En acoustique

Acoustique




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L’acoustique est la science du son, ce qui inclut sa production, son contrôle, sa transmission, sa réception et ses effets. Elle fait notamment appel à des notions de mécanique des fluides, demécanique vibratoire, de mécanique du solide déformable et de thermodynamique.
Le terme acoustique fut introduit par Joseph Sauveur (1653-1716) : il est construit à partir du terme ἀκουστικός [akoustikos] provenant du grec ancien signifiant « de l'ouïe », lui-même provenant de ἀκούειν [akouein], signifiant « entendre »1. Depuis, le mot acoustique englobe en physique toutes les ondes mécaniques au sein des gaz, des liquides, mais également au sein des solides, et ce quelle que soit la plage de fréquences considérée (les infrasons, les sons et lesultrasons).
L'acoustique comprend de nombreuses ramifications parmi lesquelles on rencontre l'électroacoustique (microphones, haut-parleurs), l'audition, l’acoustique musicale, etc.
L'acoustique a des applications dans les domaines des sciences de la terre et de l'atmosphère, des sciences de l'ingénieur, des sciences de la vie et de la santé, ainsi que dans les sciences humaines et sociales.[/ltr]

• 1Histoire
  
  
  
  • 1.1Acoustique empirique
    
  • 1.2Acoustique expérimentale, mesures et instrumentation acoustiques
    
  
  
  
• 2Domaines de l'acoustique
  
  
  
  • 2.1Acoustique physique
    
  • 2.2Acoustique humaine
    
  • 2.3Domaines transversaux
    
  
  
  
• 3Acoustique théorique
  
  
  
  • 3.1Domaine d'étude
    
  • 3.2Lois fondamentales de l'acoustique
    
    
    
    • 3.2.1Milieu fluide
      
      
      
      • 3.2.1.1Équation d'Euler
        
      • 3.2.1.2Conservation de la masse
        
      • 3.2.1.3Loi de compressibilité du fluide
        
      • 3.2.1.4Équation de propagation
        
      
      
      
    • 3.2.2Milieu solide
      
    
    
    
  
  
  
• 4Anatomie - physiologie
  
• 5Propagation - Acoustique des salles
  
• 6Nuisances et pollution sonores
  
• 7Facture instrumentale
  
• 8Institutions
  
• 9Voir aussi
  
  
  
  • 9.1Bibliographie
    
  • 9.2Articles connexes
    
  • 9.3Liens externes
    
  • 9.4Notes
    
  • 9.5Références
    
  
  
  

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Histoire

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Science dont les bases remontent à l'Antiquité, Pythagore étudie au vi^e siècle av. J.-C.l'acoustique musicale, notamment les intervalles. Le théâtre d'Épidaure témoigne que dès leiv^e siècle av. J.-C. les grecs maîtrisaient les propriétés sonores des matériaux pour construire des amphithéâtres : l'agencement périodique des rangées de sièges du théâtre d'Épidaure permet de filtrer les basses fréquences (inférieures à 500 Hz) du bruit de fond (bruissement des arbres, auditoire)2.[/ltr]
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Acoustique empirique

L'origine de l'acoustique est attribuée à Pythagore (vi^e siècle av. J.-C.), qui étudia le fonctionnement des cordes vibrantes produisant des intervalles musicaux plaisants à l'oreille3. Ces intervalles sont à l'origine de l'accord pythagoricien portant aujourd'hui son nom4. Aristote(iv^e siècle av. J.-C.) anticipa correctement que le son se générait de la mise en mouvement de l'air3 par une source « poussant vers l'avant l'air contigu de telle manière que le son voyage »4,5. Son hypothèse était basée sur laphilosophie plus que sur la physique expérimentale. D'ailleurs, il suggéra de manière erronée que les hautes fréquences se propageaient plus rapidement que les basses fréquences, erreur qui perdura plusieurs siècles3.
La spéculation que le son est un phénomène ondulatoire doit son origine à l'observation des ondes à la surface de l'eau. En effet, la notion d'onde peut être considérée, de manière rudimentaire, comme une perturbation oscillatoire qui se propage à partir d'une source et ne transporte pas de matière sur des grandes distances de propagation5,4. La possibilité que le son présente un comportement analogue fut notamment soulignée par le philosophe grec Chrysippe (iii^e siècle av. J.-C.) et l'architecte et ingénieur romain Vitruve (environ 25 av. J.-C.)5,4, qui contribua par ailleurs à la conception de l'acoustique de théâtres antiques3. Le philosophe romain Boèce (470-525 ap. J.-C.) formula aussi l'hypothèse d'un comportement similaire, de même qu'il suggéra que la perception humaine de la hauteur était liée à la propriété physique de la fréquence3.[/ltr]
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Acoustique expérimentale, mesures et instrumentation acoustiques

Un premier résultat expérimental important fut obtenu au début du xvii^e siècle, dont la découverte est due principalement à Marin Mersenne et Galileo Galilei : le mouvement de l'air généré par un corps vibrant à une certaine fréquence est aussi un mouvement vibratoire de fréquence identique à la fréquence de vibration du corps vibrant5,4. Dans l'Harmonie Universelle (1637), Mersenne décrivit la première détermination absolue de la fréquence d'un son audible (à 84 Hz)5. Cette description impliquait que Mersenne avait déjà démontré que le rapport de fréquences absolues de deux cordes vibrantes, l'une créant une première note musicale et l'autre la même note une octave au-dessus, était de 1/2. La consonance harmonique qui était perçue par l'oreille à l'écoute de ces deux notes ne pouvait s'expliquer que si le rapport des fréquences d'oscillation de l'air était lui aussi de 1/25,4. L'histoire de cette découverte, qui est le fruit des réflexions antérieures menées sur le sujet, dont certaines remontent à Pythagore (550 av. J.-C.), s'entrelace donc avec le développement des lois de fréquences naturelles des cordes vibrantes et de l'interprétation physique des consonances musicales. Galiléi, dans sesdiscours mathématiques concernant deux sciences nouvelles (1638), dévoile les discussions et les explications les plus lucides données jusque là sur la notion de fréquence5,4.

Domaines de l'acoustique

Acoustique physique

L'acoustique physique (encore appelée acoustique fondamentale ou bien acoustique théorique) détermine les principes de la génération et de la propagation des sons et en développe le formalisme mathématique. Son domaine n'est pas nécessairement limité par la perception humaine ; elle s'intéresse aussi bien aux ultrasons et infrasons, qui obéissent aux mêmes lois physiques6.
L'acoustique théorique a de nombreux domaines d'application spécialisés7.[/ltr]

• L'acoustique architecturale étudie la propagation des sons dans les salles et les bâtiments y compris l'isolation phonique.
  
• L'électroacoustique étudie spécialement les transducteurs électroacoustiques (microphones, haut-parleurs, hydrophones).
  
• La vibroacoustique (encore appelée acoustique des structures) étudie les ondes mécaniques dans les structures et comment celles-ci interagissent et rayonnent dans les fluides environnants.
  
• La thermoacoustique, se basant sur l'effet thermoacoustique, étudie la conversion de chaleur en énergie acoustique et vice-versa.
  
• L'imagerie médicale utilise pour les échographies, les échographies Doppler, les techniques chirurgicales par ultrasons focalisés de haute intensité, des applications acoustiques des ultrasons.
  

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L'acoustique non linéaire étudie les cas où les écarts à la linéarité postulée dans les équations de l'acoustique générale sont trop importants pour qu'on puisse, comme dans le cas général, les négliger.[/ltr]

• Le contrôle non destructif utilise les résultats de l'acoustique non linéaire pour caractériser l'état d'intégrité et la « santé » de structures ou de matériaux, sans les dégrader, soit au cours de la production, soit en cours d'utilisation, soit dans le cadre de maintenance.
  

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L'acoustique sous-marine étudie la propagation du son dans l'eau et l'interaction des ondes mécaniques constituant le son avec l'eau et les frontières avec d'autres milieux.
L'aéroacoustique étudie la génération d'un bruit par un écoulement turbulent (ex : turbulence d’un jet libre), ou interagissant avec une surface (profil d’aile, pales de rotor d’un hélicoptère, roues de compresseur ou de turbine, cavité, ...)[/ltr]
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Acoustique humaine

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• L'audition détaille la physiologie de l'oreille (oreille externe, moyenne et interne) et explique les mécanismes de la perception des sons par l'ouïe, et mesure la sensibilité acoustique des individus.
  
• La psychoacoustique étudie comment les sons captés par le système auditif sont interprétés par le cerveau humain.
  
• La phonétique acoustique se consacre notamment à l’aspect physique des sons produits par l'appareil phonatoire humain, débouchant sur les systèmes de reconnaissance automatique de la parole et de synthèse vocale.