1.1 Propriétés du son

a) Fréquence

La fréquence (ƒ) correspond au nombre de cycles d’onde produits en une seconde et se mesure en hertz (Hz).

👉 Formule de la fréquence :

où T est la période, c’est-à-dire le temps nécessaire pour qu’un cycle complet se produise, en secondes.

Exemple pratique : si une onde a une période de 0,01 seconde, sa fréquence sera :

 

Cela signifie que l’onde effectue 100 cycles par seconde.

La fréquence est liée à la hauteur perçue du son :

• Les fréquences élevées produisent des sons aigus.

• Les fréquences basses produisent des sons graves.

Dans les systèmes audio :

• Basses fréquences (20 à 250 Hz) → sons graves.

• Fréquences moyennes (250 à 4000 Hz) → voix et instruments médiums.

• Hautes fréquences (4000 à 20 000 Hz) → aigus.

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b) Amplitude

 

L’amplitude est liée à la pression acoustique ou à l’intensité sonore.
Une amplitude d’onde plus grande correspond à un son plus fort ou plus intense.

L’intensité sonore (I) se définit comme la puissance par unité de surface, mesurée en W/m² (watts par mètre carré).

Formule de l’intensité sonore :

 

 

où P représente la puissance en watts et A la surface en mètres carrés à travers laquelle le son se propage.

La relation entre l’intensité sonore et la sonie perçue est logarithmique.
Les niveaux d’intensité et de pression acoustique sont exprimés en décibels (dB), comme expliqué plus loin.

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c) Longueur d’onde

 

La longueur d’onde (λ) correspond à la distance entre deux points équivalents d’un cycle d’onde (par exemple, de crête à crête ou de creux à creux).

Formule de la longueur d’onde :

où v est la vitesse du son dans le milieu et ƒ la fréquence de l’onde.

Exemple pratique :
Dans l’air à 20 °C, la vitesse du son est d’environ 343 m/s.
Pour un son dont la fréquence est de 100 Hz :

Cette longueur d’onde est typique des sons basses fréquences.
Les fréquences plus élevées produisent, quant à elles, des longueurs d’onde plus courtes.

 

 

d) Vitesse du son

 

La vitesse du son (v) dépend du milieu de propagation.
Dans l’air à 20 °C, elle est d’environ 343 m/s, mais elle varie selon la température et la densité du milieu.

Formule de la vitesse du son dans l’air :

où T est la température en degrés Celsius.

Exemple : à 30 °C, la vitesse du son est :

 

1.2 Principes de base de l’acoustique

 

a) Réflexion du son

La réflexion se produit lorsqu’une onde sonore rencontre une surface et rebondit. La quantité de réflexion dépend de l’angle d’incidence et des caractéristiques de la surface.

Loi de la réflexion : l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion.

Exemple : un mur lisse et dur réfléchit davantage le son qu’un mur recouvert de matériaux absorbants. Cela est important dans des espaces comme les auditoriums, où les réflexions sont contrôlées pour éviter l’écho et améliorer la clarté sonore.

b) Absorption du son

L’absorption est la perte d’énergie sonore lorsqu’une onde frappe une surface, l’énergie étant convertie en chaleur.

Le coefficient d’absorption (α) indique la quantité de son absorbée, allant de 0 (aucune absorption) à 1 (absorption totale).

Formule d’absorption en dB :

 

where Iincident is the sound intensity before hitting the surface and Itransmitted​ is the intensity after absorption.

Materials like carpets and acoustic panels have high absorption coefficients and are used to reduce reverberation.

 

 

c) Sound Diffusion

 

Diffusion scatters sound waves in multiple directions, softening concentrated reflections and creating a uniform sound field.

Diffusers have irregular shapes or grooves that disperse sound instead of reflecting it in a single direction.

Practical example: In recording studios, diffusers are placed on walls or ceilings to prevent wave buildup and improve sound quality.

 

 

d) Sound Refraction

 

Refraction occurs when sound changes direction as it passes through a medium with different density or temperature.

Snell’s Law for refraction:

where θ1 and θ2​ are the angles of incidence and refraction, and v1​ and v2​ are the sound speeds in each medium.

This phenomenon is common outdoors, where temperature variations can bend sound upward or downward, affecting propagation during outdoor events.

 

 

1.3 Phénomènes acoustiques courants dans les espaces clos

 

a) Réverbération

La réverbération est la persistance du son dans un espace après l’arrêt de la source, causée par de multiples réflexions sur les surfaces.

Temps de réverbération (RT60) : le temps nécessaire pour que le son diminue de 60 dB après l’arrêt de la source.

Formule de Sabine :

où V est le volume de l’espace en mètres cubes et A est l’absorption totale en mètres carrés.

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b) Écho

Un écho est un type de réflexion où le son arrive avec un retard perceptible. Il est perçu lorsque la distance entre l’auditeur et la surface réfléchissante provoque un décalage d’au moins 50 ms.

Exemple : dans de grands auditoriums, l’écho est minimisé en ajustant le positionnement des enceintes et en utilisant des matériaux absorbants.

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c) Modes de salle

Les modes de salle sont des fréquences spécifiques qui résonnent dans des espaces clos en raison des réflexions entre des murs parallèles. Ils créent des zones de pression sonore élevée et faible.

Formule de la fréquence du mode axial :

 

où L est la distance entre les surfaces parallèles et v est la vitesse du son.

Les modes de salle affectent principalement les basses fréquences et sont contrôlés à l’aide de pièges à basses ou en redéfinissant les dimensions de la pièce.

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1.4 Concepts de décibels (dB) et de niveau de pression sonore (SPL)

 

a) Décibels (dB)

Le décibel est une unité logarithmique qui mesure l’intensité sonore relative.

Formule du décibel :

où I est l’intensité sonore et I₀ est l’intensité de référence (généralement 10⁻¹² W/m² pour le seuil d’audition).

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b) Niveau de pression sonore (SPL)

Le SPL mesure la pression sonore en dB en un point spécifique et est utilisé dans les environnements en direct pour garantir des niveaux de volume sûrs et appropriés.

Formule du SPL :

où p est la pression acoustique en pascals et p₀ est la pression de référence (20 μPa).

Avec ces principes et formules, le comportement du son dans différents espaces peut être analysé et ajusté pour obtenir une qualité audio optimale.