Rapport Physique Etude Egaliseur

eurs domaines. Ainsi nous nous proposons d’en développer seulement quelques uns tels que : - la propagation des ondes sonores - la physiologie de l’audition - le traitement du son Dans tout notre mémoire, au vu de notre travail sur l’acoustique, les ondes seront assimilées à des ondes sonores.

I.

Onde sonore : aspect physique A. Qu’est ce qu’un son ? 1- Définition

Le son est une onde mécanique longitudinale produite par la vibration d’un corps et propagée dans le milieu environnant. Cette vibration provoque un mouvement des atomes l’avoisinant qui va se déplacer de proche en proche sous forme d’onde de pression. C’est ce mouvement des atomes dans un milieu matériel élastique qui permet au son d’exister et de se propager. Par conséquent il ne se propage pas dans le vide. Cette perturbation modifie : - la pression dans le milieu - le déplacement et la vitesse des particules du milieu. Tout ceci se fait sans transport de matière.

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Caractéristique d’une onde sonore Une oscillation complète est le mouvement fait par un atome entre deux passages à une même élongation dans le même sens. Sur le schéma, on a représenté deux oscillations complètes.  On appelle élongation notée x l’écart par rapport à la position d’équilibre au temps y. L’unité de longueur est le mètre.  L'amplitude de l'onde, notée A est définie comme étant l'élongation maximale. La période notée T en seconde de cette onde est le temps mis pour accomplir une oscillation complète.  La fréquence d'oscillation F de l'onde est le nombre d'oscillations complètes effectuées par seconde. Son unité est l’Hertz (Hz). C’est l’inverse de la période. La fréquence d’un son, contrairement à sa vitesse, ne varie pas en fonction du matériau parcouru. Un objet vibrant X fois par seconde, a donc une fréquence de X Hertz, et le matériau l’environnant subit alors en chaque point X compressions et dépressions successives par seconde. Le spectre des fréquences audibles c’est-à-dire la plage des fréquences perçues par l’oreille humaine s’étend de 20 à 20.103 Hz. On parle ainsi d'infrasons ou d'ultrasons pour désigner des vibrations de fréquences respectivement trop basses ou trop élevées pour être audibles. Sons Infrasons Sons audibles Ultrasons Hypersons Fréquence 0 à 20 Hz 20 Hz à 20 kHz 20 kHz à 1 GHz > 1 GHz

 La longueur d’onde notée λ est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. A l’inverse de la fréquence, la longueur d’onde dépend du milieu où le son se propage et peut changer si l’onde passe dans un autre milieu. 2Propagation d’un son Lorsqu’on parle de propagation, on utilise la notion de célérité. La célérité notée c d’une onde sonore dans un milieu désigne la vitesse de propagation de ses fronts d’onde.

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Que se passe-t-il au niveau moléculaire pendant la propagation ?

Durant la propagation, les particules du milieu vibrent suivant la même direction que celle de la propagation, comme dans un ressort dont on frappe brutalement une extrémité. La zone frappée se comprime, puis se détend, transmettant aux spires voisines cette compression qui se propage ainsi d’un bout à l’autre du ressort.

La célérité dépend de certaines conditions du milieu : - la température : la célérité augmente avec la température du milieu - la pression : lorsque la densité du milieu augmente (milieu plus solide), la vitesse des fronts d’onde est nettement plus élevée. Ainsi la vitesse de propagation est plus faible dans l’eau que dans l’acier

Dans l’air, la vitesse du son est de 340 m/s. L’air est donc un milieu non dispersif. Néanmoins, dans certains cas, la célérité du son ne peut être constante et l’onde sonore subit un changement de direction : on dit qu’elle est réfractée c'est-à-dire que tous les points d’un même front d’onde ne sont pas animés d’une vitesse identique. Pour illustrer nos propos, prenons un exemple de la vie courante. Dans une salle de concert, la température de l’air est souvent plus élevée au dessus des spectateurs. La célérité du son étant alors plus importante, il aura tendance à se diriger vers le plafond. Par conséquent, les auditeurs installés au fond de la salle recevront moins bien les ondes sonores. Afin de remédier à ce problème, on change l’architecture de la salle pour avoir une meilleure harmonisation sonore. En outre, le son ne se propage pas indéfiniment c’est-à-dire que plus l’onde est lointaine plus l’intensité est faible. De plus, le son ne se propage pas seulement en ligne droite à partir de la source. Il est capable de se réfléchir et de dépasser des obstacles (phénomène d’interférence, de réfraction…). Par exemple, si une onde percute une paroi elle est capable de se transformer à son tour en source sonore.

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B. Notions fondamentales d’acoustique : caractéristiques d’un son musical Après avoir défini les différentes caractéristiques d’une onde sonore, nous allons nous intéresser aux sons musicaux ainsi qu’à ses propriétés. Les sons musicaux sont rythmés et agréables à l’oreille. Un son pur est produit par une vibration sonore de type sinusoïdal. Tous les sons simples ou purs peuvent être décrits de manière exhaustive par quatre paramètres : la durée, la fréquence, l’intensité et le timbre. En acoustique musicale, on étudie les caractéristiques physique d’un son musical selon trois grandeurs physiologiques : - la hauteur liée à la fréquence - le volume lié à l’intensité de la vibration - le timbre lié à la forme de cette vibration 1- Intensité L’intensité d’un son est le niveau ou le volume d’un phénomène audible défini par la quantité d’énergie produite. Les hauts niveaux d’énergies sont perçus comme des sons forts et les faibles niveaux comme des sons doux. D’un point de vue physique, l’intensité d’un son est liée à l’amplitude de l’onde acoustique correspondante. Plus l’amplitude est grande plus le son est fort. On établit l’échelle en fonction du rapport entre le seuil de douleur et le seuil de l’audition. Cette échelle n’étant pas pratique à utiliser, le décibel (dB) a été choisi car c’est une échelle logarithmique ayant une plus grande facilité de manipulation des chiffres de l’ordre de la perception de l’oreille. En conclusion, l’intensité d’un son correspond à un niveau sonore.

2- Hauteur tonale Aussi appelée « Fréquence». Elle dépend de l’objet créant le son. Ainsi, plus l’objet vibre rapidement, plus le son sera aigu. Les fréquences audibles par l’être humain s’étendent de 20 à 20 000 (20 K) Hz. Ces chiffres peuvent varier suivant l’âge et les personnes. En dessous de 20 Hz, il s’agit d’infrasons et d’ultrasons au dessus de 20 KHz. Ceux-ci ne donnent pas lieu à une sensation sonore. Pour obtenir un son grave ou aigu, il suffit de faire varier sa fréquence. En effet, plus un son sera aigu et plus sa fréquence sera haute. A l’inverse, plus un son sera grave, plus sa fréquence sera basse. Notons également que nos oreilles sont plus sensibles aux fréquences médium et aigues, correspondant aux fréquences de la voix.

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Tout son musical, ou note, possède une fréquence fondamentale correspondant à sa hauteur. Deux notes dont les fréquences fondamentales ont un ratio égal à deux (moitié, double, quadruple…) donnent deux sons très ressemblants.

Ainsi on peut regrouper les notes ayant cette caractéristique dans la même catégorie de hauteur.

Dans la musique occidentale, les différentes catégories de hauteurs sont au nombre de sept et s'appellent : do, ré, mi, fa, sol, la et si. L'intervalle compris entre deux hauteurs dont la fréquence de l'une vaut le double (ou la moitié) de l'autre s'appelle une octave. Pour distinguer deux notes de même nom dans deux octaves différentes, on numérote les octaves et donne ce numéro aux notes correspondantes : par exemple, le « La3 » (ou A4) a une fréquence de 440 Hertz dans la norme internationale. Cette fréquence de référence est donnée par un diapason. 3- Timbre Le timbre d’un instrument correspond à sa richesse sonore. Une même note jouée sur deux instruments différents ne donnera pas au final le même son. Chaque son est formé d’une fréquence fondamentale et de fréquences harmoniques. On dit qu’un son est riche, agréable à entendre, lorsqu’il contient de nombreuses harmoniques. Un son pauvre en harmoniques paraîtra terne à notre oreille. Un son ne comprenant qu’une seule fréquence est appelé “son pur” (extrêmement rare dans notre environnement quotidien). Les sons musicaux sont des “sons complexes”, mélanges de sons graves et aigus. Le son musical est la superposition d’un son fondamental et d’harmoniques dont les fréquences sont des multiples de la fréquence fondamentale. Nous détaillerons ces notions un peu plus loin. (cf III-Traitement du son)

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II.

Onde sonore : aspect biologique A. Physiologie et anatomie

Pour illustrer