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' / c )1/2] / K

avec λ (m)= longueur d’onde

f(Hz)= fréquence

vc(m/s)= vitesse du son

c(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 n= nombre de trous par circonférence

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

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

f = (2n+1).vc/ 4l   avec n= 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 capteurs possédant un transducteur acoustico-électrique, prenant le son auprès d'une quelconque source sonore, l'amplifiant et l'améliorant, pour l'envoyer:

--soit vers un autre transducteur externe, type électro-auditif, et on a alorsune écoute immédiate (par haut-parleur)

--soit vers un système destockage des sons (comme unordinateur,une cassette, etc)

qui, après quelques réglages, le rendra au même transducteur que ci-dessus (type électro-auditif, donc un H.P.)mais on a alorsune écoute différée

Nota: un micro de guitare possède aussi un transducteur électro-magnétique

-les types de microphones

-microphones piézo-électriques (ils reçoivent de l’énergie acoustique sous forme de variation de pression et le transducteur, genre cristal piézo, la restituent 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 déformant une membrane qui la restitue sous forme de variation de potentiel électrique ou de capacité)

-microphones électrodynamiques (ils reçoivent de l’énergie acoustique

déformant une membrane ou un ruban et la restituent sous forme de variation d’intensité électrique ou de réluctance)

-microphones à fibres optiques, à charbon, à condensateur, à électret, etc

 

-l'admittance d'un microphone

est i'a = [M*² + (m.f - W'/ f)²]1/2/ vc²

avec i'a(kg/s-sr)= admittance acoustique

M*(kg/s)= coefficient de frottement visqueux du milieu

W’(J/m²)= raideur de l’appareil

f(s-1)= fréquence

vc(m/s) = célérité du son

 

 

-la courbe de réponse d'un micro

est la courbe de son comportement envers les fréquences de sons qui lui sont soumises

 

-la directionnalité des microphones

peut être omnidirectionnelle, bidirectionnelle, unidirectionnelle(à cardioïde)

 

-le facteur de directivité d’un microphone 

est F’y= (pa)² / (ps)² = (b*a)² / (b*s

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

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

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

 

-le niveau d'efficacité d’un microphone 

est l'échelle logarithmique de la puissance relevée à 1 mètre

Elle est exprimée en dBWà1m

 

-l'impédance d'un microphone

est (Zm) sa résistance interne au passage du courant électrique.Elle est dite impédance de sortie: elle estfaible (si Zm < 1 000 Ohms), moyenne (si 2 000 <Zm< 15 000 W) et forte (si Zm > 20 000 W)

Les micros à ruban peuvent avoir une très faible impédance (< 1 Ohm)

On a la relation classique P = U² / Zm  = carré de la tension / impédance

Comme souvent l'impédance est de 8 Ohms, si on choisit une puissance de 1 Watt, on a alors la tension U = (8)1/2 soit 2,83 Volts

 

-la puissance acoustique d'un microphone

supposons un microphone possédant une membrane de 25 mm de diamètre (donc une surface de 5 ×?10−4 m²) atteint par une onde sonore perpendiculaire sous une pression acoustique efficace de 1 Pa(ce qui correspond à environ 100 dB) la puissance développée est[P= p.S.v)soit 50 µW.

La puissance théorique n'est toutefois pas utilisée en pratique et on voit surtout exprimées:

---soit la puissance moyenne (en Watts AES), valant 2 à 4 fois plus que les Watts théoriques)

---soit la puissance efficace (en Watts RMS) , valant 3 à 6 fois plus que les Watts théoriques)

 

-le rendement d'un microphone

a des valeurs pratiques entre 0,5 et 5%

 

-la sensibilité d’un microphone 

est   b*(en V/Pa) = Ueff/ peff

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

Et la sensibilité relative est l'échelle logarithmique qui lui est liée, à savoir 20log(b*/b*0) où b*0 est la sensibilité basique choisie --mais qui hélas, varie avec les constructeurs (1 V/Pa ou 1V/microbar, ou autre...)

Celà peut conduire à avoir une sensibilité négative, si le niveau choisi est trop bas par rapport à la réalité

 

-le souffle d'un micro

est le bruit de fond perceptible en l'absence de tout signal traité, mais provenant des électrons remuant dans chaque élément de la chaîne de traitement des sons.

 

-les accessoires liés au micro

-comme la tension est faible, il faur nécessairement un préampli et un ampli

-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 (donné en %) et sa sensibilité (exprimée en dB par Watt à 1 mètre de distance et donnée 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

Zétant 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

 

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

 

 -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

 

 

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