Discussion utilisateur:Ellande/Brouillon12

Définition

Poursuivons cette enquête. Je suis passé à la bibliothèque du CNAM pour lire

• (en) Frank J; Fahy, Sound Intensity, London, Elsevier, 1989

(2° édition 1995 London:Spon Press). Fahy me semblait une référence utile (c'est une indication bibliographique de la brochure B+K). Je n'ai lu sérieusement que le chap. 4 « Sound Energy and Sound Intensity », qui indique (4.3, p. 49) « We define the vector quantity p u to be the instantaneous sound intensity, symbolized by I(t), of which the component normal to any chosen surface having unit normal vector n is I_n(t) = I(t).n. Note that, in general, both the magnitude and direction of I(t) at any point in space vary with time. » Par la suite, il traite de l'intensité comme un vecteur, et écrit de la grandeur de sortie de l'appareillage de mesure que c'est une composante de ce vecteur, conformément à cette définition préalable. Dans l'annexe sur les abbréviations, (p. 249), il donne

• I : Magnitude of the mean (time-average) intensity ($={\overline {I}}_{a}$); real (active) component of complex intensity C.
• I : Mean intensity vector
• I(t) : Magnitude of the instantaneous intensity vector
• (...)
• $I_{n}$ : Component of I in direction n; normal component of I

Voilà donc un auteur intéressant, dont les notations sont cohérentes et se prêtent bien à son objet (il établit des représentations du champ acoustique, voir la couverture du livre sur les sites commerciaux), mais divergent de l'usage officiel (Electropedia). Je n'ai pas vu (mais je n'ai pas pris tout le temps nécessaire pour lire tout en détail) d'expression explicite sur la définition officielle. Je me demande ce que doit faire une encyclopédie face à ces divergences de notation entre références.

P.S. Fahy dit aussi qu'il sait que le microphone unidirectionnel de Olson n'a jamais servi (à la mesure acoustique? parce que c'est le prototype du Western Electric 639) et qu'il ignore pourquoi, et je n'ai qu'une vague idée de pourquoi on n'utilise pas de micros directionnels pour la mesure, je suppose que c'est à cause de leur directivité qui varie avec la fréquence, mais il en va de même pour les couples de capteurs de pression). Fahy indique aussi l'existence d'une sonde de vitesse acoustique à effet Doppler sur des faisceaux transversaux d'ultrasons (Norwegian electronics Type 216 p-u intensity probe), ce qui montre que j'étais bien mal informé en écrivant qu'on ne mesure que la pression. Avec le système Microflown, ça fait deux appareils de mesure de la vitesse. PolBr (d) 14 juin 2012 à 19:34 (CEST)

En considérant l'intervention de PolBr précédente, j'aimerais modifier l'introduction du brouillon, qui ne semble pas correcte. L'intensité acoustique serait un vecteur. Sa magnitude uniquement serait homogène à des W.m^-2. La définition utilisée actuellement provient d'Electropedia, mais comme déjà mentionné là dans mon commentaire du 11 juin, je pense que c'est du à un problème de traduction par rapport à l'anglais. Je suis d'avis que la définition est trompeuse car l'intensité acoustique dépend du champ sonore (qui peut être une superposition de plusieurs ondes sonores), et non de l'onde. --Mg1979 (d) 14 juin 2012 à 21:39 (CEST)

C'est pourtant aussi la définition donnée par Mario ROSSI comme l'avait déjà relevée PolBr « En un point de l'espace, la puissance acoustique surfacique instantanée ψ en W/m² est l'énergie transportée par l'onde dans une direction et un sens de propagation donnés, par unité de surface et de temps. Soit un élément de surface dS telle que sa normale-unité n est orientée dans la direction et le sens de propagation ». Il précise qu'on peut utiliser une grandeur vectotielle. C'est à peut près ce que j'ai repris sur le brouillon.

Comment est définie l'intensité complexe chez Fahy ?

— Alasjourn (Discussion) 15 juin 2012 à 10:46 (CEST)

J'ai essayé de donner une explication compatible avec les deux sources sur mon brouillon. En tout état de cause, pour Fahy

1. l'intensité acoustique instantanée est un vecteur (p.49) ;
2. l'intensité par rapport à une direction est le produit scalaire du vecteur intensité par le vecteur unité de cette direction (p. 49) ;
3. d'où on tire immédiatement pour chacun des axes a une composante d'intensité ;
4. l'intensité acoustique moyenne est un vecteur dont chacune des composantes est la moyenne de la projection de l'intensité instantanée sur chacun des axes : « The foregoing analyses may be extended to any arbitrary, three-dimensional sound field by replacing the position co-ordinate x by a position vector r. The three orthogonally directed components of active and reactive intensity are then obtained by using the appropriate components of the spatial gradients of mean square pressure and pressure phase. It is, of course, appropriate to use vector notation to represent the quantity I(t). In a harmonic sound field the real and imaginary components are not necessarily the same; however the time dependences remain the same as those expressed by eqn (4.16) and (4.18). » (p.61).

Il me semble que la deuxième condition équivaut à dire que le module de l'intensité selon l'axe est égal à celui de l'intensité multiplié par le cosinus de l'angle par rapport à la normale (et l'illustration de Fahy m'y encourage fortement).

En ce qui concerne l'intensité complexe (Fahy 4.5, p. 57), je ne sais pas trop que dire. Voulez-vous la transcription des équations? Il les conclut en écrivant « C is known as the 'complex intensity'. The real part of C is the mean (active) intensity, and the imaginary part Q is the amplitude of the reactive intensity. Henceforth in this book, $\scriptstyle {\overline {I}}_{a}$ will usually be termed 'the mean intensity' and will be symbolised by I, since it represents the quantity which is most widely measured, and corresponds to the most commonly stated definition of sound intensity as the long-time-average rate of flow of sound energy through unit area of fluid. [paragraphe] The form of the expression in eqn (4.30) may be unfamiliar to readers, but may be seen to be similar to the phasor representation of the square of the pressure in a harmonic sound field : (...) »

Ces préoccupations sont importantes, puisqu'elles concernent les premières lignes de tout article sur la question, mais je m'inquiète aussi de la définition des lecteurs de l'articles, qui recherchent vraissemblablement des explications plutôt que des démonstrations, qui ont plus leur place dans des bouquins de cours ; et c'est la raison pour laquelle mon brouillon est si différent de celui-ci.

PolBr (d)

S'il y a plusieurs définitions, il faut toutes les présenter, c'est ce que j'ai essayé de faire dans ce brouillon qui n'est pas du tout satisfaisant pour l'instant :

• les titres m que j'ai mis à la va vite ne me semble pas tout à fait adéquats ;
• comme tu les soulignes, beaucoup pensent comme toi, les équations auraient surement plus leur place dans un article de la wikiversité ; mais un minimum de formalisme mathématique est indispensable à une définition précise ; j'ai voulu compléter ce que tu avais mis et l'étayer un peu ; en même temps les démonstrations dans les boites déroulantes ne sont pas très génantes.

En gros, c'est pas gagné, mais il ne faut pas être trop exigent non plus. Les articles se peaufineront au cours des années avec l'intervention d'autres contributeurs.

— Alasjourn (Discussion) 16 juin 2012 à 14:55 (CEST)

Voilà j'ai essayé de détailler les différents points de vue (j'ai trouvé Fahy en Google book) et donc d'indiquer les différentes définitions.

— Alasjourn (Discussion) 16 juin 2012 à 16:18 (CEST)

On ne sait mesurer directement que la pression acoustique ?

Courte citation de Morse: Thus, the presence of a sound wave produces changes in density, pressure and temperature in the fluid, each change being proportional to the amplitude of the wave. The pressure changes are usually the most easily measurable, though some sound detectors measure the motion of the fluid, caused by the sound. Direct measurement of temperature or density change is difficult, and the readings are not particularly accurate; so they are usually computed from the measured pressure change. Cette citation permettrait d'actualiser le passage en question. --Mg1979 (d) 18 juin 2012 à 22:46 (CEST)

Depuis que j'ai écrit cette phrase, une enquête plus appronfondie m'a montré qu'elle est erronée:

• Le déplacement du disque de Rayleigh (inventé en 1880) dépend du carré de la vitesse acoustique (ref. sur Utilisateur:PolBr/Brouillon).
• Le capteur microflown (inventé en 1980) mesure la vitesse acoustique tout en étant parfaitement indifférent à la pression.
• Il existe un système de mesure de la vitesse par effet Doppler sur une onde ultrasonore, dont je ne sais rien, mais dont cette description semble indiquer qu'il mesure la vitesse acoustique.

Guilio Cengarle et Toni Mateos ont présenté une comparaison de ces systèmes à la 130° convention de l'AES en 2011. PolBr (d) 19 juin 2012 à 00:19 (CEST)

Ceci ne contredit en rien le fait qu'on ne sait pas mesurer l'intensité. Par contre il semble bien qu'on puisse mesurer autre chose que la pression. — Alasjourn (Discussion) 22 juin 2012 à 23:28 (CEST)

Ça montre juste que la phrase d'origine est fausse. En plus de ce que j'ai mentionné ci-dessus, on sait mesurer le déplacement acoustique en laboratoire. Ça ne change rien quant à l'intensité acoustique: c'est un concept important, quoiqu'un peu bizarre par son nom, puisqu'un son intense peut avoir une intensité nulle s'il correspond à une onde stationnaire, mais pas une quantité directement accessible à la sensation ni à la mesure. Il aurait moins d'ambiguïté si on parlait de flux sonore. PolBr (d) 23 juin 2012 à 09:41 (CEST)

On aura du mal à trouver une souce qui dise explicitement « On ne peut pas mesurer directement l'intensité acoustique », comme on n'en trouvera pas facilement qui dise « on ne peut pas mesurer directement la masse. » Mais cela ne peut être contesté sérieusement que par quelqu'un qui présente un principe qui permette d'y accéder directement.

Il me semble à présent que cette phrase n'est pas à sa place dans l'introduction. À quoi bon mesurer quelque chose ? Il faut d'abord en ressentir l'utilité. Que l'article établisse d'abord celle-ci, dise le raisonnement simple qui sous-tend le concept (conservation et distribution de l'énergie), à quels calculs sert l'intensité acoustique et quelles représentations du champ acoustique elle permet de construire. Une fois cela, « Ignotus Eh bien, c'est très utile, et comment ça se mesure ? Curiosus -- Ça ne se mesure pas, ça se construit, à partir du gradient de pression ou de la pression et la vitesse. » Ça se construit automatiquement avec les appareils. Il n'est que de consulter leur mode d'emploi pour se rendre compte de de que cette construction n'a rien de simple. Les micros cardioïdes, les bipôles capteurs de pression, les paires capteurs de pression + capteur de vitesse ont tous des problèmes liés à l'énorme écart entre les longueurs d'onde intéressantes. Sans compter que hormis le son pur en champ libre à plus d'une longueur d'onde de la source, le champ acoustique n'est pas labouré régulièrement.

Avec ce raisonnement, j'ai trouvé facilement quelqu'un qui le dise mieux que moi (Google query="utilité+\"intensité acoustique\"" réponse #1) :

« La plupart des procédés industriels sont source de bruit. Pour calculer le niveau de bruit produit par un procédé en particulier, on peut utiliser divers paramètres physiques. La pression sonore est sans doute le plus connu et le plus utilisé de ces paramètres. Cela s'explique du fait que la pression est facilement mesurable et qu'elle traduit la gêne ressentie par le système auditif de l'être humain.

La pression sonore est cependant fonction des conditions physiques et géométriques des endroits où elle est mesurée. Ainsi, un même procédé industriel ou une même source sonore produira une pression plus élevée dans un petit local que dans un grand. La pression n'est donc pas en soi le paramètre le plus adéquat pour caractériser ou mesurer une source de bruit. C'est en fait la puissance acoustique, c'est-à-dire le flux avec lequel l'énergie est irradiée sous forme sonore, qui caractérise le mieux une source de bruit continu puisqu'il est un paramètre constant et indépendant de l'environnement où se trouve la source.

Si la puissance représente le flux total d'énergie sonore, la notion d'intensité sonore représente quant à elle le flux d'énergie sonore par unité de surface. Cette intensité est mesurée selon une direction radiale par rapport à la source. Elle possède une direction et un sens de propagation. L'intensité est donc un paramètre qui permet de localiser une source de bruit; de plus, la mesure de l'intensité d'une source peut être effectuée en présence de bruits provenant d'autres sources, donc dans des conditions réelles d'opérations industrielles. La mesure de l'intensité et de la puissance acoustique permet d'obtenir des informations précieuses afin d'identifier les sources dominantes de bruit et d'élaborer une solution judicieuse et efficace aux problèmes qu'elles causent. Même si l'intensité et la puissance acoustique ne sont pas notions nouvelles, leur mesure expérimentale a toujours été problématique, jusqu'à ces dernières années. Mais les récents progrès de l'électronique et la possibilité de convertir numériquement (digitaliser) les signaux sonores permettent aujourd'hui de mesurer adéquatement l'intensité acoustique.
*Lemire et Nicolas, « Utilisation de la cohérence et de l'intensité acoustique pour l'identification à la source et la réduction du bruit dans l'industrie textile, 1985 ; voir aussi tapuscrit] »

• http://perso.univ-lemans.fr/~jcpascal/Cours/FENSIM3A_Master2_Intensimetrie.pdf peut aussi servir : « Les méthodes basées sur l'énergie ont toujours suscité beaucoup d'intérêt dans les domaines des vibrations et de l'acoustique. Elles exercent aussi une fascination, laissant espérer des solutions simples à des problèmes complexes », ecrit Jean-Claude Pascal, Intensimétrie acoustique, principe et applications, U. Le Mans, 2007-2008.

PolBr (discuter) 5 janvier 2014 à 10:27 (CET)

Bibliographie

• (en)Philip M. Morse, K. Uno Ingard, Theoretical acoustics, Princeton University Press, 1968 (ISBN 0-691-02401-4).