Cme3 – tous les sons sont-ils audibles ?








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date de publication29.03.2017
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CME3 – tous les sons sont-ils audibles ?


Capacités

Connaissances

Expériences

  • Mesurer la période, calculer la fréquence d’un son pur.

  • Mesurer le niveau d’intensité acoustique à l’aide d’un sonomètre

  • Produire un son de fréquence donnée à l’aide d’un GBF et d’un haut parleur.

  • Classer les sons du plus grave au plus aigu, connaissant leurs fréquences.




Savoir qu’un son se caractérise par :

  • une fréquence exprimée en hertz

  • un niveau d’intensité acoustique, exprimé en décibel.


Savoir qu’il existe :

  • une échelle de niveau d’intensité acoustique


Savoir que :

  • la perception d’un son dépend à la fois de sa fréquence et de son intensité.

  • Etude de la production, propagation et réception d’un son.

  • Etude de la l’addition des niveaux sonores

  • Mise en évidence expérimentale de la plage des fréquences des sons audibles.



  1. Réflexion sur la problématique


Question générale : « Tous les sons sont-ils audibles ? »
Exemples de situations :

  • Certains sifflets émettent des sons perceptibles par des animaux et non par l’homme.

Elément mis en cause : « La fréquence »


  • Certaines sonneries de portables ne sont pas entendues par les personnes âgées.

Elément mis en cause : « Le volume sonore »
Démarche :

  1. Comment comparer deux sons autrement qu’avec l’oreille si certains sont inaudibles ?

Proposer un TP qui permette la visualisation d’un son.

  1. Etudier les caractéristiques d’un son.

Proposer un TP qui permette grâce à un appareil (« émetteur sonore ») de faire mettre en évidence les différentes caractéristiques d’un signal sonore.

  1. Faire varier ces différentes caractéristiques pour répondre à la question générale : « Tous les sons sont-ils audibles ? »

Matériel

Choix des éléments

Une source sonore

Un son émis par : une voix, la note d’un piano, un diapason

Un récepteur sonore

Un microphone qui convertit le son reçu en un signal électrique

Un matériel de visualisation d’un signal sonore

Un ordinateur équipé d’une entrée audio. Un logiciel type « Editeur audio ».


Observations :

  • En comparant la forme des signaux obtenus par les différentes sources, quelle est la caractéristique commune à la forme du signal d’un son émis par une voix, d’une note de piano ou d’un diapason ?

 On remarque, pour chacun, que la première partie du signal est périodique.

  • Cette caractéristique est-elle observée par le signal émis un claquement de porte ou de main ?  Non.

  • Quelle est la forme du signal émis par le diapason lorsqu’il est frappé ?  Forme sinusoïdale.


On retiendra :

On distingue les différents types de signaux suivants :





Le bruit

Le son




Son complexe

Son pur

Forme du signal







Définition

Signal confus, désordonné 

Il présente un signal périodique (« composé de motifs qui se répètent régulièrement ») que l’on appelle son « timbre »

Signal périodique

mais non sinusoïdal

Signal sinusoïdal

Exemples de sources

Claquement de porte, ambiance de la rue,…

Toutes sources animées d’un mouvement vibratoire 

Une lame métallique fixe, une corde tendue, un haut-parleur alimenté par un générateur basse fréquence (GBF), une corde vocale




Un diapason lorsqu’il est frappé






  1. Les sons que l’on peut entendre




  1. Variation d’une caractéristique du son


Le signal d’un son étant périodique, on définit :


  • la période T (en seconde) : La durée, en secondes, du motif répété.

  • la fréquence f du signal par la relation : f = avec T en seconde et f en Hertz

Activité expérimentale : Comment faire varier la fréquence d’un son ?


Matériel

Choix des éléments

Une source sonore

Un générateur basse fréquence (GBF) qui est un appareil électrique qui fournit un signal électrique à une fréquence que l’on définit

Un haut-parleur qui convertit le signal électrique reçu par le GBF en un signal sonore

Un récepteur sonore

L’oreille humaine


Protocole expérimental :
La photo ci-contre présente le circuit électrique à réaliser :
Un GBF relié à un haut-parleur par deux fils conducteurs.


  • On réalise le montage avec les réglages pour le GBF :

Fréquence f = 1 Hz R = 50 

Tension de sortie réglée au minimum

  • On augmente la fréquence la fréquence et on note la valeur

f1 à partir de laquelle le son émis par le haut-parleur est audible.

  • On augmente encore la fréquence jusqu’à ce que le son émis ne soit plus audible et on note la valeur f2.


Observation :


  • Quel est l’intervalle des fréquences des sons audibles ?  [ 40 Hz ; 11 000 Hz ] « pour être honnête ! »

  • Que peut-on dire, « à l’oreille », des sons audibles dont les fréquences :

    • sont proches de f1 ?  Ils sont « graves »

    • sont proches de f2 ?  Ils sont « aigus »




On retiendra :

  • Les sons audibles par l’oreille humaine ont des fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz.




  • On définit alors la « hauteur » d’un son comme la nature plus ou moins grave ou aigu du signal perçu.




  • Ainsi on distingue trois catégories :

  • Les « sons graves » de fréquences comprises entre 20 Hz et 300 Hz

  • Les « sons médium » de fréquences comprises entre 300 Hz et 1 500 Hz

  • Les « sons aigus » de fréquences comprises entre 1 500 Hz et 20 000 Hz




  • Au-delà des sons aigus de fréquences supérieures à 20 000 Hz, commencent les « ultrasons » perceptibles uniquement par certains animaux.




  • En deçà des sons graves de fréquences inférieures à 20 Hz, commencent les « infrasons ».



Conclusion :


  • Peut-on répondre à la question générale du cours ?  Les sons ne sont donc pas tous audibles.

  • Quel est le paramètre mis en évidence qui dépend de l’audition d’un son ?  Sa hauteur (fréquence)




  1. Variation d’une autre caractéristique du son


Activité expérimentale :


Matériel

Choix des éléments

Une source sonore

Un générateur basse fréquence (GBF)

Un haut-parleur placé dans un caisson en bois

Appareils de mesure

Un multimètre en mode voltmètre

Le sonomètre qui mesure le niveau d’intensité acoustique (en décibel dB)




Protocole expérimental :

La photo ci-contre présente le montage à réaliser : Dans un caisson en bois, un haut-parleur est relié à un GBF.


  • Avec le sonomètre, on mesure le niveau d’intensité acoustique L, d’un lieu « silencieux » : L = 35 dB

  • On réalise le montage tel que le GBF soit réglé à la fréquence de 1000 Hz.

  • On introduit la sonde du sonomètre dans le caisson.

  • Sur le GBF et grâce au voltmètre sur le calibre V , on fait varier la tension efficace de sortie selon les valeurs du tableau et on relève le niveau d’intensité acoustique correspondant.

Tension U (V)

(R = 50  ou 600 )

0

0,05

0,1

0,3

0,4

0,5

Niveau d’intensité acoustique (dB)

…………

…………

…………

…………

…………

…………

Son audible (O/N) ?

…………

…………

…………

…………

…………

…………


Observation :


  • Le niveau d’intensité acoustique du « silence » est-il nul ?  Non

  • Lorsque la tension de sortie augmente :

  • Comment évoluent les valeurs du niveau d’intensité acoustique ?  Elles augmentent.

  • Comment évolue « la force » du niveau d’intensité acoustique ?  Il augmente aussi.

  • Le son est-il toujours audible ?  Non

  • Etant donné le choix de fréquence du son de l’expérience, en quoi votre dernière réponse est-elle contradictoire avec les observations du paragraphe précédent ?

 La fréquence choisie est de 1000 Hz donc dans l’intervalle des fréquences audibles.

  • La perception d’un son dépend-elle, alors, uniquement de sa fréquence ? Non, elle dépend aussi du niveau de l’intensité acoustique.




On retiendra :

  • Le niveau d’intensité acoustique indique si un son est « fort » ou « faible ».

  • Le niveau d’intensité acoustique se note « L » et se mesure en décibel (dB).

  • La perception d’un son dépend à la fois de sa fréquence et de son niveau d’intensité acoustique.




On peut donc conclure sur la problématique de ce cours :
La perception d’un son dépend à la fois :

  • de sa fréquence et

  • de son niveau d’intensité acoustique.


Le diagramme suivant présente les différentes combinaisons des deux caractéristiques :




Echelle des niveaux d’intensité acoustique :



CME3 : Comment isoler une pièce du bruit ? sur

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