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Ricardo Atienza 2008-2009 Suzel Balez / Nicolas REMY CRESSON École Nationale Su

Ricardo Atienza 2008-2009 Suzel Balez / Nicolas REMY CRESSON École Nationale Supérieure d’Architecture de Grenoble L5C Voie 1 Leq 200ms A Source :Résidu dB JEU 16/12/04 23h06m01s200 JEU 16/12/04 23h07m28s000 Voie 1 Leq 200ms A Source :bar dB JEU 16/12/04 23h06m01s200 63,9 JEU 16/12/04 23h07m28s000 bar Résiduel 60 65 70 75 80 85 90 22h50 22h55 23h00 23h05 23h10 23h15 Introduction à l’acoustique L5C / 2 Plan Pourquoi le « son » et l’acoustique? Rappels de physique Le son Pression acoustique Niveau sonore Décibel & logarithmes Évolution du niveau de pression acoustique Fréquence & Octave Fletcher et Munson & dB(A) Spectre fréquentiel Timbre Bruit ou son ? Outils techniques Bibliographie L5C / 3 Pourquoi le « son » et l’acoustique? Conception = Conception visuelle? L’expérience d’un lieu n’est que « optique » ? Du visuel à une conception exclusivement graphique du projet, c’est-à-dire, de l’espace visuel. Systèmes et langages de représentation abstraits « graphiques » : Géométrie descriptive, … Et les autres sens ? Et le paramètre temps ? L5C / 4 Pourquoi le « son » et l’acoustique? i / Le son expression sensible du lieu : le sens de l’ouïe, L’espace sonore. Systèmes et langages de représentation abstraits « sonores ». ii / Le son comme expression temporelle du lieu, L’espace temporel. Le son, outil du projet temporel. L5C / 5 Rappels de physique Son : sensation auditive causée par les perturbations d'un milieu physique matériel élastique (air, eau...) et engendrée par la stimulation des éléments sensoriels de l'oreille interne (cellules ciliés), le plus souvent par les ondes acoustiques. Le son est associé au mouvement oscillatoire d’un système vibrant (source sonore). Ce phénomène crée une onde acoustique. Elle se propage dans toutes les « directions » (directivité) à une vitesse de 340 m/s (célérité du son dans l’air). Exemples eau = 1460 m/s ; acier = 5100 m/s ; béton = 4000 m/s ; verre = 5000 m/s foudre et tonnerre besoin d’un milieu de propagation (déserts et espace) son de sa voix propagation aérienne et solidienne Laurie Anderson 1997 Ondes sphériques et ondes planes dans eau L5C / 6 Le son 3 paramètres de description "simple" d’un son : niveau sonore (amplitude (A)) fréquence (hauteur du son) > F=1/T spectre fréquentiel L5C / 7 Le son, un phénomène temporel. Couleur L5C / 8 Niveau sonore / Pression acoustique L’oreille est sensible à des variations de pression acoustique (en Pa ou Pascals). Elle est très sensible puisque le rapport des pressions acoustiques entre le « premier son » audible et un son douloureux est de 1 million (106). On définit ainsi le : seuil d’audibilité PO = 20μPa ou 2.10-5 Pa seuil de douleur P = 20Pa On a donc été amené à utiliser un artifice pour gérer cette échelle de sensibilité : l’échelle logarithmique qui entre un son juste audible et un son douloureux permet un découpage en 120 unités appelées décibels. L5C / 9 Niveau sonore On définit le niveau sonore, comme le rapport de 2 pressions acoustiques : P, pression acoustique de la source P0, pression acoustique correspondant au plus petit son audible par l’oreille humaine. On choisit d’exprimer ce rapport sous une forme logarithmique pour le ramener dans des proportions raisonnables. Niveau de pression acoustique (Lp) est ainsi définit : Lp = 10log P2/PO2 en dB ou en dB(A) P2= puissance acoustique de la source P02 = puissance de référence (10-12 W) L5C / 10 Décibel Le décibel est l’expression de la mesure sonore. Il s’agit d’une unité sans dimension permettant d’exprimer le rapport des valeurs de deux puissances, ou de deux pressions ou de deux intensités. ! le dB n’est pas une unité en soi attention les Niveaux sonores ne s’additionnent pas arithmétiquement : 60 dB + 60 dB ≠ 120 dB (cf. infra) L5C / 11 Logarithmes Logarithme népérien, logarithme décimal Un logarithme se calcule part rapport à une base. (En décimal on utilise "10" comme base.) Les logarithmes népériens ont pour base la valeur e = 2.71828. Le logarithme népérien de e est égal à 1. En abrégé ou dans les démonstrations mathématiques, on écrit ln(x) pour parler du logarithme népérien de x et log(x) pour préciser qu'il s'agit du logarithme décimal. Le log décimal est calculé à partir du log népérien à l'aide de la formule : log (x) = ln(x)/ln(10) où ln(10) = 2,30259 Variation de la fonction Log L5C / 12 Évolution du niveau de pression acoustique (Lp) L5C / 13 L'enveloppe d'intensité : structure horizontale (temporelle) du son. L5C / 14 Fréquence = Hauteur du son L’oreille humaine est sensible à des variations de fréquences entre 20Hz et 20000 Hz (ouïe jeune et en bonne santé). La perception de la variation de fréquence n'est pas linéaire, mais logarithmique. Cette variation de la fréquence n'est pas un altération neutre ou indifférente: elle présente des rapports physiques repérables à l'écoute: c'est le cas de l'octave (= doublement de la fréquence), ou des autres intervalles musicaux. L5C / 15 20 000 16K 11314 11313 8K 5657 5656 4K 2829 2828 2K 1415 1414 1k 708 707 500 353 353 250 177 176 125 89 88 63 44 Découpage en octaves (Hz) Fmini Octave Fmax Octaves de référence (acoustique physique). Exemples transformateur : 100-120hz LA du téléphone : 440 Hz Voix humaine: 300-4000 Hz Clavecin 63-18 000 Hz Typologie sons graves : 20-300 Hz sons médiums : 300-1000 HZ sons aigus :1000-16000 Hz En acoustique, les octaves de référence sont définies par une fréquence centrale et regroupent l’ensemble de fréquences suivant: fc / √2 < fc < fc. √2 L5C / 16 Fletcher et Munson, 1933 Diagramme de Fletcher et Munson L5C / 17 Courbes de pression sonore équivalente (perception). L5C / 18 Seuils d'audition et de douleur. L5C / 19 Le diagramme musical fréquence/intensité (Raymond Murray Schefer). L5C / 20 Pondération du niveau de pression sonore : dB(A) Pondération A Octave (Hz) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz 8kHz Pondération A (dB) -15,5 -8,5 -3 0 +1 +1 -1 Un niveau sonore exprimé en décibel (dB) n’est pas vraiment représentatif de la sensation auditive humaine car l'oreille est peu sensible aux fréquences très basses ou très élevées (raison physiologique). Le niveau sonore doit donc être pondéré par un coefficient dépendant de la fréquence du son émis, afin de « pénaliser » les graves et les aigus par rapport aux médiums. On obtient ainsi un niveau sonore exprimé en dB(A). Courbes psophométriques L5C / 21 Échelle dB(A) Chambre sourde 10 Calme absolu, seuil jamais atteint in situ Sentiment d’oppression 20 Pièce vraiment tr!s isolé 30 Appartement très calme, zone rurale loin de toute source bruyante et sans vent Zone du sommeil Temps de récupération pour l’oreille 35 Salle de classe très silencieuse, appartement calme 50 Quartier résidentiel,restaurant calme, bureau calme Troubles de l’endormissement, insomnies 60 Circulation urbaine moyenne, salle bruyante, aspirateur ménager Compréhension difficile d’une conversation 70 Rue très circulée, Troubles végétatifs, troubles nerveux 80 À 30m d’une autoroute (4000 veh/h) 8H d’exposition* 85 Limite légale pour le travail Choc, surdité à court terme 120 Avion décollage Effets dB(A) Activités * Temps d’exposition divisée par 2 si +3dB(A) L5C / 22 Le spectre fréquentiel, ou la couleur du son. Le "fondamental" et les "harmoniques" Le spectre fréquentiel est la structure verticale su son; rapport (d'intensité) des différentes fréquences composant un son. Si le son est "musical" au sens acoustique du terme, c’est-à-dire crée par un mouvement vibratoire périodique, on montre que le son peut être considéré comme la superposition de sons simples harmoniques, dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence d’un son de base, appelé le fondamental. La couleur d’un tel son dépend des intensités relatives des différents sons simples harmoniques qui le composent. L5C / 23 Timbre = enveloppe d'intensité +spectre fréquentiel. Le Timbre est la qualité qui permet de distinguer deux sons émis par deux instruments différents. C'est une qualité hybride composée du croisement de la structure horizontale (intensité) et verticale (fréquence) du son. Quand cette structure est ordonnée, on parle généralement de "sons timbrés" ou musicaux (ou "sons" tout court). Quand elle ne l'est pas, on parle de sons "indéterminés", et parfois de bruit. L5C / 24 Bruit ou son ? Le bruit (définition normalisée) 1- vibration acoustique erratique, intermittente ou statistiquement aléatoire 2- Toute sensation auditive désagréable ou gênante sons, bruit,… comment faire la différence ? Quels outils pour décrire ces phénomènes physiques et ces perceptions ? L5C / 25 Indices acoustiques Leq ou Niveau de bruit équivalent en dB(A) L’énergie d’un son est proportionnelle à son niveau et à sa uploads/Ingenierie_Lourd/ bases-acoustique-pdf.pdf