Les émetteurs et les récepteurs sonores
Les émetteurs
Tous les émetteurs sonores comprennent deux éléments :
- Un excitateur qui rentre en vibration.
- Un résonateur qui amplifie la vibration et la transmet à l'air.
| Voix | Instruments à cordes | Instruments à vent | Instruments à percussion | Instruments électroniques | |
|---|---|---|---|---|---|
| Excitateur | Cordes vocales | Cordes (frottées, pincées ou frappées) |
| Peau ou membrane | Membrane d'un haut-parleur |
| Résonateur | Cavités buccales | Air contenu dans le corps | Air contenu dans le corps | Air contenu dans le corps | / |
Les récepteurs
Les récepteurs sonores permettent de capter un son. L'onde exerce une pression acoustique sur la membrane du récepteur qui convertit cette pression en un signal électrique.
| Oreille | Appareils électroniques | |
| Récepteur | Tympan | Membrane d'un microphone |
Il existe des récepteurs particuliers dont le rôle est d'identifier une voix particulière et de déchiffrer ses paroles : c'est le principe de la reconnaissance vocale.
Principe de la reconnaissance vocale
Les caractéristiques des émetteurs et récepteurs
Les émetteurs et récepteurs ne sont pas tous de la même qualité. Il existe trois critères qui définissent la qualité de ces dispositifs :
- La fidélité, qui traduit la capacité à reproduire fidèlement les fréquences du son.
- La directivité, qui détermine les directions privilégiées pour l'émission ou la réception du son.
- La sensibilité, qui définit l'intensité minimale que le dispositif peut générer ou capter.
Bande passante
La bande passante d'un appareil est la plage de fréquences pour laquelle cet appareil fonctionne.
La perception des sons par l'oreille humaine
Les sons et la musique
La musique correspond à l'émission de sons liés par certains rapports afin que ces derniers donnent une certaine sensation auditive pour l'oreille.
Une gamme est une série de notes contenues dans une même octave, séparées par des intervalles réguliers afin d'obtenir la meilleure consonance possible.
Il existe différentes gammes en fonction de l'intervalle choisi entre chaque note.
La gamme tempérée est la gamme la plus utilisée dans la musique moderne. L'octave est divisée en 12 intervalles égaux appelés demi-tons :
Gamme tempérée
Les caractéristiques physiologiques d'un son
Une fois capté par l'oreille humaine, un son donne une réponse physiologique caractérisée par deux paramètres : sa hauteur et son timbre. Le spectre en fréquence d'un son permet d'interpréter ces paramètres physiologiques :
Hauteur d'un son
La hauteur d'un son est liée à la fréquence la plus faible apparaissant dans son spectre qui est égale à la fréquence de vibration de l'excitateur.
Timbre d'un son
Le timbre d'un son dépend de la présence et de l'amplitude relative des autres fréquences le constituant, toutes multiples de la fréquence fondamentale : les harmoniques.
Les modes de vibration d'un instrument de musique
Le son émis par un instrument est déterminé par la vibration de son excitateur (corde ou colonne d'air). Celle-ci est la somme de plusieurs composantes, ou modes, qui dépendent de plusieurs paramètres, comme l'instrument, la façon dont l'excitateur est rentré en vibration, etc.
L'analyse spectrale du son met alors en évidence :
- Sa fréquence fondamentale : c'est la fréquence la plus faible du spectre, elle est responsable de la hauteur du son, c'est-à-dire de la note entendue.
- Ses harmoniques : ce sont les autres fréquences composant le son, toutes multiples de la fréquence fondamentale et responsables de son timbre.
Décomposition d'une vibration quelconque
Ainsi, lorsque deux instruments de musique différents jouent une même note :
- L'oreille humaine reconnaît que c'est la même note car elles ont la même hauteur.
- L'oreille humaine sait différencier l'instrument qui a émis chaque note car elles n'ont pas le même timbre.
La dangerosité des sons
La puissance des sources sonores pouvant être grande, les sons perçus par l'oreille peuvent l'endommager voire la détruire. Pour évaluer la qualité de l'audition d'un individu, on réalise un audiogramme.
Exemple d'un audiogramme
L'acoustique physiologique permet d'évaluer la dangerosité d'une source.
La propagation des sons dans les salles fermées (ou semi-fermées)
Le comportement d'une onde sur une paroi
Une onde sonore arrivant au contact d'une paroi subit des phénomènes de réflexion et d'absorption.
Le coefficient d'absorption de Sabine d'une surface, noté α, est le rapport entre la somme des intensités sonores de l'onde réfléchie et de l'onde transmise et l'intensité sonore de l'onde incidente pour une fréquence donnée. Il est compris entre 0 et 1 : pour une fréquence donnée, plus le coefficient d'absorption de Sabine est proche de 1, plus l'énergie incidente est absorbée par la paroi.
La réverbération des sons
Phénomène de réverbération
Le phénomène de réverbération est la superposition de toutes les réflexions d'une onde sonore dans une salle fermée ou semi-fermée une fois la source de l'onde éteinte.
Pour évaluer la qualité de la réverbération d'une pièce, on utilise le temps de réverbération.
Temps de réverbération
Le temps de réverbération est le temps nécessaire à une diminution de 60 dB du niveau sonore dans une salle. Il dépend :
- Du volume de la salle
- De la capacité d'absorption de ces parois
- De la fréquence du son
La qualité d'absorption des parois est évaluée par le calcul de l'aire équivalente d'absorption.
L'aire équivalente d'absorption est donnée par la formule :
A = \sum{}{}{\alpha_i \times S_i}
Avec :
- A : aire d'absorption équivalente, en m2.
- Si : surface composée d'un type de matériau, en m2.
- \alpha_i : coefficient d'absorption de Sabine du matériau composant la paroi de surface Si.
Le contrôle du niveau sonore
Le contrôle du volume sonore consiste à contrôler la réverbération des sons à l'intérieur d'une salle mais aussi le niveau sonore des sons transmis à travers les parois.
