Sons et bruits : qu entend-on?

> OS X Couleur H YGIÈNE ET S ANTÉ 5 C ONFORT DANS LA M AISON ET L E NTREPRISE Sons et bruits : qu entend-on? Qu est-ce qui différencie les sons émis par ces différents instruments et appareils? Quelle est leur place dans la chaîne du son? Activité 1 Tous les sons sont-ils audibles? Activité 7 Un sonomètre peut-il «remplacer» l oreille? Activité 8 Peut-on «voir» un son? Activité 3 Peut-on reproduire un son? Activité 6 5 11116_05_C05.indd 5 9/04/09 16:37:37

ACTIVITES ACTIVITE 1 Quels sont les éléments essentiels dans la chaîne du son? DOC.1 Les phénomènes sonores Les phénomènes sonores sont constamment présents dans la vie quotidienne. Ils doivent, pour être perçus, se propager d un émetteur vers un récepteur. Les sons sont émis par des corps animés d un mouvement vibratoire. Ils sont, pour l homme ou les animaux, perceptibles grâce à un organe : l oreille. L évolution des techniques a aussi permis leur émission et leur réception au moyen de divers appareils : haut-parleur, microphone, sonomètre À l aide du doc. 1 et des illustrations de la page 47, citer des exemples d émetteurs et de récepteurs. chaîne du son Émission...... Propagation ception...... ACTIVITE 2 un micro-ordinateur équipé de haut-parleurs des fichiers sons un diapason un gong une perceuse etc. Comment qualifier une sensation auditive? À l écoute des fichiers sons fournis et des sons émis par les différents instruments mis à votre disposition, exprimer la sensation perçue à l aide d un ou plusieurs mots (aigu, fort, agréable ). Diapason Guitare Gong... Perceuse... 6 MEMO Les mots... ou... permettent de distinguer un son d un bruit. Les mots... ou... permettent de qualifier la hauteur d un son. Les mots... ou... permettent de qualifier l intensité d un son.

> OS X Couleur 5 ACTIVITE 3 SONS ET BRUITS : QU ENTEND-ON? Peut-on «voir» un son? DOC.2 Perception auditive et grandeurs physiques DOC.3 Dispositif expérimental perception auditive ne permet pas d appréhender les grandeurs physiques associées aux caractéristiques d un son. Pour visualiser un signal sonore et effectuer des mesures, l utilisation d appareils (transducteurs) est indispensable. Leur fonctionnement peut être schématisé par une chaîne de conversion. Compléter le schéma de la chaîne de conversion en indiquant le nom des éléments du dispositif expérimental assurant l émission, la conversion et la visualisation de l onde sonore (doc. 2 et 3). Chaîne de conversion Émission Onde sonore gnal électrique Visualisation Transducteur... ACTIVITE 4 tout le matériel de l activité 2 un système d acquisition équipé d un capteur microphone prêt à l emploi...... Quelles sont les caractéristiques d un signal sonore? 1. aliser le montage expérimental illustré en doc. 3 de l activité 3. 2. Placer le capteur microphone à une distance d environ 20 cm de la source sonore (instrument ou haut-parleur). 3. Émettre le son, puis lancer l acquisition. 4. Observer le signal obtenu, puis compléter le tableau de la page suivante. 5. Renouveler les étapes précédentes pour chacun des sons mis à votre disposition. 7 11116_05_C05.indd 7 9/04/09 16:37:41

ACTIVITES Son émis par gnal périodique Son pur Période T en s Fréquence f en Hz Diapason oui non oui non Gong oui non oui non Perceuse oui non oui non Guitare oui non oui non... oui non oui non... oui non oui non ACTIVITE 5 Existe-t-il un lien entre fréquence et note de musique? DOC.4 Extrait de document technique Certains sons peuvent être associés à des notes de musique, identifiées par la valeur, en hertz, de leur fréquence. 27,5 30,863 32,703 36,708 41,654 43,654 48,999 55 61,735 65,406 73,416 82,407 87,307 97,999 110 123,47 130,81 146,83 164,81 174,61 196 220 246,94 261,63 293,66 329,63 349,23 392 440 261,63 293,66 329,63 349,23 392 440 493,88 523,25 587,33 659,26 698,46 783,99 880 987,77 1 046,5 493,88 523,25 587,33 659,26 698,46 783,99 880 987,77 1 046,5 1 174,7 1 318,5 1 396,9 1 568 1 760 1 975,5 2 093 2 349,3 2 637 2 793 3 136 3 520 3 951,1 4 186 médium médium 3 3 MEMO visualisation du signal électrique associé à un signal sonore permet de caractériser certaines qualités d un son : un signal... distingue un son d un bruit ; un signal périodique... distingue un son pur d un son complexe ; la... du signal, exprimée en..., caractérise sa hauteur. 8 À partir du tableau de l activité 4, entourer, sur le doc. 4, les notes émises par le diapason (en rouge) et la guitare (en bleu).

5 SONS ET BRUITS : QU ENTEND-ON? ACTIVITE 6 un GBF un oscilloscope un haut-parleur un microphone un diapason Peut-on reproduire un son à l aide d un GBF? 1. aliser le montage schématisé ci-dessous : X Y A Y B HP FICHE MÉTHODE 1 2. Prérégler le GBF (signal sinusoïdal, fréquence d environ 400 Hz, amplitude réglée à mi-course). 3. Mettre l oscilloscope, le microphone et le GBF sous tension, puis régler l oscilloscope afin de visualiser à l écran un signal «complet» comportant au moins deux périodes. 4. Agir sur le bouton de réglage de fréquence du GBF afin d obtenir à l écran de l oscilloscope un signal de période T = 2,25 ms. 5. Comparer (à l oreille ou en prenant appui sur les mesures effectuées lors de l activité 4) le signal obtenu et le son perçu avec celui émis par le diapason. Le son émis par le GBF est-il identique ou proche de celui émis par le diapason? Quel est alors l avantage d utiliser le GBF plutôt que le diapason? 6. Sans modifier les réglages précédents, modifier la forme du signal en sélectionnant un signal «carré» puis un signal «triangulaire». Indiquer ci-dessous vos constatations : MEMO Il est possible de reproduire un son à l aide d un... Il présente l avantage de fournir un son... et dont le timbre peut être modifié en changeant la... du signal. 9

ACTIVITES ACTIVITE 7 Toutes les fréquences sonores sont-elles audibles? un GBF un haut-parleur 1. aliser le montage schématisé cicontre : 2. Prérégler le GBF (signal sinusoïdal, amplitude réglée à mi-course). HP FICHE MÉTHODE 1 3. Mettre le GBF sous tension et faire varier progressivement la fréquence du signal de 0 à 24 000 Hz. Indiquer ci-dessous vos constatations : 4. Balayer à nouveau l ensemble des fréquences, puis compléter l échelle des fréquences à l aide des termes suivants : grave, médium, aigu, audible, inaudible....hz 300 Hz 3 000 Hz...Hz... Infrasons Ultrasons 5. Comparer vos observations avec celles de vos camarades et demander à votre professeur de vous indiquer ses propres sensations. Exprimer par une phrase les différences observées lors de cette comparaison. 6. Recommencer l expérience en diminuant l amplitude du signal de moitié. Indiquer ci-dessous vos constatations : MEMO Pour l oreille humaine, la gamme des sons audibles s étend de... Hz à... Hz environ. Cette perception dépend aussi de... du son qui varie en fonction de... et de la... du signal. Plus la fréquence est élevée, plus le son est..., plus elle est basse, plus le son est... Les infrasons et les ultrasons sont... pour l oreille humaine. 10

5 SONS ET BRUITS : QU ENTEND-ON? ACTIVITE 8 Un sonomètre peut-il «remplacer» l oreille? DOC.5 Le niveau d intensité acoustique L oreille humaine peut percevoir des sons dont l intensité acoustique s échelonne entre 10 12 W/m 2 et 10 2 W/m 2. Pour obtenir des valeurs plus faciles à appréhender, on a défini le niveau d intensité acoustique, mesuré en décibels (db) dont les valeurs s échelonnent de 0 à 140 (échelle logarithmique). De plus, à amplitude de signal égale, les sons graves étant moins perceptibles que les sons aigus, les mesures doivent être pondérées. On nomme ainsi décibel physiologique, noté db(a), l unité qui tient compte de cette correction, l autre unité, le db(c), n en tenant pas compte. L appareil permettant de mesurer un niveau d intensité acoustique en décibels se nomme le sonomètre. DOC.6 Niveau d intensité acoustique en db 140 120 100 80 60 40 20 0 Le champ auditif humain Seuil d audibilité Seuil de la douleur maine de la conversation 16 32 64 125 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000 Fréquence en Hz Travail 1 à réaliser Étude de documents pondre aux questions ci-dessous à partir des doc. 5 et 6. 1. Pourquoi l unité de mesure «décibel» a-t-elle été créée? 2. Pourquoi une pondération des mesures est-elle nécessaire? 3. Quel doit être le niveau d intensité acoustique pour qu un son de fréquence 125 Hz soit audible? 4. Dans quel intervalle de fréquences des sons d un niveau d intensité acoustique de 60 db sont-ils audibles? un GBF un haut-parleur un sonomètre Travail 2 à réaliser Vérification expérimentale 5. À l aide du matériel ci-contre, vérifier : le seuil d audibilité (en db) pour un son de fréquence 125 Hz ; l intervalle de fréquences audibles pour un niveau d intensité acoustique de 60 db. Les résultats expérimentaux sont-ils en accord avec le doc. 6?... 11

> OS X Couleur SITUATION DE LA VIE PROFESSIONNELLE Comment améliorer la perception d une sonnerie d alarme? Un installateur d alarmes, spécialisé dans la protection du petit matériel pour une chaîne de grande distribution, est contacté par un responsable de rayon téléphonie mobile. Celui-ci dispose d un système antivol pour son matériel mais considère que l intensité du son émis lorsqu un problème intervient n est pas suffisante. Il lui demande donc de bien vouloir installer un hautparleur supplémentaire dans son rayon afin de doubler l intensité du son émis. L installateur lui indique alors que ce n est peut-être pas la meilleure solution mais qu il doit être possible de répondre à sa demande en modifiant d autres paramètres : la fréquence du son émis ou la forme du signal. Caractéristiques actuelles du système : Quelle est la meilleure solution adaptée à cette situation si l on veut augmenter le niveau d intensité acoustique de 5 db? gnal sinusoïdal de fréquence 500 Hz Niveau d intensité acoustique à 1 m : 65 db un GBF deux haut-parleurs un sonomètre une règle graduée les dispositifs de protection adéquats 1. Imaginer un protocole expérimental permettant d étudier cette situation en respectant les conditions expérimentales suivantes : amplitude du signal constante, sonomètre placé à 1 m du haut-parleur. Schéma Protocole doubler le nombre de haut-parleurs modifier la fréquence modifier la forme du signal f =... Hz L1 =... db L2 =... db L3 =... db 2. Indiquer ci-dessous la solution la mieux adaptée à la situation : 12 11116_05_C05.indd 12 9/04/09 16:37:44

EXERCICES 5 SONS ET BRUITS : QU ENTEND-ON? 1 Les qualités d un son a. fréquence d un son caractérise : sa hauteur ; son intensité b. L amplitude et la forme du signal sonore déterminent : sa hauteur ; son intensité 2 Sons audibles a. L oreille humaine peut percevoir des sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 khz. Vrai ; ux b. Pour un niveau d intensité acoustique de 50 db, tous les sons de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 khz peuvent être perçus par l oreille humaine. Vrai ; ux 3 Mesures au sonomètre a. Un sonomètre permet de mesurer le niveau d intensité acoustique d un son. Vrai ; ux b. Un sonomètre permet de différencier : un son grave d un son aigu ; un son fort d un son faible. c. Les mesures au sonomètre sont proches des perceptions de l oreille humaine lorsqu il est positionné sur : db(c) ; db(a). Les réglages du dispositif sont : sensibilité horizontale : 1 ms/div ; sensibilité verticale : 0,5 V/div. a. À partir de la courbe précédente, déterminer, en secondes, la période T du signal. b. Calculer, en hertz, la fréquence f du signal. c. Pour la note appelée 3 la fréquence est f = 440 Hz. Que peut-on en conclure pour la tonalité du téléphone? 6 Son émis par un instrument de musique courbe ci-dessous est la visualisation du son émis par un instrument de musique. 4 Reproduction d un son Le professeur vous demande de reproduire en laboratoire un son dont les caractéristiques sont les suivantes : fréquence du signal : 110 Hz ; signal sinusoïdal ; niveau d intensité acoustique mesuré à 1 m : 65 db. À partir, des différentes activités expérimentales réalisées au cours de ce chapitre : a. Lister le matériel nécessaire pour répondre à cette demande. b. Proposer une schématisation du montage expérimental à réaliser. c. Écrire un protocole permettant de reproduire ce son et de vérifier avec exactitude ses caractéristiques. 5 Détermination de la fréquence d un son Le son émis par la tonalité du téléphone est capté par un microphone relié à un dispositif de visualisation. On obtient la courbe suivante : Les réglages du dispositif sont : sensibilité horizontale : 0,5 ms/div. ; sensibilité verticale : 0,5 V/div. a. Le signal est-il périodique? oui, sur la courbe, délimiter le motif qui se reproduit régulièrement. b. Préciser quelles sont la période P (en s) et la fréquence f (en Hz) du signal. c. Préciser, en justifiant la réponse, s il s agit d un son pur. 13

EVALUATION Pourquoi existe-t-il différents types de haut-parleurs? 1. aliser le montage schématisé ci-dessous, puis régler les différents appareils comme indiqué. K Caisson acoustique GBF - glages ; 100 Hz GBF V HP Sonomètre glages Pondération «A» Mode «lent» ire vérifier le montage et les réglages et, devant le professeur, effectuer la mesure suivante : 2. Mettre le sonomètre en marche, fermer l interrupteur, ajuster la tension du GBF à 0,8 V. 3. Mesurer en décibels (db) le niveau d intensité acoustique L, puis noter la valeur dans le tableau. f (Hz) 100 200 300 400 500 700 900 1 000 L (db) f (Hz) 2 000 3 000 4 000 6 000 8 000 10 000 11 000 12 000 L (db) 4. Poursuivre les mesures pour chacune des fréquences du tableau. ( tension du GBF restant fixée à 0,8 V.) ire vérifier les mesures. 5. On appelle «réponse d un haut-parleur» l intervalle de fréquences pour lesquelles le niveau d intensité acoustique L reste quasiment constant et proche de 85 db. Indiquer la réponse du haut-parleur étudié. 6. Indiquer le type de ce haut-parleur ; on en distingue classiquement trois types : les «boomers» pour les sons graves ; les «médiums» pour les sons médiums ; les «tweeters» pour les sons aigus. 14 ire vérifier les réponses et la remise en état du poste de travail par le professeur.