Acoustique - Acoustics


Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre
Source sonore omnidirectionnelle artificielle dans une chambre anéchoïque

Acoustique est la branche de la physique qui traite de l'étude des ondes mécaniques dans les gaz, liquides et solides , y compris des sujets tels que les vibrations , le son , les ultrasons et infrasons . Un scientifique qui travaille dans le domaine de l' acoustique est un acousticien alors que quelqu'un qui travaille dans le domaine de la technologie de l' acoustique peut être appelé un ingénieur acoustique . L'application de l' acoustique est présente dans presque tous les aspects de la société moderne avec la plus évidente étant l'audio et de contrôle du bruit industries.

L' audition est l' un des moyens de survie les plus cruciaux dans le monde animal, et la parole est l' une des caractéristiques les plus distinctifs du développement humain et de la culture. Par conséquent, la science de l' acoustique se propage à travers de multiples facettes de la société humaine, la musique, la médecine, l' architecture, la production industrielle, la guerre et plus encore. De même, les espèces animales comme les oiseaux chanteurs et les grenouilles utilisent le son et l' ouïe comme un élément clé de rituels d'accouplement ou territoires de marquage. Art, artisanat, la science et la technologie ont provoqué un autre pour faire avancer l'ensemble, comme dans beaucoup d' autres domaines de la connaissance. Robert Bruce Lindsay « s 'Wheel of Acoustics' est une vue d' ensemble bien acceptée des différents domaines de l' acoustique.

Le mot « acoustique » est dérivé du grec mot ἀκουστικός ( akoustikos ), ce qui signifie « ou pour l' audition, prêt à entendre » et que de ἀκουστός ( akoustos ), « entendu, audible », qui à son tour dérive du verbe ἀκούω ( akouo ), "J'entends".

Le latin est synonyme « sonique », après quoi le terme soniques utilisé comme synonyme pour l' acoustique, puis une branche de l' acoustique. Les fréquences au- dessus et en dessous de la gamme audible sont appelés « ultrasons » et « infrasonore », respectivement.

L'histoire

Les premières recherches en acoustique

La base et les 6 premiers harmoniques d'une corde vibrante. Les premiers documents de l'étude de ce phénomène sont attribués au philosophe Pythagore dans le 6ème siècle avant JC.

Au 6ème siècle avant JC, le grec ancien philosophe Pythagore voulait savoir pourquoi certaines combinaisons de sons musicaux semblaient plus belles que d' autres, et il a trouvé des réponses en termes de rapports numériques représentant l' harmonique série diphonique sur une chaîne. Il est réputé avoir observé que lorsque les longueurs des cordes vibrantes sont exprimable sous forme de rapports d'entiers (par exemple 2 à 3, 3 à 4), les sons produits seront harmonieux, et plus les entiers plus harmonieux les sons. Si, par exemple, une chaîne d'une certaine longueur sonnerait particulièrement harmonieuse avec une chaîne de la longueur deux fois ( d' autres étant égales par ailleurs). Dans le langage moderne, si une chaîne sonne la note C lorsque plumé, une chaîne deux fois plus long retentit un C une octave plus bas. Dans un système d' accordage , les tons intermédiaires sont alors données par 16: 9 D, 8: 5 E, 3: 2 F, 4: 3 G, 6: 5 A et 16:15 pour B, dans l' ordre croissant.

Aristote (384-322 avant JC) entendu que son composé de compressions et dilatations d'air qui « tombe sur et frappe l'air qui est à côté de lui ... », une très bonne expression de la nature de vague mouvement.

Dans environ 20 avant JC, l'architecte et ingénieur romain Vitruve a écrit un traité sur les propriétés acoustiques des théâtres , y compris la discussion des interférences, échos et réverbération-les débuts de l' acoustique architecturale . Dans le livre V de son De architectura ( Les dix livres d'architecture ) Vitruve décrit son comme une onde comparable à une vague d'eau étendue à trois dimensions, qui, lorsqu'il est interrompu par des obstacles, serait refluer et briser les ondes suivantes. Il a décrit les sièges ascendantes dans les théâtres antiques comme conçus pour empêcher cette détérioration du son et a également recommandé des vases en bronze de tailles appropriées soient placées dans les salles à résonner avec le quatrième, cinquième et ainsi de suite, jusqu'à la double octave, afin d'entrer en résonance avec les plus souhaitables, des notes harmonieuses.

Pendant l' âge d' or islamique , Abū Rayhân al-Biruni (973-1048) est censé émis l' hypothèse que la vitesse du son était beaucoup plus lent que la vitesse de la lumière.

Les principes de l' acoustique ont été appliquées depuis les temps anciens: Un théâtre romain de la ville d' Amman .

La compréhension physique des processus acoustiques avancé rapidement pendant et après la révolution scientifique . Principalement Galileo Galilei (1564-1642) , mais aussi Marin Mersenne (1588-1648), indépendamment, ont découvert les complètes lois de cordes vibrantes (complétant ce que Pythagore et pythagoriciens avaient commencé 2000 ans plus tôt). Galilée a écrit « Les vagues sont produites par les vibrations d'un corps sonore, qui se répand dans l'air, ce qui porte au tympan de l' oreille un stimulus qui l'esprit interprète comme son », une déclaration remarquable qui pointe vers le début de l' acoustique physiologique et psychologique . Des mesures expérimentales de la vitesse du son dans l' air ont été réalisées avec succès entre 1630 et 1680 par un certain nombre de chercheurs, en bonne place Mersenne. Pendant ce temps, Newton (1642-1727) la relation dérivée de la vitesse des ondes dans les solides, la pierre angulaire de l' acoustique physique ( Principia , 1687).

Âge des Lumières et au-delà

Le dix - huitième siècle a vu des avancées majeures dans l' acoustique comme les mathématiciens ont appliqué les nouvelles techniques de calcul pour élaborer les théories de la propagation des ondes sonores. Au XIXe siècle , les grandes figures de l' acoustique mathématiques étaient Helmholtz en Allemagne, qui a consolidé le domaine de l' acoustique physiologique, et Lord Rayleigh en Angleterre, qui a combiné les connaissances antérieures avec ses propres contributions copieuses sur le terrain dans son œuvre monumentale La théorie du son (1877). De plus au 19ème siècle, Wheatstone, Ohm et Henry ont développé l'analogie entre l' électricité et l' acoustique.

Le XXe siècle a vu un foisonnement d'applications technologiques du vaste corpus de connaissances scientifiques qui étaient alors en place. La première demande a été Sabine travail novateur de l'acoustique architecturale, et beaucoup d' autres ont suivi. Acoustique sous - marine a été utilisé pour détecter des sous - marins dans la première guerre mondiale. Enregistrement sonore et le téléphone ont joué un rôle important dans une transformation globale de la société. Mesure et son analyse ont atteint de nouveaux niveaux de précision et de sophistication grâce à l'utilisation de l' électronique et de l' informatique. La gamme de fréquence ultrasonique permet entièrement de nouveaux types d'applications en médecine et de l' industrie. De nouveaux types de capteurs (générateurs et récepteurs d'énergie acoustique) ont été inventés et mis à contribution .

Les concepts fondamentaux de l'acoustique

A Jay Pritzker Pavilion , un LARES système est combiné avec un zoné système de sonorisation , tous deux suspendus sur un treillis d'acier de tête, pour synthétiser un environnement acoustique à l' intérieur à l' extérieur.

Définition

Acoustique est définie par la norme ANSI / ASA S1.1-2013 comme « (a) la science du son , y compris sa production, la transmission et les effets, y compris les effets biologiques et psychologiques. (B) Les qualités d'une pièce qui, ensemble, déterminer sa caractère par rapport aux effets auditifs « .

L'étude de l'acoustique tourne autour de la production, la propagation et la réception des ondes mécaniques et des vibrations.

Le processus fondamental acoustique

Les étapes représentées sur le schéma ci - dessus peuvent être trouvés dans tous les cas acoustique ou d'un processus. Il existe plusieurs types de causes, à la fois naturels et volition. Il existe plusieurs types de processus de transduction qui convertissent l' énergie d'une autre forme en énergie sonique, produisant une onde sonore. Il y a une équation fondamentale qui décrit la propagation des ondes sonores, l' équation des ondes acoustiques , mais les phénomènes qui en émergent sont variées et souvent complexes. L'onde transporte de l' énergie dans tout le milieu de propagation. Finalement , cette énergie est à nouveau transduites dans d' autres formes, de manière à nouveau peuvent être naturels et / ou volitionally artificiel. L'effet final peut être purement physique ou elle peut atteindre jusqu'à présent dans les domaines biologiques ou délibérés. Les cinq étapes de base se trouvent aussi bien que nous parlons d'un tremblement de terre , un sous - marin en utilisant un sonar pour localiser son ennemi, ou un groupe qui joue dans un concert de rock.

L'étage central dans le processus acoustique est la propagation des ondes. Cela relève du domaine de l' acoustique physique. Dans les fluides , le son se propage principalement comme une onde de pression . Dans les solides, les ondes mécaniques peuvent prendre de nombreuses formes , y compris des ondes longitudinales , les ondes transversales et les ondes de surface .

Acoustique examine d' abord les niveaux de pression et de fréquences dans l'onde sonore et comment l'onde interagit avec l'environnement. Cette interaction peut être décrit comme un de diffraction , interférence ou d' une réflexion ou un mélange des trois. Si plusieurs médias sont présents, une réfraction peut également se produire. Processus de transduction sont également d' une importance particulière à l' acoustique.

La propagation des ondes: niveaux de pression

Spectrogramme d'une jeune fille en disant « oh non »

Dans les fluides tels que l' air et de l' eau, les ondes sonores se propagent comme des perturbations du niveau de la pression ambiante. Bien que cette perturbation est généralement faible, il est encore perceptible à l'oreille humaine. Le plus petit son qu'une personne peut entendre, connu sous le seuil de l' audition , est de neuf ordres de grandeur inférieure à la pression ambiante. L' intensité sonore de ces perturbations est liée au niveau de pression acoustique (SPL) qui est mesurée sur une échelle logarithmique en décibels.

propagation d'onde: fréquence

Les physiciens et les ingénieurs acoustiques ont tendance à discuter des niveaux de pression acoustique en termes de fréquences, en partie parce que cela est la façon dont nos oreilles interprètent son. Ce que nous faisons l' expérience comme « plus aigu » ou « bas » sons aigus sont des vibrations de pression ayant un nombre plus ou moins élevé de cycles par seconde. Dans une technique courante de mesure acoustique, les signaux acoustiques sont échantillonnés dans le temps, et ensuite présentées sous des formes plus significatives telles que les bandes d'octave ou parcelles de fréquence de temps. Ces deux méthodes populaires sont utilisées pour analyser les sons et mieux comprendre le phénomène acoustique.

Le spectre entier peut être divisé en trois sections: audio, ultrasons et infrasons. La gamme audio se situe entre 20 Hz et 20 000 Hz. Cette gamme est importante car ses fréquences peuvent être détectées par l'oreille humaine. Cette gamme a un certain nombre d'applications, y compris la communication et de la musique vocale. La gamme des ultrasons se réfère aux fréquences très élevées: 20 000 Hz et plus. Cette gamme a des longueurs d' onde plus courtes qui permettent une meilleure résolution dans les technologies d'imagerie. Applications médicales telles que l' échographie et élastographie comptent sur la gamme de fréquences à ultrasons. À l'autre extrémité du spectre, les fréquences les plus basses sont connus comme la gamme infrasonore. Ces fréquences peuvent être utilisées pour étudier les phénomènes géologiques tels que les tremblements de terre.

Instruments analytiques tels que l' analyseur de spectre faciliter la visualisation et la mesure des signaux acoustiques et leurs propriétés. Le spectrogramme produit par un tel instrument est un affichage graphique de la variable dans le temps des profils de niveau et de fréquence pression qui donnent un signal acoustique spécifique définissant le caractère.

Transduction en acoustique

Une faible fidélité économique 3,5 pouces conducteur , on trouve généralement dans les petites radios

Un transducteur est un dispositif destiné à convertir une forme d'énergie en une autre. Dans un contexte électroacoustique, cela signifie que la conversion de l' énergie acoustique en énergie électrique (ou vice versa). Transducteurs électro - acoustiques comprennent des haut - parleurs , des microphones , des hydrophones et sonar projecteurs. Ces dispositifs convertissent une onde de pression sonore ou à partir d' un signal électrique. Les principes de transduction plus largement utilisés sont électromagnétisme , electrostatics et piézoélectricité .

Les transducteurs les plus courants dans les haut - parleurs (par exemple , woofers et tweeters ), sont des dispositifs électromagnétiques qui génèrent des ondes en utilisant un diaphragme suspendu entraîné par un dispositif électromagnétique à bobine mobile , l' envoi hors des ondes de pression. Microphones électret et des microphones à condensateur emploient électrostatique, comme l'onde sonore frappe le diaphragme du microphone, il se déplace et provoque un changement de tension. Les systèmes à ultrasons utilisés dans ultrasonographie médicale emploient des capteurs piézo - électriques. Ceux - ci sont fabriqués à partir de céramique spéciale dans laquelle les vibrations mécaniques et les champs électriques sont reliés entre eux par l' intermédiaire d' une propriété de la matière elle - même.

acousticien

Un acousticien est un expert dans la science du son.

Éducation

Il existe plusieurs types de acousticien, mais ils ont généralement un baccalauréat ou une qualification supérieure. Certains possèdent un diplôme en acoustique, tandis que d' autres entrent dans la discipline par des études dans des domaines tels que la physique ou l' ingénierie . Beaucoup de travail en acoustique nécessite une bonne base en mathématiques et la science . De nombreux scientifiques acoustiques travaillent dans la recherche et le développement. Certains effectuent des recherches de base pour faire progresser notre connaissance de la perception (par exemple , l' audition , la psychoacoustique ou neurophysiologie ) de la parole , la musique et le bruit . D' autres scientifiques acoustiques de compréhension de la façon dont son avance est affectée lorsqu'il se déplace dans des environnements, par exemple l' acoustique sous - marine , l' acoustique architecturale ou acoustique structurelle . D' autres domaines de travail sont répertoriés sous subdisciplinas ci - dessous. Scientifiques acoustiques travaillent dans les laboratoires gouvernementaux, universitaires et du secteur privé. Beaucoup de gens vont à travailler dans Acoustical Engineering . Certains postes, comme la faculté (personnel enseignant) ont besoin d' un doctorat en philosophie .

subdisciplinas

Ces sous - disciplines sont une liste légèrement modifiée par le PACS ( Physique et Astronomie Système de classification ) de codage utilisé par la Acoustical Society of America .

Archaeoacoustics

Archaeoacoustics est l'étude du son dans l' archéologie. Cela implique généralement l' étude de l'acoustique des sites archéologiques et des objets.

aéroacoustique

Aéroacoustique est l'étude du bruit généré par la circulation d'air, par exemple par l' intermédiaire de turbulence, et le mouvement du son dans l'air du fluide. Cette connaissance est appliquée en ingénierie acoustique pour étudier comment plus discrets avions . Aéroacoustique est important de comprendre comment le vent musical instruments de travail.

traitement du signal acoustique

Traitement du signal acoustique est la manipulation électronique de signaux acoustiques. Les applications incluent: contrôle actif du bruit ; la conception des prothèses auditives ou implants cochléaires ; l' annulation d' écho ; la recherche d'information de la musique , et le codage perceptif (par exemple MP3 ou Opus ).

acoustique architecturale

Symphony Hall de Boston, où l'acoustique de l'auditorium a commencé

acoustique architecturale (aussi connu comme l'acoustique du bâtiment) implique la compréhension scientifique de la façon d'obtenir un bon son dans un bâtiment. Il implique généralement l'étude de intelligibilité de la parole, la confidentialité des conversations, la qualité de la musique, et la réduction des vibrations dans l'environnement bâti.

Bioacoustics

Bioacoustics est l'étude scientifique de l'audience et des appels d'appels d'animaux, ainsi que la façon dont les animaux sont affectés par l'acoustique et des sons de leur habitat.

Electroacoustics

Cette sous - discipline concerne l'enregistrement, la manipulation et la reproduction de l' audio en utilisant l' électronique. Cela pourrait inclure des produits tels que les téléphones mobiles , à grande échelle sonorisation systèmes ou réalité virtuelle systèmes dans les laboratoires de recherche.

bruit ambiant et soundscapes

Acoustique environnementale est concerné par le bruit et les vibrations causées par les chemins de fer, le trafic routier, les avions, l' équipement industriel et des activités récréatives. L'objectif principal de ces études est de réduire les niveaux de bruit ambiant et les vibrations. Les travaux de recherche a maintenant également l'accent sur l'utilisation positive du son en milieu urbain: paysages sonores et la tranquillité .

acoustique musicale

Le cortex auditif primaire est l' un des principaux domaines liés à la résolution de hauteur supérieure.

Acoustique musicale est l'étude de la physique des instruments acoustiques; le traitement du signal audio utilisé dans la musique électronique; l'analyse informatique de la musique et de la composition, et la perception et les neurosciences cognitives de la musique .

psychoacoustique

Psychoacoustique explique comment les humains réagissent aux sons.

Discours

Acousticiens étudier la production, le traitement et la perception de la parole. La reconnaissance vocale et la synthèse vocale sont deux domaines importants de traitement de la parole à l' aide des ordinateurs. Le sujet recouvre également les disciplines de la physique , la physiologie , la psychologie et la linguistique .

ultrasons

Image échographique d'un foetus dans l'utérus, vu à 12 semaines de grossesse (bidimensional-scan)

Ultrasons traite des sons à des fréquences trop élevées pour être entendu par les humains. Ultrasonographie médicale comprennent spécialités (y compris ultrasonographie médicale ), sonochemistry , la caractérisation des matériaux et l' acoustique sous - marine ( sonar ).

acoustique sous-marine

L' acoustique sous - marine est l'étude scientifique des sons naturels et artificiels sous - marins. Les applications incluent le sonar pour localiser les sous - marins , la communication sous - marine par les baleines, la surveillance des changements climatiques en mesurant la température de la mer acoustiquement, armes sonores et marins bioacoustique .

Vibrations et dynamique

Ceci est l'étude de la façon dont les systèmes mécaniques vibrent et interagissent avec leur environnement. Les applications peuvent inclure: vibrations au sol de chemins de fer; l' isolation des vibrations pour réduire les vibrations dans les salles d' opération; étudier comment les vibrations peuvent nuire à la santé ( doigt blanc vibrations ); contrôle des vibrations pour protéger un bâtiment de tremblements de terre , ou la mesure de la façon dont de bruit solidien se déplace à travers les bâtiments.

sociétés professionnelles

revues académiques

Voir également

Notes et références

Pour en savoir plus

Liens externes