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De la Physique du son à lArt de sen servir
! Jean-Claude DAMIEN Professeur - Dr. ès Sc.
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De la Physique du son à lArt de sen servir
!Plan de lexposé

• Introduction 2 
• Eléments dAcoustique physique 6 
• Eléments dAcoustique physiologique 6 
• Eléments dAcoustique psychologique 5 
• Exemples dapplication 25 
• Conclusion 1 

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De la Physique du son à lArt de sen servir
!Introduction

• Son phénomène physique et sensation
  auditive
• Constat le son est connu de tous mais
  lAcoustique est peu enseignée !
• 3 catégories parole, musique, bruit
• Art ? musique, chanson ... opéra, ciné,
  théâtre - - avion, train, usine
  beurk ! ? chute deau, tourterelle,
  Béhême, V12 Ferrari

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Acoustique physique 6 3 Le phénomène
physique

• Son perturbation de pression se propageant dans
  un milieu matériel élastiquedonc un  mix 
  mécanique ondes thermodynamique
• Processus état de compression / dilatation ...
  P, V varient T ? isotherme ? adiabatique ?
• Validation mesures de la célérité dans  lair
• Mots clés amortissement, amplitude,
  compressibilité, déplacement, élasticité,
  énergie, fluide, fréquence, impédance, intensité,
  masse volumique, phase, pression, puissance,
  surface donde, viscosité, vitesse

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Acoustique physique 2/6 ( 3 )Les grandeurs
physiques

• Fréquence N de lt20 Hz à gt20 kHz 1
• contenu fréquentiel harmonique ? bande ?
  complexe? 2,3
• Pression acoustique p de lt10 µPa à gt200
  Pa
• Puissance acoustique de lt1pW à gt100 W
• Intensité acoustique I de lt1 pWm-2 à gt100
  Wm-2
• Impédance acoustique spécifique rc en Rayl
• Célérité du son gaz ? liquide ? solide ?
• Directivité facteur 2 J1(ka sinq)/ka sinq
• ...

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Acoustique physique 3/6La difficulté
spécifique

• Extensions gigantesques 3 ordres de
  grandeur en N 7 ordres de grandeur en p 14
  ordres de grandeur en I
• Grandeurs logarithmiques intervalle de N
  log2N2/N1 1 ou 1/3 octave intensité
  IL LI 10 log1010I / Iréf en dB
  pression SPL Lp 20 log10 p / préf
  en dB

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Acoustique physique 4/6Octaves et 1/3
doctaves
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Quelques valeurs repères 5/6
Niveau préf ??
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Acoustique physique 6/6 Domaine audio
théorique
Niveau SPL / NI (dB)
200
100
140
Pression acoustique (Pa)
Puissance acoustique (W)
?
0
0
Fréquence (Hz)
0
20000
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Acoustique physiologique 6 3Loreille

• Loreille externe pavillon conduit auditif
  tympan air
• Loreille moyenne 3 osselets Eustache ...
  fenêtres O et R air
• Loreille interne cochlée vestibule 3
  canaux semi-circ. ... liquide on entend et, en
  plus, on tient debout !

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(No Transcript)
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Acoustique physiologique 3/6Louïe

• Seuils seuil daudibilité 0 dB 10-12 Wm-2
  ou 2.10-5 Pa seuil de douleur 130 dB 10 Wm-2
  ou 32 Pa
• Milieux très différents air impédance rc 415
  Rayl eau impédance rc 1,5 MRayl
• Quantum acoustique 50ms 0,3(Hz) 1dB au
  mieux !
• 5 sens de 1 à 4 kHz, cest le plus performant
  !

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Acoustique physiologique 4/6 ( 1 )Domaine
audible effectif
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Acoustique physiologique 5/6 (2 ) Les
organes de phonation

• La soufflerie poumons diaphragme glotte
  contrôle du DAB
• Le système vibrateur larynx cordes vocales
  fondamental 2
• Les résonateurs pharynx bouche nez
  harmoniques système adapté à lair
  pas au mélange trimixte !

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Acoustique physiologique 6/6 ( 3 )La
parole

• La parole ensemble codé des  signes vocaux 
  que les humains utilisent pour communiquer entre
  eux. comprendre gtgt entendre
• La langue pas un répertoire mais une
  organisation particulière des données de
  lexpérience dun e communauté
• Les sons types André Martinet 34 phonèmes 3
  parisiengt1940 31 phonèmes
• sons de voyelles sons de
  consonnes

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Acoustique psychologique 4 1Comment
quantifier une sensation auditive ?

• Etablir des relations quantitatives entre un
  stimulus physiquement mesurableet ce que
  perçoit, ressent le système auditif perceptions
  , sensations auditives
• relations jamais bi-univoques même pour les
  sons purs !
• pire pour les sons réels très complexes,
  fluctuants, liés ... !

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Acoustique psychologique 2/4 Les
caractères des sensations auditives

• Sonie 1 sone à 1000 Hz avec NI 40dB
• Niveau de sonie à 1000 Hz NS (phones) ? NI
  (dB)
• Tonie, Hauteur 1 mel ? 1 Hz mais !
• Intervalle fréquentiel DN en octave, 1/3, 1/12
• Timbre contenu fréquentiel
• Durée peut influer sur la sonie, la tonie
• Différences interaurales permettent la
  localisation spatiale

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Acoustique psychologique 3/4 (1)Courbes
disosonie ( Fletcher - Munson )
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Acoustique psychologique 4/4 Effet de masque
( Zwicker )
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Applications I 5 8 Maîtrise du
bruit (transports, habitat, industrie)

• Bruits de moteurs à explosion, réacteurs silent
  blocks, capitonnage, atténuateur (1)
• Bruit dans lhabitacle air ? moteur ?
  alternateur ? turbo ?
• Bruits dans lhabitat canalisation,
  collectivité, environnement, roulement
  (automobile, métro, train, avion ...) (2,3,4,5)
• Bruits industriels de machines
  diffuseur/translateur de fréquence (6), plots
  antivibratiles, capotage, écran (7), filtrage,
  interférences (8) protections
  individuelles ?
• Vibrations mécaniques intenses satellite dans
  Ariane V

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Bruits solidiens
Bruits de canalisations
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Bruits aériens
Bruits guidés
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Capot, écran, matériaux ...
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(No Transcript)
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Applications II 3 1
Environnement sonore - Acoustique des locaux

• Croissance / Décroissance du son loi de
  charge/décharge
• Adaptation acoustique des locaux cathédrale,
  chambre, cinéma, classe, réfectoire, salle de
  concert, studio, théâtre géométrie (1),
  matériaux, volume budget !
• Approche de W. Sabine temps de réverbération /
  - 60dB TR 0,161 V/a avec a SaiSi ai
  coefficient dabsorption du matériau  i  a
  pouvoir dabsorption des parois en  m2 Sabine 
• Exemple Classe nue (7x5x3) 105 m3 (142 m2)
  a0,1 TR1,19sPlafond traité ai0,3 (35
  m2) TR0,80s

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Locaux usage(s?), coût, volume, forme ...
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Matériaux, filtres, résonateurs ...
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(No Transcript)
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Applications III 4 0 Impact
du bruit sur lhomme

• Conséquences fatigue, stress, troubles
  psychiques, violence
• Bruit subi et  gratuit  au poste de travail
  il existe des normes lt 85 dBA
  protections individuelles
• Bruit voulu et payant auto sono, baladeur,
  concert open, discothèque DJ, mobiles
  scotchés, pubs TVlimites ?
• Civilisation sonore audiovisuel télécoms
  transports âge moyen - limites surdité /
  correction / chirurgie

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(No Transcript)
31
Pondérations selon les ambiances sonores
32
(No Transcript)
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Applications IV 1 2 Synthèse
de la parole - Reconnaissance vocale

• Quelles informations ? Quels objectifs ?
  scientifiques ( traitement automatique de la
  parole) (1,2) technologiques (  pilotage 
  dappareils à la voix ) économiques ( serveurs
  vocaux ) sécuritaires ( identification du
  locuteur ) socio-linguistiques ( traduction
  automatique UE ? ) Difficultés ??taille du
  vocabulaire, mots isolés ou parole continue,
  consonnes, prosodie, locuteur(s ?), complexité
  des tâches aspects perceptifs aspects
  cognitifs

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Applications V 1 4 Enregistrement,
Reproduction des sons

• Sensibilité, directivité des microphones 0,1Hz
  à 100 kHz 1,2
• Performances, fidélité des hauts-parleurs
  clarté, directivité, étendue couverte prix
  ! 3,4
• Performances des chaînes opto-mécano-électro-aco
  ustique perchman, preneur de son, ingénieur
   post prod  ... orateur, chanteur,
  instrumentiste
• Domaines techniques élargis depuis cordes,
  cuivres, vent jusquà CDAudio, DVD, enceintes,
  HiFi, Klavier, MP3, MPEGn, synthés ...

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Applications VI 1LAcoustique dépasse le
son !

• Infrasons Sons Ultrasons
• Industrie automobile filtrage de fréquences
• Industrie spatiale malaises dans les vols
  habités
• Multiples domaines accéléromètres, actionneurs
  de pales dhélicoptères, broyage, chirurgie,
  contrôle non destructif, dégazage, détecteurs de
  mouvement, écrans tactiles, imagerie médicale,
  microphones, modems à fréquences vocales,
  nettoyage, sonar, sonochimie, vélocimètres
  physique des solides !!

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De la Physique du son à l Art de sen servir
!Conclusion

• Scientifique
  Raisonnablement Sérieusement
  Artistique
• Précis
  Large Etroit
  Evasif

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Je rends à César ... la plupart des données et
illustrations que jai choisies sont extraites
des sources suivantes Notices techniques -
Bruël Kjaer  Mediacoustic  -
01-dB Encyclopedia Universalis  Physical and
applied acoustics  (E.Meyer/E.G.Neumann) Plaquett
es commerciales (Audax, Cabasse, Infinity,
Sennheiser)
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Vous qui étiez présents, je vous remercie pour
votre qualité découte et pour vos remarques ou
questions ... et je vous présente mes excuses
pour mon mauvais timing qui vous a privés de la
partie de lexposé sans doute la plus attirante
si besoin est damien_at_enic.fr