Physique/Chimie - Bac Pro - Le son

LPP2
Niveau : Bac Pro
Option : FMB
Unité : Acoustique
L E S ON
Fiche professeur 1/4
B.O.
Extrait du référentiel:
Contenus
Nature et production d'un son
Fréquence
Hauteur
Timbre
Intensité acoustique
Niveau d'intensité acoustique
Propagation d'un son
Célérité d'un son et longueur d'onde
Célérité et milieu de propagation.
Perception d'un son
• L'oreille:récepteur acoustique
• Aspect physiologique du son
Exigences
Savoir-faire théoriques
Savoir faire expérimentaux
Déterminer le niveau
d'intensité acoustique d'un
son.
Calculer la période et la
fréquence d'un son à partir de sa longueur d'onde et
inversement
Formules à connaître:
T=1
f
λ= c.T
Mesurer la fréquence d'un son
à l'aide d'un oscilloscope.
Mesurer la célérité d'un son
dans l'air.
Mesurer le niveau d'intensité
sonore à l'aide d'un
sonomètre.
Objectifs :
Réaliser un montage expérimental à partir d'un schéma.
Exécuter un protocole expérimental
Utiliser un appareil de mesure.
Respecter les règles de sécurité.
Rendre compte d'observations.
Respecter les règles de sécurité.
Liste de matériel :
Poste élève:
•
Sonomètre numérique réf 01327
•
G.B.F. réf. 04082
•
Voltmètre réf. 01266
•
Cordons de sécurité
•
Microphone à condensateur réf. 03209
•
Oscilloscope réf. 01185
•
Caisson acoustique ACOUSDIDAC réf. 02116
•
Planches didactiques : l'oreille réf. 09047
•
Interrupteur à bouton poussoir réf. 04165
•
•
•
Poste professeur :
matériel en double
matériel de première urgence réf. 16489
Mots clés :
fréquence
son
acoustique
phonique
microphone
sonomètre
célérité
oreille
Trucs et astuces :
• On pourra utiliser un micro cravate à la place du microphone à condensateur.
• Une simple bougie, devant un haut parleur avec une fréquence très basse, permet de visualiser à la
fois le déplacement d'air, mais aussi les compressions-dépressions.
• Si vous avez une cloche à vide, l'expérience du réveil placée sous la cloche permet de montrer à
l'élève que sans air, il n'y a pas de son.
• Demandez aux élèves d'écouter, une oreille contre la table, et demandez leurs impressions.
• Voir le site de l'INRS sur le bruit: http://www.inrs.fr/
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Spécial Bac Pro
Niveau : Bac Pro
Option : FMB
Unité : Mécanique
Fiche Professeur 2/4
T.P. :
I. Nature et production d'un son.
1) Mise en évidence.
Réaliser le montage ci-contre
Sélectionner la touche (sinusoïde !) du GBF.
Choisir une fréquence : f = 250 Hz
Régler l'amplitude du GBF pour obtenir une
tension U = 2 ou 3 V.
Déterminer la fréquence observée à l'oscilloscope.
Avec une vitesse de balayage de 1ms on a : T = 4 x 1 = 4 ms = 4.10–3 s. f =
1
= 250 Hz
0,004
En conservant les réglages précédents, faites varier progressivement la fréquence du G.B.F. de
f = 250Hz à f = 1000Hz en écoutant l'évolution de la hauteur du son et en observant uniquement
l'évolution de la fréquence observée à l'oscillogramme.
Rendre compte de vos observations.
On remarque que la hauteur du son dépend de sa fréquence, plus la fréquence augmente et
plus le son devient aigu.
Pour une fréquence f = 300 Hz, sélectionner la
touche (sinusoïde !) puis la touche (triangle !)
puis la touche (créneaux !) du G.B.F.
Rendre compte uniquement de vos observations auditives.
La hauteur du son reste la même, mais le timbre du son
diffère.
Remplacer le microphone par un sonomètre.
Régler le sonomètre comme indiqué ci-dessous :
RANGE
RESPONSE
FUNCT
Hi
S
A
Sélectionner la touche ~ du GBF.
Choisir une fréquence : f = 400 Hz
Compléter le tableau ci-dessous.
Amplitude du G.B.F.
Niveau d'intensité acoustique en dB
U1= 0,2 V
L1 = 106.dB
U2 = 0,4 V
L2 = 112.dB
U3 = 0,5.V
L3 = 115.dB
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Unité : Mécanique
Fiche professeur 3/4
2) Conclusion générale:
•
•
un son est caractérisé par sa hauteur variable suivant sa fréquence.
⇒ 20 Hz < f < 400 Hz : son grave1
⇒ 400 Hz < f < 1500 Hz : son médium
⇒ 500 Hz < f < 2 000 Hz : son aigu
Il est aussi caractérisé par son timbre.
Un son pur est représenté par un
oscillogramme, sinusoïdal
Le même son, avec un timbre différent,
est représenté par un oscillogramme de
forme différente d'une sinusoïde
•
On définit le niveau d'intensité acoustique L :
I
I0
L = 10 log ( )
L en dB
II. Propagation d'un son.
1) Mise en évidence.
Réaliser le montage ci-contre
Sélectionner la touche ~ du GBF.
Choisir une fréquence : f = 1500 Hz
Régler l'amplitude du GBF pour obtenir une tension
U = 2 ou 3 V.
Placer le micro à une distance d = 15 cm du haut parleur.
Déterminer le temps t (en s) entre les deux sommets
des sinusoïdes observés sur l'oscillogramme.
t =2,2 x 0,2.10-3 = 4,4.10-4 s
Déterminer la célérité du son dans l'air, entre le hautparleur et le micro.
c=d=
t
0,15
4,4.10 − 4
= 341.m/s
Comparer cette célérité à la célérité de la lumière (c = 3.108 m/s).
La célérité de la lumière est environ 1 million de fois supérieur à celle du son. On pourra
donner l'exemple aux élèves de la détermination de la distance approximative du point
d'impact de la foudre à la vue d'un éclair.
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Fiche professeur 4/4
2) Conclusion générale:
• la célérité du son dans l'air est d'environ 340 m/s, on a : λ = c x T
λ : distance (en m) entre deux sommets consécutifs d'une onde
c : célérité en (m/s)
T: période (en s)
remarque: on parle de célérité pour la vitesse d'une onde longitudinale alors que l'on parle de
vitesse pour un objet.
•
III.
La célérité du son est différente suivant les milieux. Plus la densité de la matière est
importante et plus la vitesse du son est élevé. On pourra donner l'exemple des Indiens qui
connaissaient ce principe depuis longtemps et qui collaient leur oreille au sol pour avoir une
approximation de la distance d'un troupeau de bison ou de leurs ennemis.
matière
Célérité c en m/s
air
340
eau
1 500
terre
5000 < c < 9000
Perception d'un son.
L'oreille est notre récepteur acoustique.
L'oreille humaine à un seuil d'audibilité qui
commence aux environs de 0 dB. C'est à partir
de 120 dB que l'intensité sonore devient
douloureuse et dangereuse, au-delà il y a un
risque de lésion irréversible du système auditif.
L'oreille est donc un organe fragile qu'il faut savoir
protéger (bouchons, casques …), car les altérations
provoquées par des expositions répétées à des
intensités acoustiques trop élevées ne sont pas
instantanées, mais hélas, elles sont irrémédiables.
L'oreille est constituée de trois parties:
⇒
L'oreille externe
⇒
L'oreille moyenne
⇒
L'oreille interne
Le son arrive dans le conduit auditif jusqu'au
tympan. La vibration du tympan est amplifiée par les
osselets qui transmettent d'une manière mécanique
le son aux portes de l'oreille interne ou l'on trouve
des cellules ciliées, qui convertissent les ondes
sonores en signaux électriques, transmis au cerveau
par le nerf auditif.
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