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2 – Bases de l’Acoustique et de la

Vibration & Métrologie

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pression

dépressiondépression

Émission propagation réception

L’ORIGINE DU SON

Rappels : Acoustique - Notions de Base

� Oscillation des molécules d’air �� variation de pression �� Son

� Propagation d’une onde acoustique �� Pas de courant d ’air

Une perturbation qui se propage dans un milieu élastique

• Gaz

• Solide

• Liquide

• Sonique

• Supersonique

• Infra-Sonique

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Pression atmosphérique: 100 000 Pascal

Pression acoustique: variation allant de 20 micro Pascal à 200 Pascals

L’oreille s’affranchit de la pression atmosphérique pour mesurer les infimes et rapides variation de pression

Le sonomètre est inspiré de l’oreille

100000 Pa

20µPa � 200 Pa

P

t

L’ORIGINE DU SON

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� Définition d’un Bruit : Son non souhaité ou déplaisant

� Variation de la pression atmosphérique:� de p0 = 20 µPa (0.00002 Pa) correspondant au seuil d’audition humain…

� à pmax = 200 Pa correspondant au seuil de douleur et de dommage

auditif...

� Nous avons besoin d’une échelle logarithmique: 0 to 140dB

(94dB = 1 Pa) pour 2 raisons:

• Le système auditif humain n’a pas de comportement linéaire

• L’échelle logarithmique simplifie les valeurs de niveau

=> Lp [dB] = 10 log (p²/p²0) où p0 = 20 µPa

L’ORIGINE DU SON


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DESCRIPTION D’UN SON

� Amplitude (ou niveau sonore)

� Fréquence

� Durée

M. Alexander Graham Bell

dB


Hzs

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DESCRIPTION D’UN SON : L’AMPLITUDE


Les Différents Indicateurs :

�Le Niveau de Pression Acoustique : Lp

• Lp [dB] = 10 log (p²/p²0)

où p0 = 20 µPa (seuil d’audibilité)

�Associé à une constante de Temps :

• Fast : constante intégration 125 ms

• Slow : constante intégration 1s

• Impulse : constantes intégration 35 ms montée, 1500 ms en descente

• Peak : constante intégration 20 à 40 ms montée

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�Le Niveau Continu Equivalent : Leq (Niveau Energétique Moyen)

•

où p0 = 20 µPa (seuil d’audibilité)

�Associé à une Durée d’intégration

� Intérêt par rapport au Lp :

• Simple à mesurer et à calculer sur plusieurs périodes temporelles


)dtp

(t)p*

tt

1(10logLeq

2

1

t

t2

o

2A

2110 ∫∫∫∫−−−−

====


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� Intérêt du Leq par rapport au Lp :

• Simple à mesurer • Il permet d’identifier et de quantifier des sources• Il peut être recomposé facilement sur n’importe quelle

durée• Calculs Statistiques possibles



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Quelques Règles de calculs

ADDITION 60dB + 60dB = 63dB

+ =

+ 3dB

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EFFET DE MASQUE 70dB + 60dB = 70dB

+ =


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PROPAGATION THEORIQUE Source ponctuelle :

50m : 70dB

100m : 64 dB

200m : 58 dB

Source linéique :

50m : 70 dB

100m : 67dB

200m : 64dB


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infra-sons 20 Hz 20 000Hz ultra-sonsgamme audible

200 Hz 2 000 Hz

MédiumsGraves Aigus


� Variation audible: 20 à 20000 fois par seconde

� Le nombre d’oscillations par seconde �� fréquence en Hertz (Hz)

DESCRIPTION D’UN SON : LES FREQUENCES

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Pondération A

� 250Hz - 9dB

� 2000Hz + 1dB


DESCRIPTION D’UN SON : LES FREQUENCES

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DESCRIPTION D’UN SON : LA DUREE


Quel est le point commun entre ces 4 sons ?

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Trois parties fonctionnelles

Cochlée ou limaçon:

- Vibration �� Impulsion nerveuse- Analyse fréquentielle du son- 20 000 Cellules ciliées

L’OREILLE


� L’oreille externe, capte les

sons

� L’oreille moyenne, transmet

une vibration associée aux

sons aériens, à:

� L’oreille interne, code

l’information acoustique en

influx nerveux

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EXEMPLES DE NIVEAUX SONORES

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La Mesure de Bruit se fait à l’aide d’un Sonomètre

Le sonomètre est composé de plusieurs éléments :

� Le Microphone

� Le préamplificateur

� La partie Traitement du signal :

• Les filtres• L’amplificateur• Détecteur de Valeur Efficace• Constante de Temps

� L’affichage

LA MESURE DU SON

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Le Microphone et le Préamplificateur :

�Voir détails dans « Instruments de mesures de Bruit et de Vibrations - chapitre « Les Capteurs » »

�Leur fonction est de transformer le bruit en signal électrique

LA MESURE DU SON

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La Partie Traitement du Signal :

� Les Détecteurs de Sous-charge et de Surcharge définissent la plage dynamique de mesure (entre 20 et 140 dB)

LA MESURE DU SON

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�Les filtres A, B, C et Z permettent de reproduire notre perception auditive

LA MESURE DU SON

� La pondération A correspond à des

niveaux faibles à moyens

� La pondération C correspond à des

niveaux élevés de pression

acoustique

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�Les filtres fréquentiels : Dispositif électrique ou électronique avec

une fréquence de coupure haute et une autre basse.

� Ils permettent d’analyser plus finement la Nature d’un Bruit

LA MESURE DU SON

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�Les filtres fréquentiels : ils permettent d’analyser plus finement la Nature d’un Bruit

�La largeur d’une Bande d’Octave est telle que sa fréquence supérieure est le double de sa fréquence inférieure

LA MESURE DU SON

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�Dans un sonomètre plusieurs Filtres sont appliqués

�Chaque filtre correspond à une Fréquence normalisée (1/1 Octave ou 1/3 Octave)

LA MESURE DU SON

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�Pour aller plus loin :l’Analyse Bandes Fines : FFT

�La largeur de Bande est constante

LA MESURE DU SON

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� L’amplificateur :• Il permet d’amplifier le signal afin de pouvoir faire sa mesure. Il

détermine aussi par ses caractéristiques la dynamique de l’appareil.

� Le détecteur de valeur efficace :• Il permet de traduire directement une variation linéaire en variation

logarithmique. Il permet donc de traduire directement une pression en décibel.

� La constante de temps :• C’est un calcul ou un dispositif électronique permettant de moyenner,

de lisser un phénomène acoustique et ainsi permettre son analyse même si les variations sont rapides.

LA MESURE DU SON

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Rappels : Vibrations - Notions de Base

Définition des Vibrations selon ISO2041

� Une vibration est une variation dans le temps d’une valeur caractéristique du mouvement ou d’une position d’un système mécanique quand cette valeur est alternativement haute et basse par rapport une valeur moyenne ou une valeur de référence

� Les vibrations sont des phénomènes périodiques ou non périodiques plus ou moins complexes.

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La plus simple des vibrations est un mouvement sinusoïdale.

Par exemple : Une masse excentrée sur un disque

1

2

3

4

31 2 4

Le signal est de type :+A

-A

X=A.sin(ω.t+φ)

Vibration sinusoïdale


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L’Amplitude (A) du signal peut être représentée de plusieurs manières maisseulement trois sont ordinairement utilisées pour l’analyse vibratoire

X = A0-c.sin (ωωωω.t+ϕϕϕϕ)

� Crête A0-c� Crête à Crête Ac-c� Efficace (RMS) Arms A0-c Ac-c ArmsPour un signal sinusoïdal:

Ac-c = 2.A0-c et

L’amplitude donne une idée de la grandeur du défaut

A0-c = √2.Arms

Amplitude

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La fréquence (F) d’un phénomène est le nombre de répétitions (périodes) de cephénomène en une seconde

1 sec.La fréquence est exprimée en Hertz

X = A0-c.sin(ωωωω.t+ϕϕϕϕ)

Pour un signal sinusoïdal:

ωωωω = 2.ππππ.F

1 Hz = 1 cycle par seconde

ωωωω : pulsation (rad/s)

La fréquence donne des indices sur les origines du défaut.

Exemple: Pour un moteur électrique à 1500 tr/mn, la fréquence de rotation est égale à 1500/60=25 Hz

Fréquence

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La période (T) d’un phénomène est la durée entre deux passages successifs àla même position et dans la même direction

T

Dans le cas des machines tournantes, la période correspond souvent à la durée d’une rotation de l’arbre.

La période est exprimée en second (s).

T=1

F

Période

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Vibrations Harmoniques

Autres sortes vibrations


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Vibration Aléatoire, VibrationTransitoire

Les amplitudes ne peuvent pas être prévues précisément

pour n’importe quel instant

Autres sortes vibrations


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� Comme tout mouvement, une vibration peut être étudiée suivant trois grandeurs:

� Déplacement (mm)

� Vitesse (m/s)

� Accélération (g ou m/s²)

� Il y a des relations mathématiques simples entre ces valeurs. Ces relations sont simples pour des signaux sinusoïdaux purs. L’intégration de l’Accélération va donner la Vitesse etc.

Le choix de la grandeur est important pour la qualité du diagnostic

Unités usuelles


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A suivre …

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