Ressources pour faire la classe

Physique - Chimie
Terminale Série S
« Il m'est arrivé de prêter l'oreille à un sourd. Il n'entendait pas mieux. »
Raymond Devos
Thème : Observer – Ondes et matière.
Type de ressources : Activités documentaires et expérimentales.
Notions et contenus :
 Ondes sonores et ultrasonores,
 Intensité sonore,
 Niveau d’intensité sonore,
Compétences à acquérir :


Analyser une onde sonore,
Connaître et exploiter la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité sonore.
Compétences scientifiques évaluées :



Extraire une information utile,
Formuler des hypothèses,
Analyser un résultat expérimental.
Résumé :
Ce document, conçu sous la forme de trois activités, traite des grandeurs acoustiques permettant de
prendre en compte l’énergie transportée par une onde sonore :

Activité 1 : première approche et utilisation du vocabulaire adapté,

Activité 2 : définir et exploiter la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité sonore,

J’apprends à rédiger : exercice utilisant un vocabulaire adapté uniquement axé sur cet
aspect.
Mots clefs : Onde sonore, fréquence, l’intensité sonore, intensité sonore, niveau d’intensité sonore.
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Quelle grandeur physique permet au mieux de tenir compte des
spécificités de l'audition humaine ?
Table des matières
1.
2.
3.
Activité 1: Un concert de trop (Travail préliminaire à faire à la maison) .......................................... 3
Activité 2: Qu’est-ce qu’une bonne oreille (Travail en classe entière) ............................................. 4
J’apprends à rédiger : Examen d’audiogrammes médicaux ............................................................ 6
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1. Activité 1: Un concert de trop (Travail préliminaire à faire à la maison)
Document 1 : Source : http://www.french.youth.hear-it.org/Un-concert-de-trop
Interview du Dr. Doria Maria Denk, professeur à la clinique ORL de l'Université de Vienne
«Je vois beaucoup de patients avec des acouphènes, sifflements ou tintements aux oreilles ou une
déficience auditive qui survient suite à un concert de musique pop, un
volume à fond sur un Mp3, des sorties fréquentes dans les boîtes de
nuit.
Les médecins ORL en Allemagne ont enregistré les niveaux de bruit de
plusieurs discothèques. Ils y ont trouvé des niveaux de bruit aussi élevé
que le décollage d'un avion à réaction.
Si vous ne voulez pas abandonner les sorties en boîte et les concerts, il
faut au minimum que vous portiez des bouchons d'oreille.
Les très populaires iPods, lecteurs Mp3 peuvent être la cause de ces
problèmes auditifs vu que les jeunes utilisent ces appareils plus
longtemps et plus forts que ce qui est conseillé.
Les petits bouchons d’écouteur, en particulier, sont nuisibles pour la
capacité auditive vu qu’ils sont moins efficaces à bloquer le bruit extérieur que les écouteurs
classiques. Ceci encourage l’auditeur à augmenter le volume sonore.
Document 2 :
La proportion des troubles auditifs chez les
jeunes (moins de 20 ans) est en augmentation.
De plus, 23% des 15-19 ans et 27% des 20-24
ans ont des difficultés à suivre une conversation
à voie basse.
Lors de la conférence du Pr Jean-Luc Puel
(membre de l'équipe de l'INSERM dirigée par
Rémy Pujol) à Sète le 18 avril 2006 : « Quand il
existe un problème au niveau du pavillon, du
tympan ou des osselets, on sait comment les
traiter. En revanche, quand les sièges des
problèmes sont dans l’oreille interne, on n’a
pour l’instant aucun moyen de les traiter ».
Document 3 :
Source : Le système auditif humain est un
détecteur convertissant les ondes sonores en
signaux électriques, transmis au cerveau par le
nerf auditif.
Document 4 :
Source : bruit.agglo-tours.fr
Source : terre-finance.fr
Questions :
 Quels facteurs peuvent influencer l’ampleur de la perte auditive liée au bruit ?
Le niveau d'exposition sonore, c'est-à-dire l'intensité du bruit et la durée d'exposition sonore
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

Donner des exemples d’émetteurs d’ondes sonores. (HP, instruments de musiques…)
Compléter le document ci-dessous en ajoutant le domaine de l’audible de l’homme. . Où se
situent ce qu’on appelle couramment les sons aigus ? Même question concernant les sons
graves ?
chien
20 kHz
40 kHz
Chauve-souris
20 Hz
120 kHz
200 kHz
Dauphin
 Proposer un protocole permettant de vérifier vos connaissances.
Un GBF alimente un haut-parleur puis on modifie la fréquence du son émis en cherchant les valeurs
extrêmes du domaine audible. Eventuellement le faire en début de séance.
 Justifier que l’intensité sonore est en W.m–². J/(s.m²)
 A partir de quelle valeur la musique jouée peut-elle endommager de manière permanente la
capacité auditive ? 85dB
 Quelle est la grandeur acoustique qui s’exprime en décibel ? Niveau d’intensité sonore
 Comment expliquer les règles d’addition de cette grandeur ? Propositions diverses
2. Activité 2: Qu’est-ce qu’une bonne oreille (Travail en classe entière)
On mutualise les réponses du travail préparatoire fait à la maison sauf les deux dernières
questions.
Remarque : Mesurer l’intensité sonore pendant que les élèves s’installent en toute discrétion.

Comment peut-on visualiser l’intensité sonore ? De quel paramètre physique l’intensité d’un
son dépend-elle ?
Expérience en classe :
Ecouter et visualiser à l’ordinateur, une même note jouée par un même instrument ou un son produit
par un GBF mais à des intensités différentes. (Utiliser le logiciel audacity) ou produire les documents
suivants :
Le document qui suit présente deux enregistrements avec deux tensions de sortie différente, à l’aide
d’un logiciel d’acquisition adapté, du son produit par un haut-parleur alimenté par un générateur de
fréquence.
Enregistrement 1
Enregistrement 2
Questions :
 Quelle est la grandeur caractéristique de la vibration sonore qui varie quand le son devient
plus « fort » ? l’amplitude
 Mesurer l’intensité sonore et après avoir fait le silence. Les faire réagir aux valeurs trouvées et
réinvestir les informations vues précédemment.
Conclusion : Le bruit se mesure quantitativement et plus l'intensité est forte, plus l'oreille est
"sollicitée".
Présenter le sonomètre.
Le sonomètre mesure le niveau d’intensité sonore en décibels (dB).
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Questions : que représentent les « dB » ? (Fournir les documents suivants :)
Document 5 : Notions d’acoustiques

L’émission d’une onde sonore a pour origine une vibration mécanique.

L’intensité sonore I est l’énergie transportée par une onde sonore par unité de temps. Elle
s’exprime en watt par mètre au carré (W.m –²)
Le niveau d’intensité sonore L (Level) d’un son d’intensité I est donné par la relation : L=10log(I/I0).
I0 = 10–12 W.m–² l’intensité sonore de référence est celle du seuil minimum d’audibilité moyenne de
l’oreille humaine. L s’exprime en dB et se mesure avec un sonomètre.
y  log x  x  10 y
Point Maths : log  ab   log a  log b
log a n  n log a
Document 6 : La sensibilité de l’oreille Source :
La
sensibilité
de
l’oreille, c’est à dire sa
capacité à entendre, ne
sera pas la même selon
la hauteur du son
parvenant à l’oreille de
l’auditeur. D’autre part,
un son émis par une
source avec un certain
niveau sonore ne sera
pas perçu par l’oreille
avec ce même niveau
sonore. Ces différentes
caractéristiques
sont
résumées
dans
le
diagramme
suivant
appelé diagramme de
Fletcher et Munson.
Ce diagramme montre
des courbes d’isotonie
(même niveau sonore
perçu par l’oreille) en fonction de la hauteur du son. La courbe de niveau 0, nommée sur ce graphe
« MINIMUM AUDIBLE » indique le niveau sonore minimal que doit posséder un son pour que celui-ci
puisse être audible.
Si l’on considère par exemple un son de hauteur 50 Hz, l’oreille ne pourra le détecter que si son
niveau sonore vaut environ 42 dB. (point A sur le diagramme)
De même, un son de niveau sonore 80 dB et de hauteur 50 Hz ne sera perçu au niveau de l’oreille
qu’avec un niveau sonore de 60 dB. (point B sur le diagramme)
Questions :
 Quelle est la sensibilité de l’oreille humaine ?
Expérience qualitative faite par le professeur : On fait varier la fréquence du son en conservant
l’amplitude du signal sensiblement constante.
 Que constate-t-on ? La sensation d'intensité du sonomètre ne traduit pas réellement
la sensation sonore : notre oreille perçoit les sons médiums plus forts et plus gênants que les
sons graves et les sons aigus alors que la mesure physique (en dB) est identique.
 En vous aidant des documents quels sont les niveaux d’intensité sonore L minimal et maximal
perçues par l’oreille humaine ? 0 et environ 120 dB
 Quel sont les intensités sonores I correspondants ? 10–12 et 1 W/m²
 Que peut-on dire sur l’étendue de ces valeurs ?
La gamme des intensités est extrêmement étendue
 L’intensité sonore du seuil d’audibilité est-elle la même pour toutes les fréquences audibles ?
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Le seuil d'audibilité dépend de la fréquence.
 Sur le document 6, placer le point sur la courbe de niveau 0, qui permette de justifier que la
sensibilité maximale de l’oreille se situe autour de 4000 Hz.
 On considère deux sons de même niveau sonore 60 dB. L’un de fréquence 50 Hz et l’autre de
fréquence 100 Hz. En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer avec quel
niveau sonore sera perçu chacun de ces sons par l’oreille.
On montrera par un tracé sur le diagramme de Fletcher et Munson, les points représentatifs de ces
deux sons.
Le son de niveau sonore 60 dB et de fréquence 50 Hz est perçu par l’oreille avec un niveau sonore L=
30 dB. Le son de niveau sonore 60 dB et de fréquence 100 Hz est perçu par l’oreille avec un niveau
sonore L= 50 dB.
 Parmi ces deux sons, lequel sera perçu avec le plus d’intensité par l’oreille ?
Plus le niveau sonore est élevé et plus l’intensité sonore est grande. Donc le son de niveau sonore 60
dB et de fréquence 100 Hz est perçu avec le plus d’intensité par l’oreille.
 De combien augmente le niveau sonore L lorsque l’intensité I est 2, 10, 100 puis 1000 fois
plus grande ? L+3, L+10, L+20 ; L+30
 Expliquer pourquoi les intensités sonores s’ajoutent numériquement, mais pas les niveaux
d’intensités sonores ? Echelle logarithmique pour L
 Commenter et justifier le document 4. En quoi la grandeur L rend mieux compte des
sensations perçues par notre système auditif ?
2I correspond à L+3 ; Effet de masque : Lorsqu'on met en présence deux sources sonores dont l'une
est supérieure à 10 dB, le bruit résultant est égal au niveau sonore le plus élevé.
3. J’apprends à rédiger : Examen d’audiogrammes médicaux
La mutuelle Viasanté a fourni un audiogramme d'une personne exposée à un bruit traumatique et
un audiogramme d'une personne "saine" ayant un profil auditif normal
Grâce à un audiomètre, on mesure les seuils auditifs pour chaque oreille, à différentes fréquences,
en conduction aérienne. Chaque oreille est testée séparément dans une cabine isolée du bruit
En ordonnée on observe le niveau d'intensité sonore en dB HL (HL pour "hearing loss" qui traduit
une perte auditive, autrement dit, le 0 HL correspond aux seuils audiométriques moyens chez les
normo-entendants en fonction de la fréquence) et en abscisse la fréquence (en kHz).
AUDIOGRAMME D'UN INDIVIDU SAIN
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AUDIOGRAMME D'UN INDIVIDU ATTEINT D'UN TRAUMATISME SONORE
Analyser et interpréter ces audiogrammes. Conclure.
Analyse : On observe une diminution à la fréquence de 6kHz soit 6000 Hz, qui traduit une perte
d'environ 65 dB HL pour cette fréquence.
Interprétation : Le sujet a été exposé à un bruit traumatique, de plus il ne perçoit plus des deux oreilles
les fréquences élevées. Or une fréquence élevée correspond à un son aigu.
Conclusion : Les bruits traumatiques subis ont engendré une perte d'audition sur les fréquences
aiguës.
Au fait, et vos oreilles…(Travail à faire à la maison)
Réaliser l’audiogramme de vos oreilles avec le logiciel gratuit "Audiogramme"
Pour cela, faire le réglage initial demandé avec rigueur : on doit à peine percevoir le
signal initial. Imprimer votre audiogramme et le commenter.
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