Introduction à l'acoustique

Le son, c'est quoi ?

Caractéristiques mécaniques

C'est une modification des caractéristiques mécaniques du milieu de propagation.

En pratique, il s'agit des micro-variations de la pression de l'air ambiant.

Remarques:

Il faut un milieu de propagation pour que le son se propage :

l'air pour ce que nous connaissons,
l'eau peut également transmettre les sons, on parle d'Acoustique Sous-Marine,
la terre peut également transmettre les sons, on parle alors de Sismologie,
les matériaux solides, comme le métal, peuvent également transmettre des sons,
dans le vide, les sons ne peuvent pas se propager.

La lumière (qui n'est pas une onde acoustique, mais une onde électromagnétique) est un rare exemple d'onde ne nécessitant pas la présence d'un support matériel pour se propager. On a cru jusqu'à la fin du XIX^ème siècle, que le support de propagation de la lumière était une substance inconnue baptisée l'éther.

Propagation

Les perturbations ont tendance à se transmettre de proche en proche. Le déplacement des perturbations donne lieu à une onde acoustique.

Exemples :

la densité des voitures dans le trafic : des espaces vides de voitures peuvent se déplacer dans le sens ou dans le sens opposé du trafic,
l'élévation locale du niveau de la mer donne lieu aux vagues et à la houle.

Il n'y a pas de lien entre la vitesse de propagation d'une onde, la célérité, et la vitesse des particules de matière.

Les vagues ne se propagent pas forcément dans le sens du courant marin,
le trou de voiture dans le trafic peut se déplacer dans le sens contraire des voitures.

La vitesse du son dans l'air est de l'ordre de 340 mètres par seconde, alors que le mouvement des particules est de l'ordre de quelques centimètres par seconde.

Intensité et énergie

Les ondes acoustiques propagent l'énergie, pas la matière :

le bouchon sur l'eau n'avance pas,
on peut recueillir l'énergie de la houle,

La vitesse maximale de propagation de l'énergie est limitée par la vitesse de la lumière.

L'énergie est proportionnelle au carré de l'amplitude de l'onde acoustique. On appelle intensité, l'énergie d'une onde acoustique.

I = P² / ( rho c )

où P mesure l'amplitude de la pression acoustique, rho la masse volumique de l'air (1.2 kg/m³), et c la célérité du son dans l'air (340 m/s).

Rayons sonores

Les ondes acoustiques suivent le plus court chemin pour se déplacer d'un point à un autre. Donc tout comme la lumière, on peut parler de rayons acoustiques.

Le front d'onde est la surface que dessinent tous les points dans le même état vibratoire (i.e. la même phase). Pour reprendre l'analogie de la vague, la crête de la vague dessine sur la mer un front d'onde. Les formes caractéristiques qu'adoptent les front d'onde sont :

des sphères (ou des cercles concentriques pour les ronds d'eau)
des plans (ou des lignes parallèles pour les vagues en bordure de rivage)

Dispersion

L'énergie ne se crée pas et ne disparaît pas. Elle se propage (et en seconde approximation, elle se dissipe sous forme de chaleur, c'est-à-dire qu'elle se transforme en énergie calorifique). L'énergie se répartit uniformément le long des fronts d'onde. Si le front d'onde s'élargit, alors l'énergie se disperse en proportion égale.

Sur une sphère, la surface est inversement proportionnelle au carré du rayon de la sphère. Donc, dans le cas d'ondes sphériques, si la distance à la source du bruit est doublée, l'intensité de l'onde est divisée par 4.

Par exemple, l'amplitude des vaguelettes qui se produisent sous la forme d'ondes concentriques quand un objet tombe dans un mare d'eau, diminue avec l'accroissement du rayon des cercles.

Page remise à jour le
Mer 24 Déc 1997 16:36:11

Tassart Stéphan
IRCAM

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