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Question acoustique : c'est quoi concrètement la pression et l'intensité RMS en acoustique ?

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Sujet de la discussion Question acoustique : c'est quoi concrètement la pression et l'intensité RMS en acoustique ?
Bonjour à tous, je ne suis pas un grand habitué ici, ce forum pour moi est plus une "base de ressources" que je viens consulter, et d'habitude je ne participe pas... parce qu'en règle générale ma question y a déjà quelqu'un qui l'a posé, et ma réponse y a déjà quelqu'un qui l'a donné.

Mais, pour une fois, j'ai une question, un peu tordue c'est vrai, mais dont je n'arrive pas à trouver la réponse... Peut être sur des sites anglais, mais mon niveau de vocabulaire technique n'est pas assez pointu pour en dégager une réponse claire.

Ma question concerne la valeur RMS (Root Mean Square, ou quadrature moyenne, ou valeur efficace).
Je sais à quoi elle correspond en électricité, que ça soit pour l'intensité ou pour la tension, la valeur RMS c'est la valeur constante qui engendrerait la même dissipation d'énergie qu'engendre le signal à partir de laquelle elle est calculée... Pour un même circuit, et pour la même durée T.
Donc c'est super, ça colle magnifiquement bien avec cet outil mathématique qu'on appelle quadrature moyenne, c'est fou la puissance des maths.

Mais quand on parle de pression acoustique (Pa) ou d'intensité acoustique (W/m²), à quoi cette valeur efficace correspond-t'elle vraiment ?
Ça m'intéresserait beaucoup de savoir, étant donné que nos dB SPL sont calculés à partir de ces valeurs efficaces. Et donc pour le moment je suis sans réponse, dans l'incapacité de me l'expliquer ou de l'expliquer à d'autres.
Ça n'empêche pas de dormir me direz vous, mais j'aime comprendre même si ça ne me servira peut être jamais !


J'avais quelques idées : est ce que l'intensité acoustique efficace serait l'intensité constante qui apporterait la même énergie que l'énergie apportée au milieu par l'intensité variable ? Est ce qu'il y a un rapport avec une possible élévation de température, vu qu'on vient exciter les molécules ? Est ce que la pression efficace serait la pression résultante, si on appliquait au milieu l'intensité efficace déduite à partir pression variable ?

Je ne sais pas s'il y a de bonnes pistes ou aucune, j'apprécierais grandement un regard éclairé de ceux qui ont les connaissances physiques nécessaires, parce que ma connaissance théorique s'arrête malheureusement là.

Je compte sur vous, et j'espère que ma question trouvera finalement une réponse, et que d'autres pourront en profiter =)
Merci d'avance !

[ Dernière édition du message le 12/10/2017 à 00:57:52 ]

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21
Juste une dernière chose Feenux :
il faut se méfier de l'inter-action de l'acoustique sur l'électrique en parlant d'enceintes. L'impédance du haut-parleur varie en fonction du déplacement de l'équipage mobile, on imagine bien que quand un HP bouge tout le temps, son impédance varie tout le temps contrairement aux belles courbes fixes bien tracées qu'on nous montre dans les doc's : alors que se passe-t-il au point de vue puissance de l'ampli ... (donc du côté de l'électrique)

Puis aussi, penchons nous la résistance Re (de la bobine mobile)qui est utilisée dans le calcul de certains filtres : que se passe-t-il alors quand elle varie à cause de la température ...
Allez, je vous laisse chercher un peu les Afiens ! :D:

Mon soundcloud  Good times !   

                      

22

Philrud, tout ce que tu racontes est à la fois très approximatif (pour rester poli), et hors sujet.

Citation de Philrud

 J'ajouterais (et je persiste), les fréquences basses (inf. à 150hz) étant non directives, font qu'on entendra la même pression ou que l'on soit dans la salle : pas de perte de puissance. Et même que des fois ça a tendance à faire des bosses, donc = gain de puissance.

Tout est faux dans cet extrait ! Les fréquences basses ne sont pas plus directives en dessous de 150Hz, elles sont simplement moins localisables par des oreilles humaines, et peu directives en fonction de la taille de la source (comme l'a souligné Eratom). La puissance étant caractéristique de la source, et pas de la propagation, la notion de perte de puissance n'a pas d'objet. Le fait que tu dises : "des fois ça a tendance à faire des bosses" montre bien que la pression sonore n'est pas la même partout dans la pièce. Cela dépend de la forme de la pièce, de ses dimensions et des fréquences dont il est question. Mais il ne peut pas être question "de gain de puissance".

Reste le problème de départ pour lequel j'avoue ne pas avoir de réponse satisfaisante. Je ne vois pas d'équivalent direct de la puissance RMS électrique dans le domaine acoustique (Eratom, as-tu un développement là-dessus ?). Il y a certes tout un tas de systèmes d'évaluation de niveaux de pression acoustiques (dBA dBC, j'en passe et des meilleurs, Leq, etc) mais rien qui soit directement lié à la puissance RMS, AMHA.

Et puis non, la différence de propagation d'une onde acoustique dans l'air, et d'une onde électromagnétique dans un conducteur ce n'est pas de la réfraction icon_ptdr.gif

Citation de Feenux

 Est ce que j'ai bien compris le fond du propos ? est ce que c'est correct ?
Si oui je pense que la surface importe peu puisque si dans les deux cas on prend la même ça devrait ne rien changer...

 Autant que je sache, c'est correct.

Citation de Feenux

 Par contre j'imagine que l'orientation de la surface elle est importante, parce qu'on imagine bien que si cette surface est dans le sens de la propagation des ondes sonores, aucune force ne s'applique dessus (du fait que dans un fluide le Son ne provoque pas d'ondes transversales mais uniquement des ondes longitudinales).

 Vrai dans le cas théorique d'un milieu non réverbérant (champs libre), mais faux dans la vrai vie.

 

[ Dernière édition du message le 14/10/2017 à 23:26:57 ]

23
Oui bien sur en champ libre, je l'avais pas précisé, mais pour le moment j'en suis à essayer d'expliquer le phénomène en champ libre.

Par contre Jan je ne parle pas d'équivalence entre watt RMS en électrique et watt/m² RMS en acoustique... Le terme RMS est peut être trompeur, car on ne parle jamais d'intensité acoustique RMS mais d'intensité acoustique efficace. Bon c'est la même chose, mais au moins en mettant RMS on visualise l'opération mathématique.

Je cherche un lien entre valeur variable et valeur efficace d'un point de vue acoustique en fait... Comme le lien entre tension variable et tension efficace en électricité, les deux sont bien différents, mais remplacer l'un par l'autre est pertinent parce que : pour les deux, sur une période donnée, la dissipation d'énergie est la même.
24
Pour préciser un peu les opérateurs mathématiques : La puissance n'est pas "RMS" ou efficace.

Dans le cas de l'électricité, la puissance instantanée est le produit de la tension et du courant. A chaque instant t la puissance est calculée : P(t) = U(t)*I(t)

Pour un signal périodique, la puissance moyenne peut être calculée à partir de P(t) sur une période et cette valeur est constante.

La valeur efficace de U (ou de I) :
- On élève U(t) au carrée ;
- On en fait la moyenne sur t ;
- Et on en prend la racine carrée.

Au borne d'une résistance, il n'y a pas de déphasage entre la tension et le courant qui la traverse ; la puissance moyenne dissipée est égale au produit des tension et courant efficaces.


Pour en venir au calcul d'une puissance à partir d'une force : Le travail d'une force est une énergie et est calculée en faisant le produit (scalaire) du vecteur de force et du vecteur déplacement.

La puissance est le variation instantanée de l'énergie par rapport au temps et on se retrouve avec le produit d'une force et d'une vitesse (la vitesses est la variation du déplacement par rapport au temps).


En électricité, la force électrique sur une particule chargée dérive de la variation de potentiel (la tension) ; le courant est une mesure du flux de particules chargées à travers une section.
Lorsque l'on fait le bilan des forces sur les particules exprimé en fonction de la tension, du bilan des déplacements des particules en fonction du courant, on montre que le produit Force*Vitesse vaut U*I.


Une onde acoustique est une variation locale et la pression et de la vitesse de déplacement (d'ensemble) de particules d'air (ce n'est pas la vitesse de propagation de l'onde, même si elles sont colinéaires).
La pression exerce une force normale à la surface ; la puissance est le produit de cette force par la vitesse du déplacement imprimé par l'onde.

Le produit Pression * Vitesse Locale est donc la puissance produite par unité de surface que l'on appelle intensité.

Pour une variation périodique (ce qui souvent le cas en acoustique) on peut calculer la moyenne de l'intensité sur une période (ce qui correspond à la puissance moyenne à un rapport de surface près).

Si l'on parle de valeur efficace ou RMS alors ce n'est pas de l'intensité directement dont il s'agit mais des grandeurs de champs pression / vitesse locale.

25
T'es en train de nous dire qu'on ne peux pas parler ni de Watt RMS en électricité, ni de Watt/m² RMS en acoustique, car il s'agit de produits de facteurs qui sont déjà des valeurs efficaces calculées c'est bien ça ?

Les Watt RMS avancés par les constructeurs ne sont donc pas une appellation correcte ?
26
Oui c'est en gros ce que je suis en train de dire. Root Mean Square(racine carrée de la moyenne des carrés en anglais) ou valeur efficace ça n'a de sens que pour les grandeurs de champs (tension/courant pour l'électricité, pression/vitesse pour l'acoustique).

Watts RMS ou efficaces en soit ça n'a pas de sens : A aucun moment il ne faut prendre la racine carrée de la puissance pour la calculer.

C'est une dénomination abusive et commerciale qui indique que le chiffre donné a été calculé en multipliant les tension et courant efficaces. Le terme correct est puissance apparente (même en anglais c'est apparent power).
C'est la puissance active maximale que tu peux tirer d'un système atteinte lorsque la tension et le courant sont en phase.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Puissance_en_r%C3%A9gime_alternatif

Ce qui est vrai ici dans le cas de la puissance électrique l'est aussi pour l'intensité acoustique.


Par contre tu raisonnes à l'envers : C'est la définition de la valeur efficace qui découle de la puissance moyenne par un artifice de calcul (auquel on peut donner une interprétation physique).
L'intérêt de cet artifice c'est qu'il permet de calculer et mesurer indirectement des puissances plus facilement qui si l'on passait par la moyenne de la puissance instantanée.

[ Dernière édition du message le 15/10/2017 à 18:02:05 ]

27
Merci pour ces renseignements.

Par contre non je ne pense pas prendre le problème à l'envers, je cherche juste le phénomène physique qui lie valeur instantanée et valeur efficace, le phénomène qui explique pourquoi on a pris cet outil mathématique et pas un autre.

Parce que si c'est celui là qui est utilisé, ce n'est pas par hasard, c'est qu'en l'utilisant on obtient une grandeur qui à un impact équivalent à la grandeur de départ. C'est parce qu'il y a une correspondance entre les résultats réels mesurables et les résultats expérimentaux obtenus suite à la transformation via cet outil que cet outil mathématique est pertinent.

Donc I est déjà une grandeur issu de valeurs efficaces, celle de la différence de pression P (par rapport à la pression au repos) et celle de la vitesse vibratoire u.

Est ce qu'il existe une vitesse vibratoire de l'air au repos ?
P et u sont ils liés ? si oui par quoi ?
Qu'est ce qui fait varier P et qu'est ce qui fait varier u ?
Qu'est ce qui lie les valeurs instantanées et efficaces ? I, la puissance apportée au milieu par unité de surface ?

Le problème quand on répond à une question, c'est qu'il en vient toujours plein d'autres après !!!

[ Dernière édition du message le 15/10/2017 à 19:40:15 ]

28
Citation :
je cherche juste le phénomène physique qui lie valeur instantanée et valeur efficace, le phénomène qui explique pourquoi on a pris cet outil mathématique et pas un autre.
La valeur efficace n'a pas de réalité en soi. C'est bien un artifice de calcul qui permet de calculer plus simplement la puissance moyenne.
Tu ne trouveras donc pas de raison physique car c'est d'abord un aspect mathématique.

Effectivement, dans les étapes de calcul c'est valeur (de champs) instantanées --> valeurs efficaces --> puissance moyenne. Mais le raisonnement qui amène à définir la valeur efficace ne suit pas cette ordre : C'est un mode de calcul qui a été introduit a posteriori car il simplifie les calculs dans le cas de signaux périodiques.

Le lien entre la puissance instantanée et la puissance moyenne c'est simplement... Le calcul de la valeur moyenne.

Dans la pratique, on ne peut pas avoir accès à une mesure de la puissance instantanée alors on se contente de valeurs moyennes et, de manière pragmatique, cela suffit assez souvent lorsque le régime périodique ou stationnaire est établi.

Rien ne t'empêche de calculer un bilan d'énergie avec l'intégrale de la puissance sur un intervalle de temps ; il y a même des applications où l'on ne peut pas faire autrement. Il suffit, par exemple, de travailler sur un signal amorti rapidement pour ne plus pouvoir travailler avec des valeurs RMS.


Autre cas ou l'on ne peut pas utiliser directement les valeurs efficaces : Les interférences. On ne peut pas travailler en valeur RMS car il faut prendre en compte les alternances positives / négatifs des grandeurs de champs avant de passer au calcul de la puissance/intensité.
En raisonnant uniquement en termes de valeurs efficaces il n'est pas possible de montrer que deux ondes en "opposition de phase" s'annulent.

Citation :
Donc I est déjà une grandeur issu de valeurs efficaces, celle de la différence de pression P (par rapport à la pression au repos) et celle de la vitesse vibratoire u.
Non. I est a priori une grandeur variable au cours du temps qui peut, dans certains cas, être résumé à sa valeur moyenne.

Citation :
Est ce qu'il existe une vitesse vibratoire de l'air au repos ?
Oui, c'est l'agitation thermique. Les vibrations s'opèrent dans toutes les directions ; la moyenne du déplacement dans un volume est nulle.

Pression et vitesse de la perturbation locale qu'est l'onde acoustique sont liées et même totalement couplées :
- La variation de pression met en déplacement des particules ;
- Le déplacement des particules créé des variations de pressions.

C'est pour cette raison que la perturbation se propage de proche en proche.

[ Dernière édition du message le 16/10/2017 à 07:52:12 ]

29
Merci pour toutes ces explications, j'aurais bien aimé relié ça à quelque chose de concret, mais bon...

En tout cas j'ai bien avancé dans ma compréhension de la chose, et j'espère pourvoir transmettre ça de façon simple =)
30
x
Hors sujet :
A Feenux :

1ère erreur :
J'ai cherché et trouvé mon erreur en ce qui concerne la différence de vitesse entre les fréquences basses et les médium-aigus (avec parfois d'autres problèmes de phase). Ca se passe en fait dans un pavillon (ou tobogan), résultats en page 30(lien ci-dessous). Au final le problème de retard se retrouve bien dans l'air, mais ce n'est pas dû à l'air lui-même comme l'a corrigé EraTom. C'est ici en pdf :
https://www.emc.fr/upload/resource/pdf/25.pdf

2ème erreur : Je n'avais pas dit que les fréquences basses étaient "plus directives", j'avais dit "non directives", mais il fallait dire "moins directives", comme l'a corrigé Jan.


Alors un grand merci à Jan et à EraTom pour leur grand savoir. :bravo:
Et merci Feenux d'avoir créé ce sujet très intéressant.;)

Mon soundcloud  Good times !   

                      

[ Dernière édition du message le 19/10/2017 à 15:03:19 ]