I) Un peu de théorie avant de commencer p.4-5

(1)

(2)

Plan

Résumé p.3 Introduction p.3

I) Un peu de théorie avant de commencer p.4-5

a) Le son: définition p.4 b) La propagation du son p.4 c) Fréquence et hauteur d’un son p.4 d) Amplitude et intensité d’un son p.5

II) Supprimer un son en utilisant des matériaux p.5-13

a) Les matériaux isolants p.5 b) Les matériaux absorbants p.6

III) Supprimer un son en utilisant les interférences p.14-21

a) Généralités sur les interférences p.14 b) Réalisation d’interférences et observations p.15 c) Réalisation d’un déphaseur de pi p.16 d) Réalisation d’un casque anti-bruit actif p.19-21

Conclusion , p. 22

Sitographie et bibliographie p. 23

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Résumé

Lefondementdenotreprojetreposesurunequestionsimplequiestcommentannuler lesonextérieur.Lebutfinaldeceprojetétantdeconstruirenous-mêmeuncasque anti-bruitactif.

Afinderépondreàcettequestionnousnoussommesintéressésàlapropagationdu son.Puisnousnoussommesintéressésaudifférentsmoyensdesupprimerleson.Tout d’abordparl’utilisationdematériauxtelsqueceuxisolantsetabsorbantspuispar l’utilisationd’interférencesenpassantparundéphaseurπetfinalementparla constructiond’uncasqueactif

Cetravailnousaainsipermisd’approfondirnosconnaissancesetdemieux

comprendreladifficultédutravaildechercheur.Ilnousad’autantplusapprisàquel pointletravaild’équipeetimportantpourlabonneréussited’unprojet.

Introduction

Lapollutionsonoreestunsujetd’actualité,quipeutconcernerchacund’entrenous.En effet,lapollutionsonorepeutavoirdesrépercussionsgravessurlasantédesêtres humainsmaispeutégalementêtreunesourcedeperturbationauseindesécosystèmes, puisqu’ellepeutêtreàl’originedudécèsdecertainsanimauxetempêcherune

reproductionnormale.

Selondenombreuxscientifiqueslebruitestunedesnuisancesenvironnementales principalesenEurope.

Danslecadredecetteproblématiquenousavonscherchéàréduirelebruitetlagêne qu’iloccasionnepourleshumainsenétudiantlesprincipesdescasquesanti-bruits.

(4)

I) Un peu de théorie avant de commencer

Dansunpremiertemps,nousavonsessayédecomprendrelesnotionsdebase

concernantleson,afindemieuxsaisirquelsétaientnosbutslorsdechaqueexpérience etcommentnousdevionsréaliserl’expériencepuisinterpréternosrésultats.

a) Le son: définition

Lesonestuneondequicorrespondàlapropagationd’uneperturbationdansunmilieu matériel,c’estunphénomènepériodiquequisepropageparunesuitedecompressions etdedilatationsdumilieudepropagation.L’ondesonorenécessiteunmilieumatérielet nesepropagepasdanslevide.

Commepourtouteondeilexistedifférentesfréquencesd’ondessonores,etledomaine audiblepourlesêtreshumainssesitueentre20Hzet20kHz.

b) La propagation du son

Lesonsepropagedansunmilieucompressiblesousformed’unevariationdepression, àl’originedelasourcesonore.Ilestimportantdenoterquec’estlacompressionquise déplaceetnonlesmoléculesdel’air,quinesedéplacentquedequelquesmicromètres.

Lesonsepropageégalementdanslessolides,maisdanscecassousformedevibrations desatomes.

Lavitessedepropagationdusonoucéléritéestdonnéeparlarelation:

c=d/t

Elledépenddelanature,delatempératureetdelapressiondumilieu.Toutefois,dans l’airlapressionestnégligeable,puisquel’airfaitpartiedesgazparfaits.Dansungaz parfait,lacéléritéestdonnéeparlarelation:

c=1/(√ρxX) avec:

ρ:massevolumique

X:compressibilité

c) Fréquence et hauteur d’un son

Lafréquenced’unsonestexpriméeenHertz(Hz),c’estl’undesfacteursquidétermine lahauteurdusonperçu.Eneffet,unsonavecunefréquencefaiblecorrespondàunson grave,alorsqu’unsonavecunefréquenceélevéecorrespondàunsonaigu.

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f=1/T avec:

f:lafréquence(enHz) T:périodedel’onde(ens)

d) Amplitude et intensité d’un son

L’amplitudeestunecaractéristiquedusondelaquelledépendl’intensitéperçue,c’està diresilesonestfortoudoux.

Enacoustiquel’intensitéperçueestmesuréeendécibels(dB).Elleestdonnéeparle logarithmesoitdurapportdel’intensitésonoresurl’intensitéinitiale,soitdurapportde lapressionproduitesurlapressionderéférence.

Toutefois,l’amplitudenedonnepasuneidéeexactedelasensationperçue,sachantque laperceptionsonoredépendaussidelasensibilitédel’oreilledechacun.

Cependant,enmoyenne0dBcorrespondauminimumquel’oreillehumainepeut percevoir,cequiestnomméseuild’audibilité.Leseuildedouleurquant-à-luiestde 130dB,maisl’oreillehumainepeutenréalitésubirdesdommagesàpartirde85dB.

II) Supprimer un son en utilisant des matériaux

Nousavonsdansunpremiertempscherchéàannulerouréduirecertainssonsennous servantdedifférentsmatériaux,c’estàdireencherchantdessolutionspouruncasque anti-bruitpassif.Nousavonsdansunpremiertempsétudiél’isolationacoustique,puis l’absorptionduson.Ilfautpourchacundecesdeuxprincipesdistinctsdesmatériaux différentsneprésentantpaslesmêmescaractéristiques.

a) L’isolation phonique ou acoustique: matériaux isolants

Nousavonspréalablementditquelorsquel’ondesonoresepropage,cenesontpasles moléculesd’airquisedéplacemaislacompressionquisetransmet.(Lesmolécules d’airvibrentcependant,maisuniquementdequelquesmicromètresafindetransmettre l’ondesonore)Oncherchedoncàinterromprelatransmissiondel’ondesonore.

Lesmatériauxisolantsphoniquesontdoncpourbutdenepaslaisserpasserl’onde sonore,etl’isolationphoniquedumatériaudépenddesadensité:plusunmatériauest dense,plusilestisolantacoustique,selonlaloidemassecidessous.

Selonlaloidemasse,touteparoihomogèneetsansélasticité,c’estàdirequinevibre pas,génèreunisolementlorsqu’elleestsoumiseàuneondesonore.

(6)

L’isolationphoniqueouacoustiqueviseàempêcheruneondesonoredetraverserune surfacesouhaitée,etl’ondesonoreestsimplementréfléchiesurcettesurface.Ellesera renvoyéedansuneautredirectionaucontactdumatériau.

L’isolationacoustique(ouphonique)estassezcomplexecarelledoitenvisagertoutes lessourcessonores,lestypesdesonsetledéplacementduson.

Ilyadifférentstypesdesourcesdegêneacoustiquesionconsidèrel’isolationd’un logement,ainsilasourcepeutprovenirdedifférentesorigines:

● origineaérienneintérieure,c’estàdireparexemplelesbruitsd’équipements,les voix,latélévision

● origineaérienneextérieure,c’estàdirelacirculationroutière,lestrains,les avionsparexemple

● bruitsdechocscommedesbruitsdepas

Attention,danscertaindomainecommeledomainedubâtiment,uneconfusionest souventfaiteentrel’isolantphoniqueouisolantacoustique(quisontlamêmechose)et l’absorbantquinejouecependantpaslemêmeroleetdontlefonctionnementest différent:lesabsorbantsacoustiques,commelalainederoche,lalainedeverre,de chanvreouencorelalainedecelluloseontpourbutd’annulerentièrementoupresque complètementleson,grâceàuneaction-masse-ressort-massequenousallonsétudier ci-dessous.

b) L’absorption du son

Nousavonsvuauparavantdanscemémoirequel’onconsidèreenphysiquequeleson estconstituéd’ondes,c’est-à-direuneperturbationquisepropagesansdéformation,en transportantdel’énergie.Ladisciplinequis’intéresseàcesphénomèness’appelle l’acoustique.Danscettediscipline,ontravailleavecdesondesmatérielles(acoustiques) quisedistinguentd’autrestypesd’ondes,commeparexemplelesondes

électromagnétiques.

Pournotreprojetnousnoussommesdemandées:«Commentsupprimerlebruit extérieur?»,ouautrementdit:est-ilpossibled’absorberlebruit?

AfinderépondreàcettequestionnousavonspriscontactavecNicolasDauchez,

professeurdesuniversitésenmodélisationetcaractérisationdesmatériauxacoustiques poroélastiquesetvibroacoustiqueàl’UniversitédetechnologiedeCompiègne(UTC).

(7)

Nousavonsainsiapprisquepourisolerunson,ilexisteplusieurstechniques,adaptées plutôtpourdespetitespaces(casques),lesinterférencesoumêmepourdessalles entières.Ainsilamousseestparexempleutiliséedansleschambresanéchoïques.

Pourcommencer,nousallonsnousintéresserauxchambresanéchoïquesdontlesmurs sontrecouvertsdemousses.Pourmieuxcomprendrecemécanisme,nousallonsnous intéresseraufonctionnementdel’isolation.

On parle d’isolation lorsqu’une onde acoustique envoyée contre une surface ne se réverbèrepas.Onpeutschématiserceladelafaçonsuivante:

Onditd’unmatériauqu’iladespropriétésisolantesquandcelui-ciestporeux.Lataille desporesdumatériauesttrèsimportantecarc’estellequivaabsorberl’ondesonore.

Eneffet,commel’airestungazvisqueux,lesporesdoiventêtreassezpetitspourle ralentir,maisenmêmetempsassezgrandpourquel’airpuissepasseràtravers.Cela peutseschématisercommesuit:

figure1figure2 figure3

(8)

Icilaporositéestreprésentéeparlatailleetlenombredetrous.Onpeuts’imaginercet effetcommeuneballequidevraitpasseràtraversunegrilledontlediamètreest supérieuràceluidelaballe,laballepassealorsàtraversetrebonditimmédiatement (figure1).Lemêmeeffetestattendulorsquelestroussontinférieursaudiamètredela balle,laballerebondit(figure2).Dansletroisièmecas,lorsquelagrilleadesdiamètres égauxàceluidelaballe,laballepasseetnerebonditpas,ellerestebloquéeàl’intérieur (figure3).C’estlamêmelogiquepouruneondeacoustiquelorsquelemurqu’elle traverseesttropporeux.Danscecas,l’onderebondittoutsimplementsurlemur,etde mêmesilematériaun’estpasporeux.Ainsi,pourunemeilleureabsorptionduson,un matériauisolantnedoitpasavoirdesporestroplarges.

Enphysique,laporositésedéfinitcommelepourcentaged’airquecontientlematériau.

Sicelui-ciestcomposéde90%d’airalorsl’objetabsorbelesondesacoustiques.

Afindecomprendrepourquoiunmatériauabsorbelesondesilfautcalculerson

impédanceacoustique,notéeZ.Celle-cidépenddelamassevolumiqueetdelacéléritéc quidépendd’unmilieudepropagation.

Nousavonsdoncensuitecalculél’impédancedel’eau:

Puisl’impédancedel’air:

Apartirdel’impédancedel’aironpeutcalculerlaréflexion:

Grâceàcetteformulenouspouvonscalculerlaréflexiondel’eau.Sachantquel’airaune impédancede400SIetl’eaude1.4*10^6.Ontrouveuncoefficientderéflexion

d’environ0.99.

(9)

Apartirdecesconstats,nouspouvonscomparerlaréflexiond’unmatériauparrapport à1.Sicelle-cis’approchede1,lematériauestdit“peuporeux”,c’est-à-direabsorbant peulebruit.

figure4

Deplus,ajoutésàlabonneréflexion,laformeetl’épaisseursontdesaspectsnon négligeablesquifavorisentunebonneabsorption.

Lalongueurd’ondeestnotéeג,elledépenddelacéléritédiviséeparlafréquence.

Onpeutainsicalculerlalongueurd’ondedesdifférentesfréquencesaudiblesàl’aidede cetterelationsachantquelacéléritévaut340m*s^-1:

20Hz:17=20/340=גm2kHz:0.17=2000/340=גm 100Hz:3.4=100/340=גm10kHz:0.034=10000/340=גm 1kHz:0.34=1000/340=גm20kHz:0.017=20000/340=גm

Ensuite,nouspouvonsobserverqueleslongueursd’ondesdesdifférentesfréquences, tellesquelesbassesfréquencescomme20Hzetleshautesfréquencescomme20KHz, ontuneunelongueurd’ondesquin’estpasàlamêmeéchelle.Alorsquel’unefait17m, l’autreenfait0.017m.

Noussavonsquepourqu'unefréquencesoitbienabsorbéesalongueurd’ondedoit arriveràsonquartdanslematériauabsorbant.

Leschémaci-dessousprésentecephénomène:

(10)

figure5

Ceschémareprésentel’épaisseurparfaitepourqu’unmatériauabsorbeaumieuxla fréquence.

Noussavonsparailleursquepourqu’unmatériauabsorbeaumieuxunecertaine fréquencesonépaisseurcorrespondàlalongueurd’ondesur4.

Ainsiavecleslongueursd’ondesprécédentes,onpeutcalculerlatailleoptimaledu matériauabsorbant:

Pour20Hz,17=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut:17/4=4.25m Pour100Hz,3.4=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut:3.4/4=0.85m Pour1kHz,0.34=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut:0.34/4=0.085m Pour2kHz,0.17=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut:0.17/4=0.0425m Pour10Hz,0.034=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut:

0.034/4=0.0085m

Pour20kHz,0.017=גmainsil’épaisseurdumatériauabsorbantvaut: 0.017/4=0.00425m=0.425cm

Nouspouvonsainsiremarquerquepourqu’unmatériauabsorbetouteslesfréquences audiblesildoitavoiruneépaisseurde4.25m.Ainsilorsqueleschercheurstravaillent avecdesaussibassesfréquencesilstravaillentdehorsàl’abrisdesbruitsnuisiblestels queceuxdesvoitures.Poursimulerdetellessituation,ilexisted’ailleursdessalles isolantesdetoutbruitdansdeslaboratoiresderechercheparexemple.Onlesappelle leschambresanéchoïques.Nousavonseul’occasiond’envisiterunesemi-anéchoïque (c’est-à-direquelesoln’estpascouvertdemousse).Dansceschambrestoutesles conditionssontréuniespourqu'ellessoitaumaximumisolantes.Lasalleestsituéeà l’intérieurdubâtimentmaislesmursdelachambresemi-anéchoïquenetouchentpas ceuxdelasalledelachambre.Deplus,pourquelesolnesoitpaslemêmequeceluidu bâtiment,lasalleestsituéesurdusableafind’atténuerlesbruitsvenantdusol.Les mursontuneépaisseurde50cmetsontconstituésdelainesdeverreenformedepics avecau-dessusuneplaquemétalliqueporeuse.(voirci-dessous)

(11)

Toutefois,cetteapprochenécessitantdescouchesisolantestrèsépaissesneconvient pasentantquesolutionréalistepournotrecasqueanti-bruit.

Mesure de l’absorption de certains matériaux

Aprèscesrecherches,nousavonsvouluréalisernotrepropreexpérienceenmesurant l’absorptiondedifférentsmatériauxafindedécouvrirlequel,parmiceuxànotre dispositiondansl’enceintedenotreétablissement,seraitleplusabsorbantetleplus aptepournotrecasqueanti-bruit.

Nousnoussommesdoncserviesd’uneformuledeconservationd’énergieafinde mesurerl’absorptiondesmatériaux:R+ α = 1

représentel’énergieréfléchie, représentelasommedel’énergietransmiseTetde

R α

l’énergieabsorbée.

Nousavonsainsidéveloppétroisformules: nergie réfléchie nergie incidente

R= é ÷ é

nergie transmise nergie incidente

T = é ÷ é

nergie absorbée nergie incidente

α = é ÷ é

(12)

Afindemesurerl’énergieréfléchieRsurl’énergieincidenteuniquementàl’aidede tensionsminimalesetmaximalesnoussommesparvenuesàcetteéquation:

R= [(Umax+Umin)÷ (Umax−Umin)] ²

Pourcelanousavonsdoncmesurél’absorptiondematériauxàdifférentesfréquences.

NousavonsutiliséuntubedeKundt,untuberemplid’airpermettantdemettreen évidencelesondesstationnairessonores,auboutduquelnousavonsplacéun haut-parleuretàl’autreextrémitélematériautestéainsiquelemicro,placéaubout d’unetige.Ainsinousavonspudéplacerlemicroafinderepérersurl’oscilloscopeles endroitsoùlesonétaitàsonminimum(lesmaximas)etoùilétaitàsonmaximum(les minimas),c’estàdirelesnoeudsdepressionetventresdepression,afindecalculer l’énergieréfléchieR.L’énergieréfléchiepouvaitnouspermettredesavoiràquelpointle bruitavaitétéabsorbépuisquederrièrelematériauabsorbantsetrouvaitunestructure métallique,quiréfléchissaitlesondansletube.

Mesures d’absorption du polyuréthane en fonction de la fréquence :

Matériau épaisseur fréquence Umax Umin R α

polyuréthane 5cm 346Hz 1V 54mV 0.8056 0.1944 1000Hz 1.20V 54mV 0.8352 0.1648 2000Hz 1.19V 144mV 0.6147 0.3853 6000Hz 96mV 34mV 0.2275 0.7725 10kHz 31mV 14.4mV 0.1337 0.866

Mesure de l’absorption en fonction de la fréquence et de l’épaisseur du polyuréthane :

épaisseur fréquence Umax Umin R

1,6 cm 340 Hz 680 mV 78 mV 0,63

2,4 cm 340 Hz 720 mV 84 mV 0,62

1 cm 4000 Hz 244 mV 94 mV 0.19

2,4 cm 4000 Hz 262 mV 72 mV 0.32

(13)

Mesure de l’absorption en fonction de la fréquence et de la largeur d

’une autre mousse afin de la comparer au polyuréthane :

épaisseur fréquence Umax Umin R

1 cm 340 Hz 428 mV 256 mV 0.06 2,3 cm 340 Hz 730 mV 180 mV 0.36 1 cm 4000 Hz 158 mV 66 mV 0.16 2,4 cm 4000 Hz 162 mV 94 mV 0.07

Photographie du tube de Kundt utilisé dans notre expérience :

Nousavonsainsiconcluquelepolyuréthaneétaitlematériauleplusabsorbantdans cetteexpérience,bienquelasupressiondebruitpassiven’étaitpaslapluspratique pournotrecasque:c’estpourquoinousavonsdécidédeconstruireuncasque anti-bruitactif.

(14)

III) Supprimer un son en utilisant les interférences

Sachantquenousnoussommesrenduescomptequepourpermettrelasuppression efficaced’unsonparlebiaisd'absorptionoud’isolationpardesmatériauxilfallaitsoit unvolumedematériauximportant,soitunemasseimportantedematériau,nousavons cherchéd’autresmoyensdesupprimerlebruitextérieurpouruncasquesachantqu’un casqueestcenséêtrelégeretmaniable.Nousnoussommesalorséloignéesdescasques anti-bruitpassifspournouspenchersurlescasquesanti-bruitactifs.

a) Généralités pour comprendre les interférences

Ilyainterférencelàoùdeuxondesdemêmefréquencesesuperposent.

L’élongationquienrésulteenunpointestlasommedesélongationsdesdeuxondesen cepoint.

Ilexisteundéphasageentredeuxfonctionsinusoïdaleslorsqu’ellessontdécaléesdans letemps.

Onditquedeuxsourcessonoressontcohérentessilesondessinusoïdalesdemême fréquencequ’ellesémettentontunretardl’uneparrapportàl’autrequinevariepas, ellesgardentundéphasageconstant.

Siledécalageestnulouunmultipledelapériode,lescourbessontsuperposées,ondit qu’ellessontenphase.

Silemaximumdel’unecoïncideavecleminimumdel’autre,onditqu’ellessonten oppositiondephase.

Lorsquelesdeuxondessontenphase,elles“s’additionnent”etl’amplitudedel’ondeest alorsmaximale.Onparledanscecasd’interférenceconstructive.(voir-cidessous) Lorsquelesdeuxondessontenoppositiondephaseàchaqueinstant,lesélongations despointsdechaquecourbesontopposéesetl’amplitudeestalorsnulle.Onditdansce casquel’interférenceestdestructive.(voir-cidessous)

(15)

Lescasquesanti-bruitactifsseserventdeceprincipepourannulerlessonsprovenant del’extérieur,c’est-à-direqu’unsonopposéausonextérieurestenvoyéetilluiest ajoutélesondel’enregistrementaudioécouté.

b) Réalisation d’interférences et observations

Afinderéalisernospropresinterférencesnousavonsutilisédeuxémetteursqu’ona placerdevantunmicro.Onafaitvarierlapositiondel’undesdeuxémetteursafin d’avoirsurl’oscilloscopedesinterférenceconstructiveoudestructive.(voici-cidessous leschémadel’expérience)

Surl’oscilloscopenousavonsnotélesdifférentsrésultatsquenousavonsobtenus.Nous avonseuquelquesdifficultéspuisquenotrematérieln’étantpasdetrèsbonnequalité nosrésultatsnesontpasdevenutrèsconcluantmaisonpeuttoutdemêmeapercevoir uneombrederésultats.(tableauci-dessous)

Légende:interférencedestructiveinterférenceconstructive

Afindemieuxapercevoirlesdifférentesinterférencesnousavonscalculélalongueur d’ondedelafréquencequenousutilisionsf=4125Hzaveclarelationsuivante:

longueurd’onde=vitesse/lafréquence.Connaissantlavitessedepropagationdans l’air,330m/s,nousavonsputrouverlalongueurd’ondedecettefréquence:0,08m.

(16)

Sachantcelanousavonspumieuxplacerl'émetteur.

Néanmoinsaucunedenosmesuresn’aétéréellementconvaincanteàcausedes

perturbationsduesauxbruitsextérieursainsiquedufaitdel’imprécisiondumatériel.

c) Réalisation d’un déphaseur de pi

Toutd’abordavantd’aborderlaconstructiond’undéphaseurdepi,expliquonsceque c’est.C'estuncircuitélectriquequiapourbutdedéphaserlesonencréantdes interférencesdestructivesquivontainsiannulerleson.

Voicilepremiercircuitdedéphaseurquenousavonsconstruitavecnotreprofesseur:

Fonctiondetransfert H :

Onaura:

Donc,enrespectant:

OnpourraécrireV_s = −V _e

=>Rappel:ωestlapulsationen(rad.s ⁻¹)etelleestreliéeàlafréquenceparω = 2Πf Pourquecelafonctionneaveclesfréquencesdudomainesonore[20Hz;20kHz],on doitavoir

(17)

Ainsi,onpourradireapproximativementqueledomainesonoreestbientrèssupérieur àf ₀(critèremoinsbienrespectésurlesfaiblesfréquences).

Expérimentalement,onfixelavaleurdurésistoràR=100kΩetcherchelavaleurdu condensateurCpourobtenirnotref ₀:

Attention:onachoisif ₀=1kHzetR=10kΩdansnotremontageafindetracerle

diagrammedeBodeavecdesfréquencesbassesnondéphasées.LecondensateurCavec pourcapacité:C=16nF.

(18)

Afindevoirlesperformancesdecelui-cinousavonsbrancherunmicroaudéphaseur depi,celui-cifutbranchéàunsommateurquiétaitlui-mêmebranchéàunoscilloscope quiavaientpourbutdevérifierl'efficacitédudéphaseur.(voirschémaci-dessus)

Photographie du circuit déphaseur de pi réalisé:

(19)

Aprèsavoirréaliséledéphaseurdepi,nousavonsréalisédesmesuressurdifférentes fréquencesafindevérifierqu’ilfonctionnait.

Courbereprésentantl’efficacitédu déphaseurselonlesdifférentes fréquences

Dansnotretableaunousavonsnotélesfréquencesd’entréesetdesortiesdudéphaseur π.Nouspouvonsremarquerquepourlesbassesfréquencescomme8,3Hzlasortiedu déphaseurlaissetoujoursunefréquencede5Hzainsiledéphaseurnenousapparaît pastrèsefficacespour8,3Hz.Tandisquepour4,021*10^4Hzàlasortiedudéphaseur onaunefréquencede180Hz,lerésultatrésultantétantainsiplutôtconcluant.

Onpeutdoncenconclurequenosrésultatsontétéconcluants,etmêmesiledéphaseur estplusefficacepourleshautesfréquencesquepourlesbasses,ilfonctionneengénéral defaçonefficacepourtouteslesfréquencesappartenantsaudomaineaudible.Onpeut ainsiajouterquelorsdelaconstructiond’uncasqueanti-bruitactifilvaudraitmieux utiliserundéphaseurπqueuniquementdelamousse.

c) Réalisation d’un casque anti-bruit actif

Uncasqueanti-bruitactifprésentedoncdenombreuxavantages:lorsquel’oreillen’est plusgênéepardesbruitsextérieurs,onentendlamusiqueducasquedefaçonplus nette:levolumen’adoncpasbesoind’êtretrèsélevé.Lecasqueanti-bruitactifaaussi sonrôlelorsquel’onveutêtredanslecalme,puisquesansforcémentécouterde musiqueilréduiraaumaximumlesbruitsextérieurs.

Commentfonctionneuncasqueanti-bruit?

(20)

Celui-ciestconstituéd’unsystèmeélectroniqueavecunbranchementdetrois déphaseurdepiàlasuiteetdeuxmicrophones.

Lebutdececasqueestainsidefairedesinterférencesdestructivesaveclebruit extérieuretainsid’entendreseulementlamusiquesansaucuneperturbation extérieure.

C’estainsiquepourmettrefinànotreprojettoutenrépondantànotreproblématique, quenousavonsprisl'initiativedeconstruirenousmêmeuncasqueanti-bruitactif.

Pourcela,nousnoussommesinspirédumontagedeSimonBasilicoetChrisRussde l’universitédeStanfordetnousavonsessayédecomprendrechaqueétapedumontage deleurcasque.

Nousavonsdoncconstruitlecasqueàl’aideduschémasuivant:

Ceschémareprésentelesystèmeelectroniqued’uneoreille.

Nouspouvonsobserverquecelui-ciestconstituédeplusieursparties.Nousallonsles présenteruneparuneafind’expliquerlefonctionnementducasque

(21)

Nousavonstoutd’abordcommencéparla constructiondel’alimentationdenotre systèmeetdubranchementdenotremicro.

Ensuitenousavonsamplifiéle signaldesbruitsextérieurs afindelestraiter.

Cettepartiepermetundécalage temporelle.Cedécalageestnécessaire carlavitessedusignalélectriqueestplus rapidequelapropagationdusondans casque.

Cettepartieinverselesignaletlesommeavec lesignalmusiquequel’onveutécouter.elle jouedonclerôled’unsommateurqui additionnelesdifférentssignaux Ilyaaussiunpotentiomètrequipermet d’ajusterlesignaldubruitinverserretardé.

Lesignalfinalestinjectéau niveaud’unhautparleurdu casque.

Cemontagelàestréaliséeendoublepour l’oreilledroiteetl’oreillegauche.

Voicilaphotoducircuitréalisé:

(22)

Conclusion

Enconclusion,nouspouvonsdirequenousavonseffectivementréussiàsupprimerle bruitextérieur,avecuneapplicationenvisageablepouruncasque.

Duranttouteslesheuresderecherchesnousavonsapprisbeaucoupdechoses,et malgréslesnombreusesdifficultésquenousavonsrencontréesainsiqueleserreurs quenousavonscommises,nousnoussommestoutaulongdeceprojetbeaucoup amuséesetnousavonsapprisbeaucoupdechoses.Ceprojetaétépournoustrès enrichissant,surleplanscientifiquemaisaussisurleplanhumain.Eneffet,nousavons nonseulementacquisdenombreusesconnaissancesainsiqu’unemeilleuremaîtrisedu matériel,maisnousavonsaussiapprisàréaliseruntravaildegroupedanslequel chacunesesertdesesproprescapacités.

Cependant,malgrélefaitd’avoirbienapprofondinotresujet,nousavonsconsciencedu faitquelessolutionspotentiellesquenousavonsétudiéessontdéjàexistantes,etnotre projetneprésenteaucuneréelleinnovation.Enoutre,lescasquesanti-bruitssont uniquementunmoyenponctuelpourleshommesd’empêcherlagêneoccasionnéepar lapollutionsonore,maisenaucuncasilsnepourraientrésoudrelesproblèmesque causelapollutionsonore.Maispourcelailnousauraitfalludavantagedematérieletde connaissances.

Néanmoinscelanousouvrelesyeuxsurlesnombreuseschosesquenouspouvons encorecomprendre,etceprojetnousaégalementpermisd’avoirunpetitaperçudes classespréparatoiresetdel’universitéparlebiaisdespersonnesnousayantaidé.

Remerciements

Denombreusespersonnesnousontaidéesetaccompagnéestoutaulongdeceprojetet noustenonsàlesremercier,carsansellesceprojetn’auraitpaspuêtreachevé.

Toutd’abord,noustenonsàremercierM.CochardetM.Arnefaux,lesenseignantsnous ayantencadréesl’annéedernièreainsiqu’audébutdecetteannéescolaireetquinous ontaidéesetmissurlesbonnespistesdurantceprojet.

Ensuite,noussouhaitonsremercierNicolasDauchezquiaprisdesontempspournous expliquerl’absorptionetl’isolationsonoreparlebiaisdesmatériauxetnousapermis devisiterlachambresemi-anéchoïqueducentrederecherchesdel’Université

TechnologiquedeCompiègne.

Enfin,noustenonsàremercierlesorganisateursdesOlympiadesdephysiquesans lesquelsceprojetn’auraitpaseutlieu.

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Sitographie et bibliographie

https://fr.science-questions.org/comment_ca_marche/155/Interferences_et_diffraction_d_une_onde/pics_o/Interferences_constructives_et_destructives_de_deux_ondes_

bdsGDua.png

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I) ​ ​ Un ​ ​ peu ​ ​ de ​ ​ théorie ​ ​ avant ​ ​ de ​ ​ commencer ​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ p.4-5

Plan

I) ​ ​ Un ​ ​ peu ​ ​ de ​ ​ théorie ​ ​ avant ​ ​ de ​ ​ commencer ​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ p.4-5

II) ​ ​ Supprimer ​ ​ un ​ ​ son ​ ​ en ​ ​ utilisant ​ ​ des ​ ​ matériaux ​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ p.5-13

III) ​ ​ Supprimer ​ ​ un ​ ​ son ​ ​ en ​ ​​ ​ utilisant ​ ​ les ​ ​ interférences ​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ p.14-21

Résumé

Introduction

I) ​ ​ Un ​ ​ peu ​ ​ de ​ ​ théorie ​ ​ avant ​ ​ de ​ ​ commencer

a) Le ​ ​ son: ​ ​ définition

​ ​​ ​ b) ​ ​ La ​ ​ propagation ​ ​ du ​ ​ son

​ ​​ ​​ ​ c) ​ ​ Fréquence ​ ​ et ​ ​ hauteur ​ ​ d’un ​ ​ son

​ ​ d) ​ ​ Amplitude ​ ​ et ​ ​ intensité ​ ​ d’un ​ ​ son

II) ​ ​ Supprimer ​ ​ un ​ ​ son ​ ​ en ​ ​ utilisant ​ ​ des matériaux

a) L’isolation ​ ​ phonique ​ ​ ou ​ ​ acoustique: ​ ​ matériaux ​ ​ isolants

b) L’absorption ​ ​ du ​ ​ son

Mesure ​ ​ de ​ ​ l’absorption ​ ​ de ​ ​ certains ​ ​ matériaux

Mesures ​ ​ d’absorption ​ ​ du ​ ​ polyuréthane ​ ​ en ​ ​ fonction ​ ​ de ​ ​ la ​ ​ fréquence ​ ​ :

Mesure ​ ​ de ​ ​ l’absorption ​ ​ en ​ ​ fonction ​ ​ de ​ ​ la ​ ​ fréquence ​ ​ et ​ ​ de ​ ​ l’épaisseur ​ ​ du polyuréthane ​ ​ :

1,6 ​ ​ cm 340 ​ ​ Hz 680 ​ ​ mV 78 ​ ​ mV 0,63

2,4 ​ ​ cm 340 ​ ​ Hz 720 ​ ​ mV 84 ​ ​ mV 0,62

1 ​ ​ cm 4000 ​ ​ Hz 244 ​ ​ mV 94 ​ ​ mV 0.19

2,4 ​ ​ cm 4000 ​ ​ Hz 262 ​ ​ mV 72 ​ ​ mV 0.32

Mesure ​ ​ de ​ ​ l’absorption ​ ​ en ​ ​ fonction ​ ​ de ​ ​ la ​ ​ fréquence ​ ​ et ​ ​ de ​ ​ la ​ ​ largeur ​ ​ d

’une ​ ​ autre ​ ​ mousse ​ ​ afin ​ ​ de ​ ​ la ​ ​ comparer ​ ​ au ​ ​ polyuréthane ​ ​ :

1 ​ ​ cm 340 ​ ​ Hz 428 ​ ​ mV 256 ​ ​ mV 0.06 2,3 ​ ​ cm 340 ​ ​ Hz 730 ​ ​ mV 180 ​ ​ mV 0.36 1 ​ ​ cm 4000 ​ ​ Hz 158 ​ ​ mV 66 ​ ​ mV 0.16 2,4 ​ ​ cm 4000 ​ ​ Hz 162 ​ ​ mV 94 ​ ​ mV 0.07

Photographie ​ ​ du ​ ​ tube ​ ​ de ​ ​ Kundt ​ ​ utilisé ​ ​ dans ​ ​ notre ​ ​ expérience ​ ​ :

III) ​ ​ Supprimer ​ ​ un ​ ​ son ​ ​ en ​ ​​ ​ utilisant ​ ​ les interférences

a) Généralités ​ ​ pour ​ ​ comprendre ​ ​ les ​ ​ interférences

​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ b) ​ ​ Réalisation ​ ​ d’interférences ​ ​ et ​ ​ observations

​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ c) ​ ​ Réalisation ​ ​ d’un ​ ​ déphaseur ​ ​ de ​ ​ pi

Photographie ​ ​ du ​ ​ circuit ​ ​ déphaseur ​ ​ de ​ ​ pi ​ ​ réalisé:

​ ​​ ​​ ​​​ ​​ ​ c) ​ ​ Réalisation ​ ​ d’un ​ ​ casque ​ ​ anti-bruit ​ ​ actif

Conclusion

Remerciements

Sitographie ​ ​ et ​ ​ bibliographie

I) Un peu de théorie avant de commencer p.4-5

I) Un peu de théorie avant de commencer p.4-5

II) Supprimer un son en utilisant des matériaux p.5-13

III) Supprimer un son en utilisant les interférences p.14-21

I) Un peu de théorie avant de commencer

a) Le son: définition

b) La propagation du son

c) Fréquence et hauteur d’un son

d) Amplitude et intensité d’un son

II) Supprimer un son en utilisant des matériaux

a) L’isolation phonique ou acoustique: matériaux isolants

b) L’absorption du son

Mesure de l’absorption de certains matériaux

Mesures d’absorption du polyuréthane en fonction de la fréquence :

Mesure de l’absorption en fonction de la fréquence et de l’épaisseur du polyuréthane :

1,6 cm 340 Hz 680 mV 78 mV 0,63

2,4 cm 340 Hz 720 mV 84 mV 0,62

1 cm 4000 Hz 244 mV 94 mV 0.19

2,4 cm 4000 Hz 262 mV 72 mV 0.32

Mesure de l’absorption en fonction de la fréquence et de la largeur d

’une autre mousse afin de la comparer au polyuréthane :

1 cm 340 Hz 428 mV 256 mV 0.06 2,3 cm 340 Hz 730 mV 180 mV 0.36 1 cm 4000 Hz 158 mV 66 mV 0.16 2,4 cm 4000 Hz 162 mV 94 mV 0.07

Photographie du tube de Kundt utilisé dans notre expérience :

III) Supprimer un son en utilisant les interférences

a) Généralités pour comprendre les interférences

b) Réalisation d’interférences et observations

c) Réalisation d’un déphaseur de pi

Photographie du circuit déphaseur de pi réalisé:

c) Réalisation d’un casque anti-bruit actif

Sitographie et bibliographie