dB acoustiquev2
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Intensité d’un son : compléments Puissance acoustique surfacique : Puissance correspondant à l'énergie transportée par l'onde dans une direction déterminée, par unité de surface. Elle 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. Niveau de puissance acoustique Mesure relative de la puissance acoustique en dB. Puissance sonore ou puissance 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). La pression acoustique : 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. La valeur de la pression acoustique prise pour référence est la valeur de pression acoustique minimale perçue par l’oreille : p0 = pe min = 2.10-5 Pa Niveau de pression acoustique (ou niveau de pression sonore) : Il s'agit d'une mesure relative de la pression acoustique, notée Lp (pour, Level pressure, en anglais) et exprimée en dBSPL (Sound Pressure Level) : P Lp = 10 log10 S P S réf (exprimé en dBSPL) La puissance par unité de surface de référence est 10-12 W·m-2 (un picowatt par mètre carré). La puissance par unité de surface transportée par une onde sonore est reliée à la pression acoustique par la formule : P S = 1 ρ v p2 où : P S : est la puissance par unité de surface (en W·m-2). p ρ v : est la pression acoustique efficace (en Pascal). : est la masse volumique du milieu (en kg·m-3). : est la vitesse du son dans le milieu (en m·s-1). Si, dans la formule de la première définition, on remplace la puissance par unité de surface par la formule en fonction de la pression acoustique, la densité et la vitesse se simplifient et on obtient : pe 2 p 2 e ,réf Lp = 10 log10 Si on sort le carré du logarithme on obtient la seconde version de la définition de dBSPL : p p 0 Lp = 20 log10 p est le niveau de pression du son (en valeur efficace) et p0 est la pression de référence que l'on accepte comme le niveau à partir duquel l'oreille humaine commence à percevoir un son pur de 1 kHz. Celui-ci est de 20 µPa (valeur efficace). Les deux valeurs de référence (1 picowatt par mètre carré et 20 µPa efficaces) sont équivalentes pour l'air à la température et pression ambiante. L’intensité acoustique : C’est l’énergie transportée par l’onde par unité de temps et de surface, c’est donc la valeur efficace de la puissance acoustique (valeur quadratique moyenne) par unité de surface. L’intensité acoustique I (intensité physique) n’est pas l’intensité perçue par l’homme. Niveau acoustique (ou niveau intensité acoustique) Il s'agit de la mesure relative de l'intensité acoustique, notée Li (Level intensity) exprimée en dB. I I0 Li = 10 log10 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 Lp (niveau de pression acoustique) et le niveau d'intensité acoustique Li. Par ailleurs, pour un même niveau acoustique à différentes fréquences, l'homme ne perçoit pas le même niveau d’intensité. Pour un même niveau d’intensité acoustique de 20 dBSPL, un son pur de 1 kHz paraîtra plus fort qu'un son de 10 kHz tandis qu'un son de 100 Hz ne sera pas perçu. Pour avoir le même niveau perçu, le son de 10 kHz devra être à 30 dBSPL et le son de 100 Hz à 50 dBSPL. Niveau sonore : Notion ambiguë qui renvoie tantôt au niveau d'intensité acoustique tantôt au niveau de bruit. Courbes isosoniques Les courbes isosoniques représentent les courbes de même intensité perçue qu'un son pur de 1 kHz à un niveau acoustique donné. Une courbe isosonique est une mesure de la pression sonore (en décibels), en fonction de la fréquence, qu'une personne perçoit comme un son de même niveau. L'unité de mesure de niveau de son est le phone. Deux ondes sinusoïdales d'égal phone ont, par définition, le même niveau sonore. Le système auditif humain est sensible à des fréquences allant de 20 Hz à un maximum d'environ 20 000 Hz. Mais l'étendue de fréquences audible diminue avec l'age dû à la presbyacousie. Dans cette gamme de fréquences, l'oreille humaine est le plus sensible entre 1 et 5 kHz. Ceci est dû principalement à la résonance du canal auditif et à la fonction de transfert des osselets dans l'oreille interne. Les courbes isosoniques furent mesurées pour la première fois en 1933 par Fletcher et Munson. Dans leur étude, on faisait entendre aux sujets des sons purs (sinusoïdaux) à différentes fréquences et par incréments de 10 dB. On faisait entendre aussi aux sujets un son de référence à 1000 Hz. On ajustait le volume de ce dernier son jusqu'à ce qu'il soit perçu au même niveau sonore que celui en test. Comme la sensation de volume sonore est très subjective et difficile à mesurer, Fletcher et Munson utilisèrent la moyenne des mesures sur beaucoup de sujets pour obtenir de moyennes raisonnables. En 1956 Robinson et Dadson effectuèrent des nouvelles mesures, considérées comme plus précises. Celles-ci furent la base du standard ISO226 qui fut considéré comme définitif jusqu'en 2003. En raison de divergences entre les mesures anciennes et les récentes l'Organisation internationale de normalisation (ISO) a actualisé, en 2003 la norme ISO 226, en se basant sur plusieurs études de chercheurs japonais, allemands, danois, britanniques et nord-américains.[1]. La nouvelle norme est l'ISO226:2003 (image de droite). Le dB pondéré : dBa Pour prendre en compte cette sensibilité de l'oreille par rapport aux fréquences, le dBa est utilisé. En effet, celui-ci utilise la courbe isosonique, correspondant à un niveau perçu de 40 dB pour un son pur de 1 kHz. L’inverse de cette courbe pondère le signal et l’on obtient le niveau en dBa par intégration sur toutes les fréquences. Cette unité est très fréquemment utilisée dans les indicateurs acoustiques du bruit. Divers exemples sur l'échelle du bruit De 0 à 10 dB : désert De 10 à 20 dB : cabine de prise de son De 20 à 30 dB : conversation à voix basses De 30 à 40 dB : forêt De 40 à 50 dB : bibliothèque De 50 à 60 dB : lave-vaisselle De 60 à 70 dB : téléviseur De 70 à 80 dB : aspirateur De 80 à 90 dB : tondeuse à gazon • • • • • De 90 à 100 dB : route à circulation dense De 100 à 110 dB : marteau-piqueur De 110 à 120 dB : discothèque De 120 à 130 dB : avion au décollage (à 300 mètres) 180 dB : décollage de la fusée Ariane Au-dessous de 20 dB, le son est pratiquement inaudible pour l'oreille humaine. Il commence à devenir douloureux audelà de 80 dB, dangereux à partir de 100 dB et carrément insupportable dès 120 dB. Le seuil de perception auditive Le niveau de 0 phone ou 0 dBSPL est un niveau vraiment bas. Pour s'en rendre compte, voici à quoi ce niveau de 0 dBSPL correspond : • • • en puissance par mètre carré : à 0,5 watts repartis sur toute la surface de la France métropolitaine ; en pression : à la pression due au poids d'une couche de 2.10-9 m d'eau (environ 20 atomes d'épaisseur) ; en déplacement des molécules dans l'air : à une oscillation (crête à crête) de 2.10-11 m, c’est-à-dire 2 dixièmes de l'épaisseur d'un atome ! Phone (acoustique) L'appréciation de l'intensité d'un son est corrélative de la fréquence et ne dépend donc pas uniquement de l'amplitude, de l'énergie vibratoire : l'intensité perçue s'évalue par une unité sans dimension, appelée phone. Cette unité caractérise les niveaux de perception équivalente de l'intensité, ce que l'on dénomme l'isosonie d'un son ou d'un bruit. Historique et définition Le sone est une unité inventée par Heinrich Georg Barkhausen. Le phone a été adopté par la première Conférence Internationale de Paris en 1937, comme étant le volume d'une onde sonore, jugée par une personne ayant une audition normale et dans des conditions standard d'écoute, qui a le même volume qu'une onde sonore ayant un niveau de pression acoustique de 1 décibel à 1 kilohertz. Un bruit a un volume de p phone(s) si l'auditeur le perçoit de la même façon qu'un son de 1 kilohertz et de p décibel(s) d'intensité. Aux États-Unis, la sone est privilégiée au phone avec x (sones)= 10*log_2(x)+40 (phones)
