordre de 1 GHz pour la 1° génération, puis de 1,6 à 2,5 GHz pour les 2° et 3° générations.

Ils possèdent des puces contenant plus de 108 transistors, permettant un traitement de # 1010 bits

Le champ électrique émis par un portable est de # 1 à 3 V/m, selon le lieu (le danger pour l'homme étant établi à 40 V/m)

 

EMETTEURS-GENERATEURS de FROID

Il s'agit d'appareils générateurs d'un son émis dans un cylindre contenant un gaz.

L'onde sonore comprime et échauffe le gaz à l'aller, puis détend et refroidit le gaz dans son retour, après réflexion au fond du cylindre

Un double échangeur de chaleur (aux 2 bouts) permet de récupérer de l'énergie -dont du froid, côté départ- et on peut ainsi liquéfier des gaz (120 Kelvins)

 

QUALITES des APPAREILS ACOUSTIQUES

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