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1 1 1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseigneme

1 1 1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mohamed Khider-Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Architecture 1 ère année master : Architecture Année universitaire : 2019—2020 Matière : Equipement II Acoustique du bâtiment Enceignant : Dr MEZERDI Toufik Cour N°03 : Caractérisation physique des sons et des bruits Laboratoire LACOMOFA Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits Chapitre II Caractérisation physique et physiologique des sons et des bruits 2 06/04/2020 Plan du cour Cour N° 03 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 1 Caractéristiques physiques des sons et des bruit 1 1 La fréquence 1 1 1 Champs auditif humain 1 2 La période 1 3 La longueur d’onde λ (lambda) 1 4 La Célérité du son 1 4 1 La célérité du son pour le gaz 1 4 2 La célérité du son dans les solides 1 5 L’impédance acoustique 2 Les qualités physiologiques des sons 2 1 Volume 2 2 Hauteur 2 3 Timbre 3 Son pur et son complexe 3 1 Son pur 3 2 Son complexe 4 Différence entre son et bruit 3 1 Caractéristiques physiques des sons et des bruit La fréquence est l’une des unités de mesure permettant de décrire une onde . Elle s’exprime en Hertz (Hz) (du nom du physicien allemand qui mit en évidence l'existence des ondes électromagnétiques) et indique le nombre d’oscillations par seconde de l’onde. 1 Hz est égal à une oscillation par seconde 1 1 La fréquence Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits [1]Fig 01 Fig 01: fréquence est le nombre de periodes effectuees par un signal en une seconde.(Source:http://sbilbault.free.fr/elecfre quence.html) 4 La fréquence est le nombre de cycles effectué par l’onde par unité de temps. Elle s’exprime en Hertz. 1 Hz = 1 cycle par seconde (Fig 02) Ainsi à une fréquence de 100 Hz correspondent 100 cycles par seconde. On nommera couramment un son grâce à sa fréquence. En musique par exemple la note référence qui est le " La " est aussi nommée " La 440 " car sa fréquence est de 440 Hz. La fréquence est l’inverse de la période. 4 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits Fig 02 : Exemple de nombre de cycles effectué par l’onde par unité de temp (Source:http://catherine2205.free.fr/physique/spectre_electromag.html 5 5 A une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu. Notre oreille ne peut « écouter » que des sons situés dans une certaine plage de fréquences, en moyenne entre 20 Hz et 20 kHz. Sous 20 Hz, les sons sont qualifiés d’infrasons ; au dessus de 20 kHz, ils sont qualifiés d’ultrasons. Chaque espèce animale à ainsi son « spectre » sonore. Par exemple, les dauphins ou les chauve-souris perçoivent des sons dont la fréquence atteint 100 kHz… et les éléphants communiquent entre eux par infrasons.[2] (Fig 03) Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 1-1-1 Champs auditif humain Fig 03 : Frequances prcues par l’oreille humain et celle de quelques autres mamiféres (Source:http://www.cochlea.org/entendre/champ-auditif-humain) 6 Les fréquences étudiées dans le cadre de l’acoustique du bâtiment se situent entre 100 et 5 000 Hz. (Fig 04) Fig 04 : Échelle des sons : Graves - Médiums – Aigus (Source: https://sstie.ineris.fr/consultation_document/20477) 6 6 06/04/2020 6 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 7 77 77 1-2 la période On peut voir que la représentation temporelle d’une onde est périodique dans le temps, c’est-à-dire qu’elle se répète identiquement à elle même ( = une oscillation) au bout d’une durée T (en seconde) appelée la période (Fig 05). Pour une onde, l’inverse de la période est appelée la fréquence). la période est un intervalle de temps constant d’un phénomène dit périodique se répétant successivement à l’identique. C’est une grandeur - notée T - et qui s’exprime en seconde. Fréquence et période sont directement liées par la relation : Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits Fig 05: Le motif élémentaire d'une tension sinusoïdale comporte une alternance positive et une alternance négative. Le premier motif est compris entre t = 0 s et t = 4 s donc T= 4 s.(Source:http://tpeonde-sonore.e- monsite.com/blog/i-qu-est-ce-qu-une-onde-sonore-et-comment-la-percoit-t-on.html 06/04/2020 8 8 88 88 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits Lorsque la période T est longe, la fréquence est basse, produisant un son grave Lorsque la période T est moyenne, la fréquence est moyenne, produisant un son moyen Lorsque la période T est courte, la fréquence est élevée , produisant un son aigu (Fig 06) Fig 06: relation entre la période T et la fréquence f.(Source: http://catherine2205.free.fr/physique/spectre_electromag.html 1-3 La longueur d’onde λ (lambda) Tout comme on peut déterminer a partir d’une représentation temporelle d’un son sa période, on peut chercher a savoir de quelle distance le son s’est propagé durant cette période (Fig 09). Cette quantité s’appelle par définition la longueur d’onde ,elle est notée λ et elle s’exprime en mètre. Par définition ,la vitesse d’un son et égale a la distance parcourue par unité de temps; la distance alors parcourue par un son est donnée par le produit: vitesse X temps La longueur d’onde λ d’un son est donc donnée par : avec : •λ : longueur d’onde en (m) •C : célérité du mouvement vibratoire en (m/s) •T : période du mouvement vibratoire en (s) λ = C / F ou λ = C T λ= C / f ou λ= C * T et f = C /λ 9 99 99 06/04/2020 Fig 07 :Fréquence et longueur d'onde sont liées : plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est petite.(Source: http://catherine2205.free.fr/physiqu e/spectre_electromag.html Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 1-4 La Célérité du son : Une onde acoustique se propage dans un milieu avec une certaine vitesse (de propagation), cette vitesse est appelée célérité.[3] avec c (en mètre par seconde) la célérité du son dans le milieu d (en mètre) la distance parcourue et ∆t (en seconde) le temps de propagation (Fig 08) 06/04/2020 10 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits la célérité du son dépend des caractéristiques du milieu de propagation, notamment de la température. [4] On peut approximer l’évolution de la célérité du son dans l’air par la relation : Avec c la célérité en mètre/seconde T en Kelvin (Remarque : T(˚K)=T(˚C)+273). Ainsi, à 0˚C, c=330 m/s et à 20˚C, c=342 m/s. La vitesse du son est indépendante de sa fréquence mais dépend du milieu de propagation, plus le milieu matériel est dense plus la célérité est grande : Cson (air) = 340 m.s-1 Cson (eau de mer) = 1500 m.s-1 Cson (acier) = 5000 m.s-1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 06/04/2020 La célérité du son dépend aussi de la température, c'est-à-dire de l'agitation des particules qui constituent le milieu de propagation, plus la température est élevée plus le son se propage vite : La variation de la célérité en fonction de la température peut provoquer des problèmes de réfraction. En effet, une variation de température entraine une variation de la célérité ce qui a pour conséquence de dévier la trajectoire des ondes sonores. L’onde sonore se déplace alors vers la zone où la température est la plus faible.(Exemple dans une salle de concert avec l’effet du public). Cson(air à 0°C) = 331 m.s-1 Cson (air à 15°C) = 340 m.s-1 La foudre et le tonnerre sont deux phénomènes météorologiques qui ont lieu en même temps lorsqu’il y a un orage et pourtant les messages visuels et sonores ne se propagent pas à la même vitesse…. Il est donc possible de savoir à quelle distance on est d’un orage …! Fig 09 :Un éclair dans le ciel à Nuremberg en Allemagne, par Getty / Alexandr Gnezdilov.(Source: https://www.francemusique.fr/emissions/la-musique-vous-fait- du-bien/la-musique-vous-fait-du-bien-du-samedi-22-juin-2019-73062 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 12 La vitesse de la lumière est de 300 000 km/s. C’est pour cela que l’on voit un éclair avant d’entendre le tonerre. Ainsi, le son généré par un éclair mettra 1 seconde pour parvenir à l’oreille d’un auditeur situé à 340m . Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des bruits 1-4-1 La célérité du son pour le gaz: Dans un gaz parfait, la célérité du son est calculée par la formule de Laplace : avec: •T : la température du gaz considéré en (K) •Mm : la masse molaire du gaz considéré en (Kg/Kmol) •γ : coefficient isentropique Dans le cas de l’air par exemple et pour une température de 0°C, on a le coefficient isentropique = 1,4 et la masse molaire Mm = 29Kg/Kmol : Célérité du son a la température 0°C = 331 m/s. 1-4-2 La célérité du son dans les solides : La célérité du son dans les solides est donnée par la relation suivante avec: •E : le module d’young en N/m² •ρ : la masse volumique du solide en Kg/m3 13 Cour N°03 Caractérisation physique des sons et des uploads/Sante/ cour-caracterisation-physique-des-sons-et-des-bruits.pdf