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LE LIVRE DES TECHNIQUES DU SON 54 2.3 Rayonnement des sources acoustiques Les ouvrages d’acoustique consacrés aux instruments de musique se donnaient principalement pour tâche, jusqu’à une époque récente, d’expliquer le fonctionnement des cordes vibrantes, des tuyaux, des plaques, sans envisager de façon concrète la façon dont les diverses parties vibrantes émettent dans l’air environnant. Nous ne donnons ici que les grands principes. Pour plus de détail on pourra consulter avec profit l’ouvrage édité récemment par A. Chaigne et J. Kergomard [4]. De l’énergie totale communiquée à l’instrument, la plus grande partie est dépensée pour l’entretien des vibrations ou perdue en frottements visco-thermiques. Une faible partie seulement est transformée en énergie vibratoire aérienne. Le rendement acoustique des instruments à vent est particulièrement mauvais : de l’ordre de 2 % à 5% de l’énergie fournie. 2.3.1 Données physiques sur le rayonnement des sources en champ libre Une source petite devant la longueur d’onde, peut être considérée comme ponctuelle. Son rayonnement est omnidirectionnel et l’intensité décroît en fonction du carré de la distance. Une flûte bouchée (bourdon) en est un bon exemple. L’expérience montre que le signal acoustique recueilli en divers points de l’espace est identique à celui de la source, compte tenu des corrections de phase et du réajustement de l’amplitude pour compenser l’éloignement (figure 2.8a). Figure 2.8 — Signal temporel capté simultanément en deux points de l’espace (champ libre) d’après F. Wu. a) Source ponctuelle : tuyau à bouche émettant par un seul orifice. Le signal est semblable aux deux points considérés, à un facteur près pour l’amplitude et avec un décalage temporel dû à la propagation. b) Deux sources ponctuelles : tuyau à bouche à deux orifices. À distance, le signal est réduit en amplitude dans les mêmes proportions que précédemment mais la forme de la période est différente de celle de la source.
© Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. CHAPITRE 2–LES SOURCES ACOUSTIQUES Deux sources ponctuelles donnent lieu à un champ d’interférences encore assez simple. Le signal acoustique est alors extrêmement variable d’un point à l’autre de l’espace : le champ acoustique environnant la source est hétérogène (figure 2.8b). 2.3.2 Données sur les modes vibratoires des tuyaux, et des plaques et membranes Tuyaux et résonateurs Les phénomènes vibratoires qui s’établissent dans les tuyaux et cavités sonores contribuent essentiellement à l’entretien du système excitateur. Aux basses fréquences, la majeure partie de l’énergie est réfléchie sur l’embouchure; au fur et à mesure que la fréquence fondamentale s’élève, une proportion croissante est rayonnée par l’instrument. La figure 2.9 montre l’analyse au sonagraphe d’une séquence jouée à la flûte à bec. Le signal sonore est enregistré simultanément dans le tuyau au moyen d’un très petit microphone inséré dans la paroi intérieure de l’instrument (a) et capté par un microphone extérieur, à 40 cm de l’instrument (b). Par comparaison des deux analyses on note le nombre et l’importance des harmoniques aigus ainsi que l’affaiblissement du fondamental dans le son extérieur. Les points d’émission sont les ouvertures du tuyau sur l’extérieur : trous latéraux, pavillon, embouchure de la flûte. Figure 2.9 — Analyse au sonagraphe du son recueilli simultanément à l’extérieur et à l’intérieur d’une flûte à bec. On voit qu’à l’intérieur du tuyau l’énergie est essentiellement concentrée dans les basses fréquences. L’emploi d’un microphone dans cette position pour « sonoriser » la flûte à bec ne peut évidemment pas donner de bons résultats ! 55
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