Spécialité physique
Son et architecture fiche 6
PRÉSENTATION
Titre Mesure d’un coefficient d’absorption
Type d'activité Activité expérimentale
Objectifs de l’activité Mesure du coefficient d’absorption « Sabine » d’un matériau 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
Elaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental
Utiliser des mesures pour répondre à une problématique
Rédiger un rapport.
Conditions de mise en œuvre
Prérequis : fréquence, propagation du son, propagation des ondes mécaniques, ondes stationnaires dans un tuyau sonore.
Durée 2 h Remarques
Les formules de Sabine et les valeurs du coefficient d’absorption 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 p276, 277
Auteurs
Alain Jouve Lycée Rosa Parks
Académie de LYON
Document 1
Lorsqu'une onde sonore rencontre un matériau, une partie de son intensité I est réfléchie avec une intensité Ir; une autre partie, notée It, est transmise à travers le matériau, et une autre est absorbée. Cette absorption est une transformation de l'énergie acoustique surtout en énergie thermique.
Pour l’observateur situé du côté de l’émetteur du son, l’énergie absorbée et l’énergie transmise s’additionnent en une seule énergie qui disparaît du local. Cette énergie est notée Ia.
On définit le coefficient d’absorption appelé généralement « alpha » I Ia
, et le coefficient de réflexion r =
I Ir
. Les deux coefficients vérifient : + r = 1
Le coefficient ne caractérise pas à lui seul les propriétés absorbantes du matériau lui-même car il dépend aussi de l’épaisseur du matériau et des autres matériaux placés derrière. Les tables donnent des valeurs pour différentes épaisseurs et différentes combinaisons.
Par exemple valeurs de à 500 Hz :
Document 2
Si on ferme un tube de Kundt avec un bouchon constitué par un matériau de coefficient de réflexion r on montre que :
2
max min
min
max
U U
U r U
Où Umax est la tension maximale mesurée aux bornes du micro explorateur et Umin est la tension minimale mesurée aux bornes de ce même micro.
Ir
I
I
tlaine de verre 50 mm + surfacée voile de verre à 150 mm 0,98 laine de verre 50 mm collée sur surfacée vinyle épais perforé 0,76 laine de verre 10 mm collée sur surfacée vinyle épais perforé 0,25
Document 3
Fréquences centrales des bandes d’octaves acoustiques normalisées : 62 Hz ; 125 Hz ; 250 Hz ; 500 Hz ; 1000 Hz ; 2000 Hz ; 4000 Hz
Document 4
Relations de Sabine Considérons une pièce comportant :
- des murs d’aire totale Smurs constitués par le même type de matériau de coefficient d’absorption murs,
- un plafond d’aire Splafond constitué par un matériau de coefficient d’absorption plafond
- un sol d’aire Ssol constitué par un matériau de coefficient d’absorption sol
L’absorption totale de la pièce est a = Smurs×murs + Splafond×plafond + Ssol×sol
D’une manière générale on écrit pour une pièce :
a = S
Cette absorption totale permet de calculer le temps de réverbération d’une pièce en utilisant la relation empirique utilisée par les acousticiens :
a tt 0,161V
Où tr est le temps de réverbération en secondes, V le volume de la pièce en m3 et a l’absorption totale de la pièce.
Hautparleur micro explorateur bouchon
Activités
Questions
1. Pourquoi le coefficient d’absorption n’a pas d’unité ? 2. Quel principe justifie la relation + r = 1.
3. Quel type d’ondes prend naissance dans le tube de Kundt ?
Protocole opératoire.
Décrire avec soin le protocole opératoire qui permet de mesurer le coefficient d’absorption de divers matériaux en utilisant un tube de Kundt.
Répondre à la problématique :
Après avoir déterminé expérimentalement le coefficient d’absorption des divers matériaux mis à votre disposition, choisir les revêtements des murs, plafond et sol qui permettent d’obtenir un temps de réverbération de 0,2 s pour l’ensemble des fréquences.
La pièce a pour dimensions : L = 10 m, l = 5 m ; h =3,5 m.
Rédiger un compte rendu soigné de la réponse à la problématique.
Document professeur
Questions
1. Pourquoi le coefficient d’absorption n’a pas d’unité ? Rapport de deux grandeurs ayant la même unité 2. Quel principe justifie la relation +r = 1.
La conservation de l’énergie :
énergie incidente = énergie réfléchie + énergie transmise + énergie absorbée 3. Quel type d’ondes prend naissance dans le tube de Kundt ?
Ondes stationnaires Protocole opératoire.
Décrire avec soin le protocole opératoire qui permet de mesurer le coefficient d’absorption de divers matériaux en utilisant un tube de Kundt.
On branche un GBF sur le haut parleur du tube de Kundt.
On branche le micro explorateur sur le système d’acquisition de données ou l’oscilloscope.
On place un bouchon constitué du matériau à tester sur l’extrémité du tube, opposée au hautparleur.
On fixe la fréquence délivrée par le GBF sur une valeur normalisée.
On déplace le micro explorateur dans le tube de Kundt. On relève la valeur de l’amplitude maximale Umax et la valeur de l’amplitude minimale Umin.
On calcule ensuite la valeur de r.
Répondre à la problématique :
Après avoir déterminé expérimentalement le coefficient d’absorption des divers matériaux mis à votre disposition, choisir les revêtements des murs, plafond et sol qui permettent d’obtenir un temps de réverbération de l’ordre de 0,2 s pour l’ensemble des fréquences.
La pièce a pour dimensions : L = 10 m, l = 5 m ; h =3,5 m.
Rédiger un compte rendu soigné de la réponse à la problématique.
