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NOTIONS FONDAMENTALES
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© INRP - TECNE
Dernière mise à jour 03/04/1998
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NOTIONS FONDAMENTALES
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© INRP - TECNE
Dernière mise à jour 03/04/1998
Section de la mécanique des vibrations dédiée à l'étude des sons. On distingue habituellement l'acoustique (physique) des acoustiques physiologique, psychologique, médicale, musicale qui empiètent elles-mêmes sur d'autres disciplines...
Capacité très variable d'un individu à l'autre, de percevoir les finesses des formes acoustiques. Celles-ci ont toujours trois dimensions physiques - le temps, la fréquence et le niveau - qui, du point de vue perceptif, se traduisent respectivement par la durée, la hauteur et le timbre et l'intensité.
L'oreille n'est sensible qu'à certaines fréquences et à condition quelles aient une intensité comprise entre certaines limites. Les courbes de fréquence du seuil d'audibilité et du seuil de douleur (diagramme de Fletcher) délimitent une aire représentant le domaine de l'audible (voir Fletcher).
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Valeur maximale atteinte par la grandeur représentant ce signal en fonction du temps. Pour un signal sinusoïdal, l'amplitude correspond au paramètre A de l'expression temporelle du signal : s(t) = A.Cos(2Pi.t/T +Phi ) |
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Courbe qui indique, pour chaque fréquence, la valeur minimale de l'intensité acoustique d'un signal sinusoïdal juste perceptible pour une oreille normale (voir Fletcher).
Discipline qui se donne pour tâche de mesurer l'acuité auditive et donc de détecter les pathologies associées. On distingue l'audiométrie subjective, dans laquelle le patient participe aux tests, de l'audiométrie objective dans laquelle le patient n'intervient pas de façon active.
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Courbe qui indique, en fonction de la fréquence, la perte d'audition, en décibels par rapport à un niveau zéro considéré comme normal (dB HL ou dB HTL). |
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Fréquence correspondant à un signal audible : de 20 à 20 000 Hz.
1 Bel = 10 Décibels (voir Décibel).
Définition normalisée : 1 - vibration acoustique erratique, intermittente ou statistiquement aléatoire. 2 - Toute sensation auditive désagréable ou gênante (voir également Bruit dans "Acoustique musicale").
Voir Niveau de bruit.
Même définition (expression) que celle du niveau d'isosonie (voir Isosonie), mais s'exprime en NOYS (1966). Ce terme est plus spécifiquement employé dans l'étude des bruits.
Désigne la vitesse de propagation d'une onde. L'emploi de ce terme, au lieu du terme "vitesse", correspond généralement à l'idée de propagation d'un signal sans propagation de matière.
De la célérité V, dépend la longueur d'onde , d'une onde de fréquence f donnée : V = f.lambda (voir Longueur d'onde, Fréquence).
Espace dans lequel se déplacent les seules ondes issues directement de la source sonore : ondes primaires (voir aussi Champ diffus).
Espace dans lequel les ondes directes subissent réflexions et diffractions : il y a création d'ondes secondaires. Il y a donc, en un point, superposition des ondes primaires et secondaires (voir aussi Champ libre).
Dans le diagramme intensité-fréquence de Fletcher, désigne la surface de perception de l'oreille (voir aussi Aire audible).
Courbes du diagramme de Fletcher qui représentent le lieu des points de sensation sonore constante (voir Fletcher).
La sensation auditive n'est pas linéaire mais varie comme le logarithme de l'excitation (loi de Fechner, voir Fechner). Pour la définition du décibel acoustique, le niveau de référence est le seuil d'audibilité à 1000 Hz, pour lequel l'intensité acoustique est Io = 10-12 W.m-2 (intensité qui correspond à une variation de pression po = 2.10-5 Pa). On a donc : I(dB) = 10.log(I/Io) avec I en W.m-2 (voir intensité acoustique).
Note : on utilise parfois une définition exprimée en fonction de la pression. L'unité dBnps (nps pour "niveau de pression sonore" : dBspl pour "sound pressure level" en anglais) est définie par : I(dBnps) = 20.log(p/po). Compte tenu du choix de po, la valeur exprimée en dBnps est égale à celle en dB.
On distingue parfois le décibel linéaire (dB lin), des décibels en mesure pondérée. Une pondération est en effet nécessaire pour tenir compte de la courbe de sensibilité de l'oreille en fonction de la fréquence. Différentes courbes normalisées de pondération sont utilisées (courbes psophométriques voir Psophométrique) : elles donnent lieu à des mesures que l'on exprime en dB(A), dB(B), dB(C), dB(D). Voir également Décibel (mesure de l'intensité acoustique) et Audiométrie.
Désigne habituellement la gamme des fréquences audibles par l'homme. Celle-ci varie avec l'âge : de 20 Hz à 20 000 Hz chez le jeune enfant, elle peut se limiter de 100 à 10 000 Hz chez un sujet plus âgé (voir Presbyacousie dans "Divers").
On notera toutefois que la valeur de la fréquence ne garantie par l'audibilité puisque l'intensité doit également être comprise entre certaines limites (voir Fletcher).
Si X désigne une grandeur caractérisant l'excitation d'un récepteur sensoriel, la quantité (X2-X1) / X1 =DX / X, correspondant à deux valeurs X2 et X1 est appelé seuil différentiel de perception associé à cette grandeur. Fechner a postulé qu'à toute variation (X2-X1) correspond une élévation de sensation S, et ce quelque soit la position des valeurs X2 et X1 dans l'échelle des excitations, donnée par la relation : S= K* (DX / X )
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Diagramme (dit également de Fletcher et Munson, 1933) qui, dans un espace à deux dimensions (fréquence en Hz portée en abscisse et niveau de pression acoustique en dB portée en ordonnée) indique les courbes d'égale sensation sonore (en écoute binaurale, voir Binaurale dans "Divers"). Ce travail a été normalisé en 1961 : lignes isosoniques normales pour des sons purs (voir Isosonie). |
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Harmonique de rang 1, dans la décomposition en série de Fourier d'un son périodique ; si f désigne la fréquence de cette composante de base, l'harmonique de rang N a pour fréquence Nf (voir Harmonique dans "Acoustique musicale"). La fréquence du fondamental est souvent présentée comme celle donnant la hauteur du son (voir aussi Hauteur dans "Acoustique musicale"). Du point de vue mécanique, le fondamental désigne en fait le mode de vibration le plus simple auquel est donc associée la fréquence la plus basse.
Nombre d'oscillations par seconde. S'exprime en hertz (symbole Hz) ; homogène à l'inverse d'un temps : 1 Hz = 1 s-1. La fréquence est l'inverse de la période : f = 1/T (voir période). Les vibrations audibles par l'homme ont une fréquence comprise entre 20 et 20 000 Hz (voir Aire d'audibilité).
Note : l'expression "fréquence d'un son" est souvent utilisé de façon abusive ; un bruit est un son mais n'a pas de fréquence particulière, par exemple ; cette expression désigne la fréquence d'une vibration sonore pouvant être considérée comme périodique (ou pseudo-périodique) sur une durée perceptible (voir ADSR dans "Electronique et informatique musicale"). Pour de nombreuses vibrations, le spectre étant harmonique (voir Harmonique dans "Acoustique musicale"), il s'agit également de la fréquence du fondamental (voir Fondamental), et est donc associée alors à la hauteur (voir Hauteur dans "Acoustique musicale").
Unité de fréquence égale à un cycle par seconde (Hz) ; homogène à s-1 (voir Fréquence).
Vibrations acoustiques dont les fréquences sont inférieures aux fréquences audibles (fréquence inférieure à 20 Hz). À strictement parler, les infrasons ne sont donc pas des sons.
Énergie transportée par l'onde sonore par unité de temps et de surface. C'est donc la valeur efficace de la puissance acoustique (valeur quadratique moyenne) par unité de surface. Elle s'exprime en Watt par mètre carré (W.m-2) (voir également Puissance acoustique surfacique ainsi que Intensité acoustique dans "Acoustique musicale").
Note : ne pas confondre cette grandeur physique avec "l'intensité physiologique ou subjective" qui est une grandeur psycho-physique (voir Intensité physiologique).
Définition normalisée : caractère de la sensation auditive (ou sensation sonore) lié principalement à la pression acoustique et à ses variations, qui fait dire que le son est fort ou faible suivant que la pression acoustique est plus ou moins élevée. Ce terme tend à être remplacé par celui de sonie (voir Sonie). S'exprime en Sone.
Ce terme est ambiguë puisqu'il désigne suivant les auteurs soit l'intensité acoustique (grandeur physique) soit l'intensité physiologique (subjective).
Identité perceptive entre l'intensité physiologique d'un son pur à 1000 Hz et celle d'un son pur à une fréquence quelconque ; la grandeur correspondante, niveau d'isosonie, est exprimée en phones (voir Fletcher ainsi que Sonie).
Distance (période spatiale) parcourue par le front de l'onde pendant que la source effectue un cycle, soit pendant une période temporelle.
Disparition totale ou partielle de la perception d'un son lors de l'émission simultanée d'un second son.
Désigne un état stationnaire spécifié d'une source sonore.
Niveau moyen de pression acoustique (Lp, pour Level Pressure) ou d'intensité acoustique (Li) mesuré sur une bande de fréquence spécifiée. S'exprime en dB.
Niveau d'une "bande" de 1 Hz (voir Niveau de bande). S'exprime en dB.
Désigne soit le niveau maximum soit, plus souvent, le niveau nominal.
Notion qui renvoie tantôt au niveau d'intensité acoustique tantôt à la perception du bruit. Dans ce dernier cas on peut se tourner vers le niveau de bruit perçu (en PNdB, voir Niveau de bruit perçu) mais l'usage actuel privilégie l'emploie de sonomètres gradués en dB(A) ou dB(B) ou dB(C) ou dB(D) à l'aide des courbes psophométriques (voir Psophométrique).
Même expression numérique que le niveau d'isosonie en phones (voir Isosonie). S'exprime en PNdB.
Grandeur exprimant l'isosonie. Elle est obtenue par étalonnage des courbes isosoniques en phones puis en sones du diagramme de Flectcher.
Il s'agit d'une mesure relative de la pression acoustique, notée Lp (pour, Level pressure, en anglais) et exprimée en décibels (notés dBspl) (voir Décibel).
Lp = 20.log(pe/pe,min)
Note : on a généralement I = (1/ k).pe2 , de sorte que l'on peut confondre Lp et le niveau d'intensité acoustique Li (voir Niveau acoustique).
Il s'agit de la mesure relative de l'intensité acoustique, notée Li (Level intensity) exprimée en dB (voir Décibel) : Li = 10.log(I / Io)
En acoustique aérienne Io = 10-12 W.m-2 ; en acoustique sous-marine Io = 0,66.10-18 W.m-2
Note : on a généralement I = (1/ k).pe2 , de sorte que l'on peut confondre Li et le niveau de pression acoustique (voir Niveau de pression acoustique).
Notion ambiguë qui renvoie tantôt au niveau d'intensité acoustique tantôt au niveau de bruit.
Mesure relative de la puissance acoustique en dB.
Cette loi indique que l'oreille peut percevoir les différentes fréquences constitutives d'un son mais pas leur déphasage.
Propagation d'une vibration dont la réception par une oreille humaine normale donne lieu à une sensation sonore. Une ambiguïté persiste sur la nature du milieu : si l'air et l'eau peuvent être considérés comme deux milieux de propagation d'ondes sonores, l'extension à la propagation du "son" dans les solides est discutable. Remarque : une onde émise par une source dont la fréquence la plus basse serait inférieure au seuil fréquentiel peut être perçue pour peu que des partiels soient localisés dans la bande audible.
Composante d'un son complexe dont la fréquence n'est pas nécessairement dans un rapport simple avec la fondamentale (voir Fondamental). Si les composantes ont des fréquences multiples de la fondamentale, on parle de partiels harmoniques ou plus brièvement d'harmoniques (voir Harmonique dans "Acoustique musicale").
Unité de pression. Symbole Pa. Une force de 1 newton exercée sur une surface de 1 m² correspond à une pression de 1 Pa.
Qualifie un phénomème qui se reproduit identique à lui-même à des intervalles de temps constants (périodicité temporelle). Par extension, on parle également de périodicité spatiale, lorsqu'un phénomène, une propriété, se reproduit à l'identique à des intervalles de distances constants. Les vibrations non amorties sont des phénomènes périodiques. Un phénomène périodique est caractérisé par sa fréquence (ou sa période) et son amplitude (voir Fréquence et Amplitude ainsi que Alternatif dans "Acoustique : aspects technologiques").
Note : une vibration amortie n'est pas strictement périodique ; lorsque l'on peut toutefois définir une fréquence (ou une période), on parle de phénomène pseudo-périodique. Cet aspect est important et est parfois source de confusions dans la définition de la fréquence d'un son (voir Fréquence ainsi que Analyse spectrale dans "Electronique et informatique musicale").
Unité de niveau d'isosonie. Remplacée, le plus souvent, par le sone (voir Sonie).
Variation de pression en un point autour de la valeur moyenne de la pression atmosphérique. La valeur instantanée est notée p(t) et la valeur efficace (valeur quadratique moyenne) est notée pe.
Valeur de pression acoustique minimale perçue par l'oreille : on prend habituellement : pe,min = 2 .10-5 Pa (voir Niveau de pression acoustique).
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Courbe qui permet de pondérer, sur l'ensemble des fréquences audibles, la mesure de l'intensité acoustique d'un son, en dB, en fonction de la courbe de réponse de l'oreille dans certaines situations spécifiées. Les unités sont alors les dB(A) ou dB(B), ou dB(C) ou dB(D) ; c'est le dB(A) qui est le plus souvent employé (voir également Décibel). |
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Puissance correspondant à l'énergie transportée par l'onde dans une direction déterminée, par unité de surface ; s'exprime en W.m-2. On distingue la puissance instantanée qui correspond à la valeur à un instant donné, et la puissance moyenne qui en est la valeur quadratique moyenne (voir Intensité acoustique).
Terme ambigu qui semble désigner suivant les ouvrages (notamment les manuels scolaires) soit la valeur de l'énergie émise par seconde par une source (W), soit la puissance acoustique surfacique (W.m-2).
Voir Densité acoustique dans "Divers".
Un système vibratoire possède généralement une fréquence de vibration dite propre, correspondant à son mode d'oscillation libre. En présence d'une excitation extérieure, ce système entre en vibration à la fréquence imposée par l'extérieur. Mais l'amplitude dépend fortement de la fréquence ; elle est maximale lorsque la fréquence imposée est égale à la fréquence propre du système : on dit alors qu'il y a résonance. Ce phénomène est essentiel puisqu'il permet l'amplification de certaines vibrations (caisse de résonance, résonateur, cavité du conduit vocal ; voir Résonateur ainsi que Formant dans "Electronique et informatique musicale"), et d'expliquer le rôle des filtres (filtres résonant ou passe-bande ; voir Filtre dans "Acoustique : aspects technologiques") ; il est important puisqu'il peut également entraîner, lorsqu'il n'est pas contrôlé, la déterioration du système (illustration du verre qui se brise sous l'effet d'une voix aiguë amplifiée).
Partie d'un système, qui recevant l'énergie d'un excitateur, la reémet avec amplification suivant une ou plusieurs fréquences propres ou bandes de fréquences (voir également Formants dans "Electronique et informatique musicale", Résonance).
Phénomène qui se traduit par une prolongation de l'existence d'un son due aux réflexions multiples sur les parois d'une salle.
Désigne, pour une fréquence donnée, l'intensité minimale qui permet la perception du son correspondant. Le seuil "absolu" d'audition se situe à une fréquence comprise entre 2000 et 3000 Hz (voir Fletcher).
Pour une fréquence donnée, intensité maximale au-delà de laquelle l'écoute devient douloureuse (voir Fletcher).
Définition normalisée : vibration acoustique capable d'éveiller une sensation auditive.
Son sinusoïdal. Remarque : bien que le terme "son pur" soit consacré par l'usage parmi les scientifiques, le terme "son simple" semble préférable en ce qu'il s'oppose clairement alors à "son complexe".
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Image d'un signal dans une représentation fréquence-intensité, en fonction du temps. Le temps est porté en abscisse, la fréquence en ordonnée et l'intensité de chaque composante est représentée par la couleur, la noirceur ou l'épaisseur de la trace correspondante. Les premiers sonagrammes étaient obtenus par un dispositif analogique et un traceur mécanique (type plume sur un tambour en rotation). Dans les logiciels, cette représentation est obtenue en effectuant une série d'analyse de Fourier (FFT avec fenêtre glissante) tout au long de la durée du son. Dans ce cas, différents paramètres sont offerts : taille de la fenêtre, fonction de fenêtrage, superposition, etc. (Voir Fourier (transformation) dans "Divers"). |
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Unité de sonie définie en 1959 pour rendre plus exacte la correspondance entre grandeur physique et psycho-physique. Si Phi désigne le niveau en phones, la valeur en sones est donnée par : 2(Phi - 40)/10 (voir Isosonie et Sonie).
Mesure l'impression subjective d'intensité en généralisant la notion de phone ; elle s'appuie sur une exploration verticale du diagramme de Fletcher qui va conduire à remplacer les phones par des sones puis à admettre que cette nouvelle estimation du niveau d'isosonie s'applique non seulement à des sons sinusoïdaux mais encore à des sons complexes dans lesquels on inclut finalement les bruits (voir Intensité physiologique).
Définition normalisée : ensemble ordonné en fonction de la fréquence, des amplitudes ou des phases relatives aux composantes sinusoïdales d'une vibration acoustique.
Note 1 : ces mesures sont généralement faites dans des bandes de fréquence de largeur finie ; on parle alors de spectre de bande ; on distingue anisi les spectres par bandes d'octave, de tiers d'octave ou par bandes de 1 Hz.
Note 2 : dans les logiciels l'obtention d'un spectre de fréquence est obtenu par une transformation de Fourier discrète sur un nombre limité d'échantillons du son. On représente généralement l'énergie relative en fonction de la fréquence.
Impression subjective de hauteur (voir Hauteur dans "Acoustique musicale").
Fréquences présentes dans les phases rapidement variables d'un objet sonore (surtout à l'attaque) et qui peuvent concourir grandement à la reconnaissance du timbre.
Vibrations acoustiques dont les fréquences sont supérieures aux fréquences audibles. À strictement parler, les ultrasons ne sont donc pas des sons.
Voir Célérité.
Unité légale de puissance ; symbole W. En mécanique,
1 W correspond à l'énergie fournie par une force de
1 newton provoquant un déplacement à la vitesse de 1 m.s-1.
En électricité, 1 W correspond à l'énergie
fournie par un générateur débitant un courant d'intensité
égale à 1 A (ampère) sous une tension de 1 V
(volt).
