Leçons de physique Module HS3: Faut-il se protéger des sons?

Transcription

1 Leçons de physique Module HS3: Faut-il se protéger des sons? Niveau: Seconde professionnelle Référentiel PLP: A- Production d'un son B- Caractéristiques d'un son C- Niveau d'intensité acoustique D- Bande passante de l'oreille E- Effets des nuisances sonores F - Dispositifs de protection

2 A- Production d'un son Expérience 1: Lorsque l'on frappe le diapason avec un maillet, celui-ci vibre et un son parvient à notre oreille. Expérience 2: De la même manière, si on relie un haut-parleur à un GBF, la membrane du haut-parleur vibre (on peut s'en assurer en plaçant un morceau de paille sur celle-ci), et il y a émission d'un son (pour certaines fréquences). Expérience 1-2 bis: On peut reprendre les deux expériences précédentes, en plaçant un micro relié à un oscilloscope à proximité. On observe alors un signal sur l'écran de l'oscilloscope. Lorsque le diapason ou la membrane du haut-parleur vibre, il émet un son. Ces vibrations font osciller les molécules contenues dans l'air à proximité de ceux-ci. On peut observer: des zones de compression des zones de dilatation Ces oscillations se propagent jusqu'à notre oreille ou jusqu'au micro d'où notre perception du son ou le signal sur l'écran de l'oscilloscope. Une onde sonore est une onde qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel dans toutes les directions. Il n'y a pas de transport de matière mais il y a transport d'énergie (énergie mécanique). 1- Hauteur d'un son 2- Relation entre fréquence et période B- Caractéristiques d'un son Expérience 3: Même montage que l'expérience 2 Faire varier la fréquence (250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz) et caractériser le son obtenu: son grave, médium, aigu? Fréquence d'un son caractérisant sa hauteur. Plus la fréquence est élevée plus le son ai aigu. Expérience 4: Même montage que l'expérience 2bis

3 Détermination de la période obtenue sur l'oscilloscope pour différentes fréquences du GBF Calcul de 1/T Conclusion: fréquence de l'onde sonore f = 1/T (= fréquence du signal émis) Applications: Détermination de la fréquence d'un son pur: son émis par un diapason (La3) Dispositif expérience 1bis: Sinusoïde (son pur) - Mesure de la période sur l'écran de l'oscilloscope Déduction de la fréquence f=1/t => 440Hz Introduction au timbre d'une voix (sons complexes) (par le professeur) Possibilité de distinguer deux instruments jouant la même note (Ex: La3) timbre De distinguer 2 chanteurs... Étude d'un son émis par l'homme: (analyse avec oscilloscope numérique)

4 Une fréquence dite fondamentale et des fréquences harmoniques (multiples de la fréquence fondamentale) Timbre caractérisé par le nombre de fréquences harmoniques et leurs intensités C- Niveau d'intensité acoustique Niveau d'intensité acoustique se mesurant à l'aide d'un sonomètre et s'exprimant en db Expérience 5: Sonomètre à diriger vers la source sonore Variation de l'amplitude du signal fourni par le GBF (fréquence constante) Augmentation du volume sonore perçu augmentation du niveau d'intensité sonore mesurée par le sonomètre L=10log(I/I0) multiplier l'amplitude du signal par 2 <=> multiplier l'intensité sonore par 4 <=> augmenter le niveau d'intensité sonore de 6dB (Mesure dans un caisson à la source?) D- Bande passante de l'oreille Tous les sons sont-ils audibles? (éventuellement DI) Expérience 6: Même dispositif que expérience 2 Faire varier la fréquence (pour une amplitude donnée) et «observer» l'intensité sonore perçue

5 L'oreille ne perçoit pas toutes les sons. Les sons audibles pour l'oreille humaine ont une fréquence comprise entre 20Hz et 20kHz. L'oreille ne perçoit pas «en terme d'intensité» de la même manière deux sons de fréquences différentes. E- Effets des nuisances sonores et dispositifs de protection Document: Extrait du document Prévention des effets auditifs du bruit Ministère de la santé Le seuil de la douleur auditive (120 décibels) est supérieur au seuil de danger (85 décibels) ; pour cette raison, il est absolument nécessaire d adopter un comportement préventif dès que l on se trouve exposé à plus de 85 décibels. A titre indicatif, tant que le niveau sonore permet de tenir une conversation, le niveau est inférieur à 85 décibels. S il est nécessaire de crier pour se faire comprendre, l exposition sonore peut présenter un danger pour l audition. Les principaux facteurs de risque pour l audition sont, outre l intensité sonore et la durée d exposition, la fréquence du son (son aigu ou grave). C est donc en agissant simultanément sur ces différents facteurs que l on interviendra pour diminuer les risques. Quelques exemples : à moins de 85 db(a), il n est pas nécessaire de surveiller la durée d exposition ; à 94 db(a), la durée d exposition quotidienne tolérable sans protection est de 1 heure ; à 100 db(a), la durée d exposition quotidienne tolérable sans protection est de 15 minutes ; à 105 db(a), la durée d exposition quotidienne tolérable sans protection est de 5 minutes. Limiter le niveau sonore d exposition : lorsque cela est possible, baisser niveau d émission reste le moyen le plus simple et le plus efficace; s éloigner de la source sonore : en plein air, le niveau sonore décroît de 6 décibels lorsque la distance double ; porter des protections (casques antibruit professionnels ). Le port de ces protections est nécessaire lorsque l on est exposé à des bruits impulsionnels de forte intensité (armes à feu, pétards ). Cas particuliers de l exposition à de la musique : Les risques auditifs sont peu liés au plaisir de l écoute ou à la qualité du son : à niveau et à durée d exposition équivalents, l écoute d une musique agréable et l exposition sonore à un bruit déplaisant

6 présentent quasiment les mêmes risques. Concerts et discothèques: s éloigner des enceintes; s équiper de bouchons d oreilles; s octroyer des moments de calme (environ 30 minutes toutes les 2 heures dans un endroit calme); ne pas utiliser le caisson de basse comme tabouret. Baladeurs: réduire le volume; ne pas écouter plus d une heure de suite à volume moyen. Attention: aux baladeurs achetés avant septembre 1998 : la limitation de la puissance maximale de sortie des appareils à 100 décibels SPL n est entrée en vigueur que le 1er septembre 1998 ; aux changements d écouteurs : l utilisation d écouteurs remplaçant ceux vendus avec le baladeur peut induire un dépassement du seuil de 100 décibels SPL. Dès l apparition d acouphènes (bourdonnements, sifflements dans les oreilles), de baisse d audition ou de sensation de «coton» dans les oreilles, cessez immédiatement l exposition sonore. Si ces symptômes persistent quelques heures après l exposition ou après une nuit de sommeil, consultez immédiatement un médecin ORL ou les Urgences. Dans certains cas, un traitement immédiat peut éviter des troubles irréversibles. Expérience 5BIS: Sonomètre à diriger vers la source sonore Éloigner le sonomètre de la source => diminution du niveau d'intensité sonore Expérience 7 Mesure de l'intensité sonore dans une caisse où l'on a placé un haut-parleur. Nouvelle mesure lorsque l'on a interposé de la mousse entre la source et le sonomètre. Diminution du niveau d'intensité sonore Absorption d'une partie de l'énergie mécanique véhiculée par les signaux sonore