Sons Graves Entendus plus loin que Sons Aigus

[invite11fdcbbe]

Bonjour,
Ma question est simple. Quand on entend une musique au loin, on perçoit les sons graves bien plus loin que les sons aigus. Pourquoi cela?

Merci
-----

[LPFR]

Bonjour.
Effectivement les fréquences élevées sont absorbées par la'ir plus que els fréquences basses. Vous avez un calculateur d'atténuation dans ce site.
L'absorption de l'air est fixée par la norme ISO 9613-1:1993. Tout air qui ne respecte cette norme doit être mis hors service et exhalé immédiatement.

Blagues à part, j'ai une idée de la raison, mais elle ne colle pas avec les normes. La transmission du son se fait par des compressions et expansions de l'air. Ces compressions et expansions produisent des légers changements de température (augmentation dans une compression et vice-versa). Et on admet que la conductibilité thermique de l'air est trop faible pour que la partie chaude chauffe la partie froide. Mais ce n'est pas complètement vrai. Un transfert de chaleur doit quand même avoir lieu et ce transfert doit être d'autant plus important que les zones froides et chaudes sont plus près: pour de longueurs d'onde plus courtes et donc, des fréquences plus grandes.

Mais celle belle explication ne correspond pas aux courbes du lien que je vous ai donné. Je ne comprends pas l'importance de l'humidité relative de l'air dans l'atténuation. Les molécules d'eau n'ont rien de particulier et leur concentration dans l'air n'est que de 1 ou 2% dans les conditions habituelles. Je ne comprends pas le pic d'atténuation pour des humidités comprises entre 10 et 20% (air très sec) ce qui correspond à des concentrations de 0,1 à 0,4 % dans les conditions habituelles.
Au revoir.

[Jeanpaul]

Comme dit LPFR, il se produit des effets thermiques quand le son se propage ; c'est en première approximation un phénomène adiabatique (pas d'échange de chaleur) mais s'il se trouve dans l'air des "choses" capables d'absorber de la chaleur, cela va provoquer des pertes.
Ces "choses" peuvent être :
- des poussières
- des micro-gouttes d'eau
- ou l'air lui-même via un transfert d'énergie de la translation vers la rotation des molécules
Si les pertes se produisent à chaque alternance, il n'est pas surprenant que les pertes augmentent avec la fréquence.

[LPFR]

Bonjour Jeanpaul.
Ce qui ne colle pas avec les explications "raisonnables" est le pic d'atténuation pour une humidité relative donné (et faible en plus!).
En particulier le passage "rotation-translation", qui statistiquement (et très vite) doit s'équilibrer.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[myoper]

Bonjour.
Je n'ai pas qualité pour le moindre calcul ici alors je pose une question naïve : quelle est la puissance mesurée de ces différents sons car le lien ne la fait pas ressortir ou je n'ai pas pigé (en fonction des fréquences) ?

Merci d'avance.

[LPFR]

Bonjour.
Je n'ai pas qualité pour le moindre calcul ici alors je pose une question naïve : quelle est la puissance mesurée de ces différents sons car le lien ne la fait pas ressortir ou je n'ai pas pigé (en fonction des fréquences) ?

Merci d'avance.

Re.
Je pense que la puissance n'a pas d'importance, aussi longtemps que l'on reste dans la zone linéaire: variations de température petites devant la température absolue.
A+

[myoper]

Je me faisais l'idée que "plus de puissance (fournie au départ) poussait plus d'air plus loin" - idée préconçue par le fait que les basses fréquences, en même temps qu'on les perçoit dissipent plus d'énergie (vibrations perceptibles avec autre chose que les oreilles) que les hautes fréquences (qui en ont peut être moins au départ) ...

Non ?

[Gilgamesh]

Bonjour Jeanpaul.
Ce qui ne colle pas avec les explications "raisonnables" est le pic d'atténuation pour une humidité relative donné (et faible en plus!).

Est ce que ce ne serait pas simplement l'effet de la masse volumique ? L'air sec est plus dense que l'air humide, vu que la masse molaire de l'air sec est de 29 g/mol contre 18 g/mol pour H2O, et il parait logique que les milieux denses aient un pouvoir d'atténuation plus fort.

a+

[invite251213]

Est ce que ce ne serait pas simplement l'effet de la masse volumique ? L'air sec est plus dense que l'air humide, vu que la masse molaire de l'air sec est de 29 g/mol contre 18 g/mol pour H2O, et il parait logique que les milieux denses aient un pouvoir d'atténuation plus fort.

L'effet de l'humidité sur la masse volumique est faible, comparé à l'effet de la température, si j’interprète correctement ce lien : http://www.thermexcel.com/french/tables/massair.htm. En tout cas, pour les basses et moyennes températures (<60°c).

Ça ne m'a pas l'air de coller avec les résultats du site de calcul de l'atténuation mentionné plus haut, quand j'essaye avec une température de 20°c : l'atténuation varie du simple au double, mais la densité varie très peu.

A vérifier tout de même, en calculant l'absorption en fonction de la densité : on n'est jamais à l'abri d'une surprise.

[Jeanpaul]

Sur ce site :
http://en.wikibooks.org/wiki/Enginee...nd_Propagation
ils donnent un graphe de l'atténuation en fonction de la fréquence et de l'humidité.
On voit que, en gros, l'absorption varie comme le carré de la fréquence mais que la dépendance en fonction de l'humidité est assez étrange.
Bien entendu, il s'agit là de mesures à l'air libre, en présence d'obstacles ou du sol, les choses changeraient (les murs anti-bruits coupent mieux les aiguës que les graves)
Pour les causes d'atténuation, ils parlent de viscosité, conduction de la chaleur et de relaxation vers les vibrations/rotations moléculaires.

[invitef17c7c8d]

Pour parcourir 30 mètres, les sons aigus (ou à hautes fréquence) font plus de d'oscillations que les sons graves. Or l'amortissement est fonction du nombre d'oscillation, par conséquent un son aigu est plus vite amorti qu'un son grave à une même distance.

Il existe une problématique à ce sujet : Les concerts dans les stades. Imaginons un spectateur situé à 30 mètres de le scène, pour éviterq'il n'entende que la basse, on met un haut-parleur à 30m et on émet que des aigus. Par contre il faut dcaler le sons de 1 dizième de seconde...

[LPFR]

Pour parcourir 30 mètres, les sons aigus (ou à hautes fréquence) font plus de d'oscillations que les sons graves. Or l'amortissement est fonction du nombre d'oscillation, par conséquent un son aigu est plus vite amorti qu'un son grave à une même distance.
...

Re.
Dans le cas oscillations avce frottement visqueux, c'est évident.
Dans le cas de propagation ce l'est beaucoup moins.
D'autant plus que nous n'avons pas réussi à éclaircir l'origine même de l'amortissement dans l'air, qui a l'air (c'est le cas de le dire) d'être dépendant d'une façon "très curieuse" de l'humidité relative.
A+

[myoper]

Merci à tous.

[phuphus]

Bonjour à tous,

quelques petites précisions avant d'avancer sur le problème de l'humidité. On ne parle pas ici d'absorption acoustique mais de dissipation acoustique. L'absorption est en effet la combinaison de la dissipation et de la transmission, c'est donc le complémentaire de la réflexion. Un milieu de propagation homogène, qui ne réfléchit aucune onde acoustique, est donc 100% absorbant puisqu'il transmet et/ou dissipe tout. Le premier lien donné par LPFR entretien la confusion, sauf sur le lien "Formula for calculating the air damping up to 10 kHz", où le mot "damping" est correctement utilisé en lieu et place de "absorption". Je vous invite au passage à aller voir ce lien, puisqu'il donne des éléments de solution au pic de dissipation en fonction de l'humidité relative.

Comme dit LPFR, il se produit des effets thermiques quand le son se propage ; c'est en première approximation un phénomène adiabatique (pas d'échange de chaleur) mais s'il se trouve dans l'air des "choses" capables d'absorber de la chaleur, cela va provoquer des pertes.
Ces "choses" peuvent être :
- des poussières
- des micro-gouttes d'eau
- ou l'air lui-même via un transfert d'énergie de la translation vers la rotation des molécules
Si les pertes se produisent à chaque alternance, il n'est pas surprenant que les pertes augmentent avec la fréquence.

Hors relaxation, tous les liens donnés plus haut parlent de dissipation en atmosphère pure, c'est à dire dénué de poussières et de gouttes d'eau. Si vraiment il y a dissipation de l'onde acoustique par échange de chaleur avec une charge (poussières ou autre), alors cette cause à elle seule ne pourrait expliquer l'augmentation de perte avec la fréquence, puisque certes il y a plus d'alternances par seconde mais elles durent mois longtemps : à basse ou à haute fréquence les pertes seraient les mêmes (la problématique est exactement la même lors du calcul de la valeur RMS : ce n'est pas parce qu'il y a plus d'alternance qu'une onde à haute fréquence contient plus d'énergie qu'une onde BF, à amplitude égale).

Pour les causes d'atténuation, ils parlent de viscosité, conduction de la chaleur et de relaxation vers les vibrations/rotations moléculaires

La solution serait en effet ici. LPFR a déjà détaille les mécanismes de la conduction (longueur de conduction plus faible en HF), pour la viscosité il n'y a pas grand chose à dire : plus la vitesse particulaire est grande, plus les pertes visqueuses sont importantes. A pression acoustique égale, la vitesse particulaire est proportionnelle à la fréquence, d'où des pertes augmentées.

Selon le lien donné plus haut, la fréquence de relaxation translation -> rotation du dioxygène varie de 24Hz à 0% d'humidité à plus de 70 kHz pour 100% d'humidité. Si on prend le facteur "y" de cette même page, on se rend compte que c'est lui qui produit le pic entre 10 et 20% d'humidité, avec comme raison principale : égalité entre la fréquence de l'onde acoustique et la fréquence de relaxation de O2.

On a donc une très forte variation de frO avec l'humidité, et O2 joue le rôle de batteur dès que frO est égale à la fréquence de l'onde acoustique. Reste à éclaircir cette dépendance remarquable entre frO et le taux d'humidité.

Je me faisais l'idée que "plus de puissance (fournie au départ) poussait plus d'air plus loin" - idée préconçue par le fait que les basses fréquences, en même temps qu'on les perçoit dissipent plus d'énergie (vibrations perceptibles avec autre chose que les oreilles) que les hautes fréquences (qui en ont peut être moins au départ) ...

Non ?

Le graphe d'atténuation de cette page exprime une perte relative sur 30m. Comme l'a dit LPFR, tant que l'on est dans le domaine linéaire cette perte relative est valable quel que soit le niveau d'origine.

Concernant la dépendance fréquence / puissance, à niveau de pression égal la puissance de source est la même quelle que soit la fréquence. Ensuite, certes on perçoit les basses fréquences avec autre chose que les oreille mais cela ne veut pas dire que les HF n'ont aucun effet hors du tympan : elles de dissipent dans nos tissus, même si on ne le perçoit pas (ou si, si la puissance est grande ça va un peu chauffer, mais là on a intérêt à être dans le domaine des ultrasons parce que sinon on sera sourd bien avant de ressentir la moindre chaleur Pour info, un Steinway de concert ne dégage même pas 1W acoustique).

Est ce que ce ne serait pas simplement l'effet de la masse volumique ? L'air sec est plus dense que l'air humide, vu que la masse molaire de l'air sec est de 29 g/mol contre 18 g/mol pour H2O, et il parait logique que les milieux denses aient un pouvoir d'atténuation plus fort.

Quand on parle de propagation, la masse volumique n'est pas un facteur d'atténuation. Il n'y a que le facteur géométrique et les 3 facteurs de dissipation cités plus haut par Jeanpaul. Je ne crois pas qu'en électronique une self pure dissipe (mais bon, je ne suis pas électronicien) . On peut aussi prendre l'exemple d'une barre en alu et de la même barre en plastique (plexi, par exemple) : lors d'un choc, la barre en plexi vibre beaucoup moins longtemps (et qui plus est à des fréquences plus graves...), et pourtant elle est plus légère.

Il existe une problématique à ce sujet : Les concerts dans les stades. Imaginons un spectateur situé à 30 mètres de le scène, pour éviterq'il n'entende que la basse, on met un haut-parleur à 30m et on émet que des aigus. Par contre il faut dcaler le sons de 1 dizième de seconde...

Auriez-vous des exemples ? Je n'ai jamais entendu parler de cela... Dans tous les cas, le problème ne se pose plus depuis l'utilisation des line array.

[invite336c6004]

Auriez-vous des exemples ? Je n'ai jamais entendu parler de cela... Dans tous les cas, le problème ne se pose plus depuis l'utilisation des line array.

il se pose encore... les contraintes physiques ne changent pas sous prétexte qu'on utilise un matériel différent !
... la perte par dédoublement de distance dans l'aigu est divisée par 2 (on passe de 6dBSPL par dédoublement de distance avec un système conventionnel à 3dBSPL avec un système line array)... mais le problème du grave et notamment de l'infra grave reste entier... d'ailleurs, sur certaines audience très grandes et profondes, on peut être amené à installer un système line array en rappel (retardé, bien entendu) pour l'aigu...
Mais la question est ici de l'ordre de l'esthétique sonore, car pour garder une certaine "homogénité" (subjective, finalement...) dans le spectre, on va également installer (ou pas) des subs en rappel, également... le grave étant beaucoup plus difficile à maitriser sur le plan de la directivité, on prendra alors la précaution d'installer des renfort de grave à directivité cardioide, afin de ne pas trop polluer la première zone d'écoute.
J'avoue que mes connaissance en acoustique son limitée sur ce point que les installateurs se remettent très souvent à des logiciels de prédiction acoustique fournis par les constructeurs... mais en gros l'idée est là ! ^^

[phuphus]

Bonsoir,

il se pose encore... les contraintes physiques ne changent pas sous prétexte qu'on utilise un matériel différent !

Si le matériel en question tient compte de ces contraintes dès la conception, alors il permet de faire avec. Voir ici page 6 et 7 :

http://meyersound.com/pdf/support/pa...line_array.pdf

Je cite :

Seen from the far field, the outputs of the individual sources in a
line array combine constructively, and appear to operate as one
source. Figure 6 illustrates this concept. The figure shows the
far-field frequency response for line arrays of two, four and eight
omnidirectional radiators (a single omni response is included
for reference) spaced 0.4 meters apart. Notice that each
doubling of the number of elements results in a uniform 6 dB
level increase across the full frequency range of operation. The
high-frequency response is smooth, but reflects a natural rolloff
due to air absorption (20 degrees C and 50% relative humidity).
Figure 6: Far-field frequency response for line arrays with
various numbers of sources showing high-frequency loss due
to air absorption and humidity
The near-field behavior of practical line arrays is more complex.
Any given point in the near field is on axis of only one of the very
directional high-frequency horns, yet “sees” the low-frequency
energy from most of the cabinets in the array. For this reason,
adding cabinets to the array boosts the near-field low-frequency
energy, but the high frequencies remain the same.
This explains why line array systems need high-frequency
boost equalization. In the far field, the equalization effectively
compensates for air loss. In the near field, it compensates for the
constructive addition of the low frequencies and the proximity
to the directional high-frequency waveguide.
Figure 7 illustrates how a low-frequency line array and highfrequency waveguides can be integrated to form a well behaved,
consistent system.

Avoir une couverture homogène en "longue portée" sans enceintes de rappel ne semble pas les gêner.

Et même sans guides d'onde, le tableau de la page 3 montre que jusqu'à 30 mètre, un simple égualiseur permet une couverture plutôt homogène (compromis de quelques dB dans les graves et les aigus entre 1 et 30m).

J'entends par "line array" tout dispositif respectant la WST, c'est peut-être ce détail qui a manqué.

[marino1964]

Bjr
De manière plus mathématique, si on considere que l sur est un système masse /ressort...il agit comme un.filtre passe bas