Spécialité physique
Son et architecture fiche 7
PRÉSENTATION
Titre Les résonateurs d’Helmholtz
Type d'activité Activité documentaire
Objectifs de l’activité Comprendre l’utilisation des panneaux perforés absorbants phoniques Références par rapport au
programme
Cette activité illustre le mot clef réverbération
Du sous thème « sons et architecture » du thème 2 « son et musique » du programme de spécialité
en classe de TERMINALE S
Notions et contenus Propagation des ondes
mécaniques Absorption d’une onde
mécanique
Compétences attendues Extraire des informations d’un document
Utiliser une relation
Conditions de mise en œuvre
Prérequis : fréquence, propagation du son, propagation des ondes mécaniques, résonance.
Durée 1 h
Remarques Les relations de Helmholtz ne sont pas à apprendre.
Source de documentation :
livres « l’acoustique des bâtiments » de Loïc Hamayon ed Le Moniteur
« Architectural acoustics » M David Egan Ed. : J.Ross Publishing
Auteurs
Alain Jouve Lycée Rosa Parks
Académie de LYON
Document 1
(
p 57,58,59 « l’acoustique des bâtiments » de Loïc Hamayon ed Le Moniteur) RésonateursUn résonateur à air est un récipient communiquant avec l'extérieur par un tube étroit (fig. 4.10), telle une bouteille qui émet un son plus ou moins grave quand on souffle sur le sommet du goulot, le son produit correspondant à la fréquence de résonance de la bouteille.
V D L
S f c
) 8 , 0 (
0 2
foù: 0 : fréquence propre du résonateur (Hz) ; c, célérité du son dans l'air (m/s) ;
S, section du col (rn2) ;
L, longueur du col (m) ; D, diamètre du col (m) ; V, volume du corps (m3).
Il s'agit de la formule de Helmholtz.
Cependant, l'absorption la plus importante des matériaux perforés du commerce, qui peuvent être considérés comme un ensemble de petits résonateurs dont les cols constituent les perforations du panneau, se situe aux fréquences médiums, appartiennent à cette catégorie de matériaux:
- les éléments en bois ou en béton comportant des fentes
- les briques perforées
- les plaques perforées en plâtre, bois, acier, aluminium ...
La fréquence de résonance de ce type de paroi est donnée par la relation :
d D f L
) 5 , 0 540 (
0
Où
est le taux de perforation de la plaque en %
L : la longueur du col c’est-à-dire l’épaisseur de la plaque en cm d : la distance séparant le panneau du mur en cm
Matériaux perforés : ensemble de petit résonateurs
laine minérale Mur de briques
perforées
Matériaux absorbants constitué d’éléments en bois ou en blocs de béton comportant des fentes.
laine de roche
D : le diamètre des perforations en cm
Document 2
(
« Architectural acoustics » M David Egan Ed. : J.Ross Publishing p 75) PERFORATEDTED FACINGSPerforated facings can be used to protect and conceal porous sound-absorbing materials or, if highly transparent to sound waves, to conceal sound- reflecting or diffusing surfaces. When used over a solid backup surface without fuzz (fibrous rnaterials) in the cavity, perforated facings can act as multiple volume resonators to selectively absorb sound with the individual holes sharing a common volume. Partitioned (or subdivided) cavities can provide wider absorption near the resonant frequency.
As shown by the graph below, the thinner the facing, the more efficient the absorption of sound energy at mid and high frequencies. The higher the percentage of open area (from numerous, closely spaced perforations to reduce size of solid areas) , the more efficient the absorption of sound energy at high frequencies. Sound transparency increases as the size of the holes and
number of holes per unit area increases, and as the distance between holes decreases.
Activités Questions
1- Vérifier que l’expression donnant la fréquence de résonance du résonateur de Helmholtz est bien homogène à une fréquence.
2- En acoustique, quelle est la fonction principale des résonateurs d’Helmholtz et des panneaux perforés?
3- Dans un théâtre, dans un angle, est installé verticalement un résonateur de Helmholtz dont les dimensions sont données sur la figure ci-dessous :
Déterminer la fréquence de résonance de ce correcteur.
Quel défaut doit – il corriger ?
4- Examiner les parois dans la salle polyvalente du lycée, et déterminer la fréquence de résonance des panneaux qui recouvrent les murs.
Dans quelles autres parties du lycée trouve –t- on ce type de panneau ? Quel est leur rôle principal ?
Rédiger un compte rendu soigné de cette activité.
Vue en coupe de dessus
2,5 m
