Objectif: - Sen-Bretagne
publicité
CI3 : CHAINE DE TRAITEMENT DES INFORMATIONS ANALOGIQUES Cours LE SON Objectif: 1/ Etre capable de citer les caractéristiques principales d’un son et de donner les bases de la perception auditive I - Caractéristiques du son Le son est un ébranlement périodique de l'air ou variation de pression de l’air ; il se caractérise par son intensité et sa hauteur pour les sons purs, et, en plus, par son timbre pour les sons complexes. Un son pur peut être représenté par une sinusoïde A = amplitude, valeur maximale de la pression ou de la détente de l'air T = temps d'un cycle complet t=t 0 à t=t 1 . C'est une période T. f = fréquence : f = 1/T en hertz. 1) Vitesse du son (m/s) Le son, les variations de pression, se déplace dans l'air telle une série de vague sur l'eau. Les sons ne se propagent pas dans le vide et leur vitesse dans l'air augmente avec la température; elle est indépendante de la pression atmosphérique. A 0°C elle est de 331 m/s et à 18°C de 340 m/s. La vitesse du son dépend du milieu dans lequel il évolue. Air à 0°C = 331 m/s Eau douce = 1435 m/s Eau de mer= 1512 m/s Acier 5 000 m/s. 2) Intensité d'un son C'est l'amplitude de la variation de pression de l'air. Plus l'amplitude est importante, plus le son est ressenti "fort". 3) Harmoniques Un son pur sinusoïdal est très rare dans la nature. Le LA 3 est fixé à 440 Hz, mais on reconnaît cette même note jouée par un violon ou par une flûte. A la fréquence fondamentale se superposent des multiples ou harmoniques de rang et d'intensité différente caractérisant le timbre des différents instruments de musique. 4) La fréquence d'un son (Hz) Cette fréquence est déterminée par celle de la fréquence fondamentale. Pour un instrument, c'est la hauteur de la note. Les sons dits graves ont une petite fréquence ( f <1kHz) exemple la basse Les sons dits médium ont une fréquence moyenne (1kHz<f<3kHz) exemple la voix Les sons dits aigus ont une fréquence élevée ( f >3kHz) L'oreille humaine ne perçoit que les sons de fréquences comprises entre environ 20Hz à 20kHz, mais ces valeurs varient largement en fonction des individus et notamment de leur age. 8 4 09 0 2 3 7 2 L.T.P. ST JOSEPH VANNES COURS DE TECHNOLOGIE BAC PROFESSIONNEL SEN CI3 : CHAINE DE TRAITEMENT DES INFORMATIONS ANALOGIQUES Cours LE SON 2/ II - La perception des sons par l’oreille humaine 6.1 - La pression acoustique (Pa) Nous savons maintenant que le son résulte d'une variation périodique de la pression de l'air . Les ondes produites transmettent une certaine quantité d’énergie. Dans le Système International (SI), l'unité de pression est le Newton par mètre carré (N/m ² ) nommé en France le pascal (Pa). Pour la mesure des niveaux de pression acoustique on adopte comme niveau de référence la pression acoustique nécessaire pour atteindre le seuil d'audibilité à 1000 Hz qui a été fixé à 2.10 -4 bar ou 20 Pa. 1 Pa = 1 N/m = 10 bar 6.2 - Le décibel Tous les domaines liés à l'électronique font largement appel au dB. Comme indiqué au paragraphe il s'agit d'une valeur relative qui nécessite toujours une référence 0 dB. Pour distinguer ces références, un suffixe est ajouté derrière les lettres dB. Ainsi, vous trouverez des dBu, dBV, dB SPL, dB SL dB (A) très employés dans le domaine audio. La sensibilité de l'oreille n'est pas linéaire car la sensation varie comme le logarithme de l'excitation. Pour doubler la sensation acoustique il faut multiplier par 10 la puissance sonore. C'est pourquoi on utilise le décibel pour définir le niveau acoustique par rapport au seuil de sensibilité. Le décibel (dB) est la dixième partie du Bel. C'est l'unité de mesure du niveau sonore. 6.3 - Calcul du niveau acoustique en dB SPL (Sound Pressure Level) Le niveau de référence, qui permet d'établir les mesures relatives en dB correspond à une pression acoustique de Pr=20 µPa. Le niveau de référence est donc à 0 dB SPL. dB SPL = 20 Log(P/Pr) P : Pression acoustique du son Pression Pa 20.10 11 20.10 7 63.10 6 20.10 6 63.10 5 63.10 3 20.10 2 20 en Niveau en dB SPL 220 140 130 120 110 70 40 0 Pr : Pression de référence Source Canon à 4 mètres Avion à réaction Marteau pneumatique Seuil de la douleur Forge Conversation à 1 mètre Habitation calme Niveau de référence On trouve aussi parfois des valeurs exprimées en dB (A). Il s'agit d'un décibel pondéré ou physiologique. Un filtre est appliqué à la source sonore pour éliminer les basses et hautes fréquences qui sont peu ou pas perçues par l'oreille. Le dispositif se comporte alors comme une oreille moyenne. Les sonomètres, appareils qui mesurent les niveaux d'intensité sonore, sont conçus suivant ce principe. Ils sont généralement utilisés pour mesurer le niveaux des bruits dans l'environnement. 8 4 09 0 2 3 7 2 L.T.P. ST JOSEPH VANNES COURS DE TECHNOLOGIE BAC PROFESSIONNEL SEN CI3 : CHAINE DE TRAITEMENT DES INFORMATIONS ANALOGIQUES LE SON Cours 3/ 6.4 - Le diagramme de Fletcher et Munson Les courbes classiques de Fletcher et Munson mettent en relation la fréquence et la puissance sonore. Elles donnent ainsi la sensibilité moyenne de l'oreille en fonction de la fréquence. Lorsque l'on applique un signal sonore d'intensité croissante, l'oreille ne perçoit ce signal qu'à partir du seuil d'audibilité (courbe I). Puis l'oreille perçoit l'augmentation progressive d'énergie jusqu'à un niveau où l'audition devient douloureuse. L'oreille est saturée et aucune augmentation de sensation n'est plus perceptible. Le seuil de douleur est atteint (courbe II). 120 0 Ce diagramme montre également que notre oreille est plus sensible aux fréquences médiums situées entre 500 et 5000 Hz (l'oreille est plus adaptée à la parole, notre principal moyen d'expression !). Ces courbes résultent d'une étude statistique et correspondent donc à une oreille "moyenne". Dans la réalité, ces valeurs dépendent de nombreux facteurs comme par exemple l'âge ou l'état de santé d'un individu. Exercices 1) Calculer le temps que met un son pour parcourir la distance entre 2 buts de foot 2) Combien de secondes de retard aura l'écho de votre voix si le son percute un obstacle placé à 190m? 3) Un son de période du fondamental de 0.033s est-il grave, aigu ou médium? Est-il audible? 4) En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer le niveau minimum en dBSPL que devra avoir un son de fréquence 1kHz pour être entendu par l’oreille humaine 5) Soit une enceinte qui génère simultanément 2 sons. Son 1 : F1=50Hz N1=30dBSPL Son 2 : F2=5kHz N2=N1 En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer si ces sons peuvent être entendus par une oreille humaine 6) Calculer le niveau en dB d'une source dont la pression acoustique est de 1 Pa. 8 4 09 0 2 3 7 2 L.T.P. ST JOSEPH VANNES COURS DE TECHNOLOGIE BAC PROFESSIONNEL SEN
