Effect of air humidity and carbon dioxide in the sound propagation for the modeling of wind musical instruments
Prise en compte de l'humidité de l'air et du dioxyde de carbone dans la vitesse du son pour la modélisation des instruments de musique à vent
Résumé
The musical context is very demanding on the precision of many quantities. For example, the threshold of hearing the variation of the frequency of a sound is around 3 cents, which corresponds to a variation smaller than 0.2%. In music acoustics, in order to have sufficiently precise predictions and to be able to compare calculations and measurements, it is therefore necessary to know the value of the physical quantities with great precision. This is particularly true for the speed of sound, which is directly related to resonance frequencies.
When making measurements in the laboratory or when playing a wind instrument, the composition of the air can vary through the relative humidity and the carbon dioxide content. This composition influences the physical characteristics of the gas mixture inside the instrument and therefore its acoustic properties. The objective of this report is to review the literature dealing with the estimation of the values of the different quantities necessary for the calculation of wave propagation in wind instruments. The measurements and theoretical aspects gathered show that the humidity and carbon dioxide content modify these quantities in a non-negligible way with respect to the musical requirements. Approximate expressions allowing a simple implementation of these dependencies are also proposed and tested on a simple case (cylindrical tube).
Le contexte musical est très exigeant sur la précision de nombreuses quantités. Par exemple, le seuil d’audition de la variation de la fréquence d’un son se situe autour de 3 cents, ce qui correspond à une variation inférieure à 0.2%. En acoustique musicale, afin d’avoir des prédictions suffisamment précises et de pouvoir comparer des calculs et mesures, il est donc nécessaire de connaître la valeur des grandeurs physiques avec une grande précision. Ceci est notamment vrai pour la vitesse du son qui est directement liée aux fréquences de résonance.
Lorsque l’on effectue des mesures en laboratoire ou lorsqu’on joue d’un instrument à vent, la composition de l’air peut varier à travers l’hygrométrie (taux d’humidité relative) et le taux de dioxyde de carbone. Cette composition influence les caractéristiques physiques du mélange gazeux à l’intérieur de l’instrument et donc ses propriétés acoustiques. L’objectif de ce rapport est de faire un bilan de la littérature traitant de l’estimation des valeurs des différentes quantités nécessaires au calcul de la propagation des ondes dans les instruments de musique à vent. Les mesures et les aspects théoriques rassemblés montrent que les taux d’humidité et de dioxyde de carbone modifient ces grandeurs de manière non négligeable vis-à-vis des exigences musicales.
Des expressions approchées permettant une implémentation simple de ces dépendances sont également proposées et testées sur un cas simple (tube cylindrique).
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)