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Tout objet vibre et chaque objet a ses propres modes de vibration. Chaque mode de vibration représente une onde stationnaire ou une résonance à une fréquence naturelle. Les modes normaux de vibration sont propres à l’objet. Ils correspondent à l’“Empreinte acoustique” de l’objet. Ils décrivent ainsi les propriétés dynamiques intrinsèques de l’objet. Pour faire une définition plus précise, un « Mode » de vibration correspond à un degré de liberté de vibration sinusoïdale amortie à une fréquence naturelle. La « Vibration » de l’objet est la superposition de tous ses Modes de vibration.

Deux exemples simples de Modes de vibration :

Pour lire les modes d’un objet et ainsi déterminer son empreinte acoustique, il faut l’exciter, soit par un impact ou en appliquant une « onde sinusoïdale à balayage ». Ceci se fait souvent par des marteaux ou par des éléments piézo-électriques.

Les différentes étapes du contrôle qualité acoustique : excitation, acquisition du signal acoustique, analyse et comparaison d’empreinte pour le tri :

En vibrant, les Modes apparaissent à leurs fréquences spécifiques (parfois appelées fréquence naturelles ou eigenfrequency). Le nombre de Modes et de fréquences naturelles de chaque objet est infini.

Exemple d’une signature acoustique
chaque mode de vibration (bleu, rouge, …) apparaît à une fréquence précise avec une certaine amplitude propre à lui

La fréquence des modes et l’amplitude du signal dépendent des propriétés élastiques de l’objet ainsi que de sa géométrie. Il est intéressant de savoir que cette empreinte ne dépend pas du point d’impact de l’excitation, de son intensité ni de la position du capteur. Il est donc possible d’utiliser l’empreinte acoustique pour comparer deux objets similaires, voire d’effectuer du contrôle qualité par résonance acoustique.

Exemple schématique de l’influence d’un défaut sur l’empreinte acoustique :

Un défaut change les propriétés élastiques de l’objet et donc son empreinte acoustique. La figure ci-dessus schématise quelques-unes des modifications de l’empreinte qui permettent de détecter un défaut dans une pièce par une inspection acoustique.

Selon la norme ASTM-E2001, l’inspection acoustique peut être utilisée pour détecter les défauts dans les pièces métalliques et non-métalliques. En une seule mesure, la procédure peut détecter de nombreux défauts, notamment des fissures, des éclats, des coups à froid, des inclusions, des vides, des oxydes, des contaminants, des processus ou opérations manqués, et des variations de dimension, de dureté, de granularité (nodularité), de porosité, de densité et de traitement thermique.

Type de défauts détectables selon la matière :

• Fonte ductile ou grise : Nodularité, fissure, oxyde, fermeture à froid, porosité, traitement thermique, inclusions, carbure, dureté, stress résiduel, perlite
• Acier : Fissures
• Aluminium : Fissure, oxydes, allongement, fermetures à froid, porosité rétractable, trous de soufflage
• Céramique et verre : Fissures

Dans le domaine acoustique, le niveau sonore est souvent exprimé en décibels. Cette valeur indique implicitement le rapport des puissances entre la grandeur mesurée et la valeur de référence qui correspond à un son trop faible pour être entendu.

Exemple : Si P₁ est 100 fois plus puissant que P₀, X_dB =20dB, c’est-à-dire qu’il est 20dB plus « sonore ». Et si P₁ est 1000 fois plus puissant, il sera X_dB =30dB plus sonore. L'intensité acoustique est une grandeur de puissance qui s'exprime en watts par mètre carré (Wm⁻²). La norme ISO 80000-8:2007 définit un niveau d'intensité acoustique de référence de 1pW/m² comme 0dB. C’est par rapport à cette référence que les sons sont estimés en dB.

Soient deux puissances acoustiques P₀ et P₁, leur valeur relative en décibels vaut :