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UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE
PLAN DE COURS
Automne 2005
COURS: PHY 1955
CRÉDITS: 3
TRIMESTRE: A
TITRE DU COURS: Acoustique
Professeur:
Nom: Alain Vincent
Bureau: Physique: D-442
Téléphone: (514) 343 5627
Adresse électronique: [email protected]
Horaire du cours:
Lundis 12 sep - 05 dec 2005: 08H30 – 11H30 Z-220 Pavillon C-McNicoll
Jeudi 08 dec 2005: 08H30 – 11H30 Z-220 Pavillon C-McNicoll
Correcteurs:
Nom: Paul Boulanger
Bureau: Physique: Pavillon Roger-Gaudry: A-427
Téléphone: (514) 343 6111 ext. 3279
Adresse électronique: [email protected]
Nom:
Bureau: Physique: Pavillon Roger-Gaudry:
Téléphone: (514) 343 6111 ext.
Adresse électronique:
AVERTISSEMENT
Ce cours (PHY 1955) est principalement destiné aux étudiant(e)s en orthophonie. Il s’agit
d’une introduction à l’acoustique. Le cours aura lieu à l’Université de Montréal. Le but est
de donner une connaissance de base de l’acoustique au niveau sous-gradué.
1
OBJECTIF DU COURS
Comprendre les liens entre les manifestations des phénomènes acoustiques et les symboles
figurant dans les formules physiques qui les décrivent. Évaluer les quantités physiques à l’aide
des unités de mesure appropriés. Faire le lien entre les connaissances acquises dans les cours
de physique, en audiologie, en orthophonie.
Contenu du cours:
Semaine du 12 Sep 2005 au 16 Sep 2005
1. Propriétés physiques du son.
Compressibilité. Ondes sonores. Pression acoustique.
Condensation. Vitesse des molécules. Gaz parfaits.
Ondes planes, cylindriques, sphériques. Vitesse du son.
Exercices: vitesse du son; pression acoustique.
Devoir 1: vitesse du son; pression acoustique; pression efficace;
Expériences: Sonnerie dans le vide.
Vitesse du son. Oscilloscope.
Semaine du 19 Sep 2005 au 23 Sep 2005
2. Ondes acoustiques.
Les sons purs. Condensation. Énergie. Intensité.
Pression efficace. Analyse de Fourier.
Exercices: ondes; Formulation sinusoidale; pression efficace; condensation;
force, travail, énergie. Conservation de l’énergie; puissance;
densité d’énergie acoustique; intensité moyenne;
formulaire trigonométrique; propriétés physique de l’air
et de l’eau; analyse et synthèse de Fourier.
Expériences: Synthétiseur-Analyseur de Fourier.
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Semaine du 26 Sep 2005 au 30 Sep 2005
3. Les niveaux sonores.
Bel, Decibels. Analyse spectrale d’un son.
Source plane. Source ponctuelle. Source linéaire.
Intervalles de fréquences en musique.
Exercices: Unités MKSA: fréquence, force, pression, energie, puissance,
intensité; seuils d’audition; sources sonores; niveaux d’intensité;
logarithmes; intervalles de fréquences; octaves et fractions d’octaves;
demi-ton tempéré.
Devoir 2: Focalisation intensité; chant des cigales; seuils au tympan;
source linéaire; intensité seuil d’audition; files de camions autoroute;
courbes de décroissance;
Expériences: Fréquence, amplitude et timbre.
Analyse de Fourier: oscilloscope.
La série harmonique.
Semaine du 03 Oct 2005 au 07 Oct 2005
4. Interaction et propagation des ondes acoustiques.
Ondes progressives. Déphasage. Réflexion: lois de Descartes.
Diffraction: principe de Huygens. Réfraction.
Superposition de deux ondes. Battements.
Effet Doppler. Sources et récepteurs en mouvement.
Exercices: Distorsion Doppler du haut parleur. Dauphins et épave. Echos sonores.
Doppler en musique. Battements. Superpositions. Réflexions.
Expériences: Réflexion sur surfaces concaves.
Réfraction: la lentille sonore.
Interférence. Fentes d’Young. Tubes de Quincke.
Diffraction. Collimateur.
Battements. Moiré.
Radar acoustique (sonar).
Examen Intra : LU 17 Oct 2005
08H30 – 11H30
3
Z-220
Pavillon C-McNicoll
Archives INTRA 2003:
Interférences dans une salle cubique. Distorsion Doppler pour le haut-parleur.
Puissance captée par un micro. Niveaux d’intensité. Exemples.
Semaine du 24 Oct 2005 au 28 Oct 2005
Période d’activités libres.
Semaine du 31 Oct 2005 au 04 Nov 2005
5. Propagation d’une onde dans un milieu.
Gaz, liquide, solide. Changement de milieux. réflexion, transmission.
Impédances intrinsèque, acoustique et mécanique.
Résistance, réactance, inertance, raidance.
Diagrammes de Fresnels. Plan complexe.
Résonance. Analogie mécanique.
Impédance complexe. Admittance: conductance et susceptance.
Exercices: Electricité. Loi d’Ohm. Intensité, puissance et résistance. Gain.
Le microphone et le haut parleur. Amplificateur. Impédances tuyauterie.
Réflexion, transmission, résonance.
Devoir 3: Gain d’un amplificateur. Onde sonore dans tuyauterie. Résonance.
Inertance. Raidance. Réactance. Résistance. Angle d’impédance.
Expériences: Oscillations amorties et entretenues, résonance.
Oscillations couplées.
Bris de verre par résonance sonore.
Semaine du 07 Nov 2005 au 11 Nov 2005
6. Ondes dans l’espace limité .
Ondes sonores stationnaires. Colonnes d’air. Ventres et noeuds.
Réflexions aux extrémités ouvertes ou fermées.
Fréquences de résonance. Acoustique des salles. Réverbération.
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Exercices: Lois de Mersenne. Cordes et membranes vibrantes.
Temps de réverbération. Surfaces équivalentes. Ondes stationnaires.
Chambre anéchoique. Fréquences de résonances dans des salles et des tubes.
Devoir 4: Salle. Ondes stationnaires. Réverbération. Temps de réverbération.
Interférences. Harmoniques. Ondes stationnaires dans un tube.
Expériences: Ondes stationnaires de torsion. La machine de John Shive.
Ondes stationnaires, ondes progressives et superpositions d’ondes.
Réflexions d’impulsions.
Ondes stationnaires sur une corde tendue.
Loi de Mersenne.
Ondes stationnaires dans des colonnes d’air. Le tube de Kundt.
Semaine du 14 Nov 2005 au 18 Nov 2005
7. Acoustique de l’oreille
Oreille externe: Fréquences de résonances du conduit auditif et du pavillon.
Résonances entre hélix et anthélix. Pulse sonore sur le tympan.
Réflectance. Forces sur le tympan.
Oreille moyenne: Modèle de bascule. Conservation des moments des forces.
Conservation des énergies acoustiques. Adaptateur d’impédance.
Modèle du transformateur idéal. Effet de voilure.
Modèle du piston dans un cylindre ou résonateur mécano-acoustique.
Admittance d’oreille. Compliance. résonance.
Transmission directe: chemin acoustique.
Oreille interne:
La cochlée. Membrane basilaire. Théorie de l’onde progressive.
Fonction de résonance. Bande critique. Effet de masque.
Psycho-acoustique: Courbes d’isosonie de Fletcher-Munson. Sonorité subjective.
Hauteur de son subjective. Distorsion.
Exercices:
Devoir 5: Modèle de bascule. Résonateur mécano-acoustique.
Références:
Jahn, A.F., Santos-Sacchi, J., 2001, Physiology of the Ear, 2e Ed. Singular.
5
Gelfand, S.A., 2001, Essentials of Audiology, 2e Ed. Thieme.
Semaine du 21 Nov 2005 au 25 Nov 2005
8. Audiométrie (facultatif )
Tympanométrie. Admittance totale. Admittance de l’oreille moyenne. Compliance.
Gradient. Appareil de Grason-Stadler. Exemples de cas réels.
Mesures et Instrumentation. Appareils auditifs. Distorsion harmonique.
Exercices: Admittance oreille moyenne. Tympanogrammes.
Références:
Jahn, A.F., Santos-Sacchi, J., 2001, Physiology of the Ear, 2e Ed. Singular.
Gelfand, S.A., 2001, Essentials of Audiology, 2e Ed. Thieme.
Semaine du 28 Nov 2005 au 02 Déc 2005
9. Théorie acoustique de la parole.
Anatomie et Physiologie du système vocal.
Les cordes vocales. Contraintes et déformations.
Visco-élasticité. Fréquence du son émis: Le cycle glottal.
Circulation de l’air dans les voies respiratoires. Loi de Bernouilli.
Résistance à l’écoulement. Synchronisation.
Théorie myoélastique aérodynamique.
Propagation du son dans le tractus vocal. Formants vocaux.
Voyelles. Prosodie. Audiospectrogrammes.
Cordes vocales et fréquence fondamentale. Modèle d’élongation.
Modèle de la corde mince. Modèle de la corde épaisse.
Contrôle de l’intensité vocale. Puissance développée.
Variation du débit. Pression seuil.
Références:
Titze, I.R., 1991, Principles of Voice Production,
6
http://www.ncvs.org/vpt/tutorial/index.html,
National Center for Voice and Speech, University of Iowa.
Kent, R.D., Read, Ch., 2002, Acoustic, Analysis of Speech, Singular.
Exercices: Modèle d’élongation. Formants vocaux.
Propagation du son dans le tractus vocal.
Devoir 06: Théorie myoélastique aérodynamique. Modèle de la corde mince.
Expérience: Les formants vocaux. Air. Hélium.
Effet de deux gaz sur la voix.
Semaine du 05 Déc 2005 au 08 Déc 2005
10. Musique (facultatif )
Résonateur de Helmholtz. Modes de résonances dans un tube.
Largeur de bande. Bruit blanc.
Instruments à vent. La flute.
Instruments à cordes. Le violon. Plaques de Chladni.
Membranes et tambours.
Références:
Benade, AH, 1990, Fundamentals of Musical Acoustics, Dover.
Fletcher, N.H., Rossing, T.D., 1998, The Physics of Musical Instruments,
Springer-Verlag.
Richard E. Berg, David G. Stork, 1995, The Physics of Sound, 416 pages,
Prentice Hall; 2nd ed (November 16, 1994), ISBN: 0131830473
Exercices: Détection de son purs par résonateur. Remplissage de vase.
Expérience: Résonateur de Helmholtz.
Semaine du 05 Déc 2005 au 08 Déc 2005
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11. Exercices .
Archives 2004:
Niveau spectral. Effet de masque. Tube de Kundt.
Modes de résonance dans un tuyau ouvert ou fermé.
Ventres et noeuds de vitesse et de pression. Impédance-admittance.
Résonateur de Helmholtz. Le son émis par le remplissage d’un vase. Réflexion
d’une onde acoustique sur le bord d’un tuyau ouvert. Fréquences de résonance
sur la membrane basilaire. Courbe de résonance. Largeur de bande critique.
Cycle glottal: synchronisation avec la vibration des cordes vocales.
Vitesse du son dans le tractus vocal. Formant vocal: la voyelle [a].
Impédance mécano-acoustique.
Masse acoustique. Modèle d’élongation de la corde mince.
12. Examen Final : LU 12 Décembre 2005: 09H00-12H00
B-0245
Archives FINAL 2003:
Résonances dans le tractus vocal. Formants vocaux. Modèle d’élongation
de la corde mince. Cycle glottal. Effet de masque. Bande critique.
Bibliographie:
Vincent, A., 2005, Notes d’Acoustique, Université de Montréal,
(disponibles sur le WebCT).
- Berg, R.E., 1979, Demonstrations in Acoustics,
(B 01 01, 1979 AN 0OH58, AP R- RV1 1810 - 1813).
Bibliothèque para-médicale (salle 2120 du Pavillon Marguerite d’Youville).
- Richard E. Berg, David G. Stork, 1995, The Physics of Sound,
416 pages, Prentice Hall; 2nd ed (November 16, 1994), ISBN: 0131830473
- Gelfand, SA, 2001, Essentials of audiology (2nd ed.),
New York, NY: Thieme Medical Publishers.
- Titze, I.R., 1991, Principles of Voice Production,
8
Pav. 3200 J-B
http://www.ncvs.org/vpt/tutorial/index.html,
National Center for Voice and Speech, University of Iowa.
- Kent, R.D., Read, Ch., 2002, Acoustic, Analysis of Speech, Singular.
- Jahn, A.F., Santos-Sacchi, J., 2001, Physiology of the Ear, 2e Ed. Singular.
- Jerger, J., Handbook of Clinical Impedance Audiometry (2nd ed),
Acton, MA: American Electromedics Corp, 1980.
- Kinsler, L.E., Frey, A.R., Coppens, A.B., Sanders, J.V., 2000,
Fundamentals of Acoustics, Fourth Edition , Wiley.
- Benade, AH, 1990, Fundamentals of Musical Acoustics, Dover.
- Fletcher, N.H., Rossing, T.D., 1998, The Physics of Musical Instruments, Springer-Verlag.
- Benade, AH, 1992, Horns, Strings, and Harmony, Dover.
Vidéos: ” Demonstrations in Acoustics ”: Richard E. Berg, Université du Maryland.
(Used with permission of the University of Maryland).
http://www.physics.umd.edu/deptinfo/facilities/lecdem/services/demos/subtopicsh.htm
Évaluation:
Documentation interdite sauf un aide-mémoire de 8 pages 22×28cm préparé par l’étudiant(e).
Calculatrice permise.
4 devoirs: 30%
Examen Intra: 30%
Examen Final: 40%
Échancier:
Les devoirs sont distribués au cours du lundi et sont à rendre 3 semaines plus tard au début
du cours.
Dates des examens:
Examen Intra: Lundi 17 Octobre 2005: 08H30-11H30 Z-220 Pav. C-McNicoll
Examen Final: Lundi 12 Décembre 2005: 09H00-12H00 B-0245 Pav. 3200 J-B
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