cours acoustique 2

Thème : Habitat
Sous thème : Confort acoustique
En classe de Première STI 2D
Puissance et intensité sonore ; niveau. Transmission, absorption, réflexion.
I. Grandeurs influençant la perception sensorielle :
Le son est dû à une variation de pression détectable par l’oreille humaine. La sensation sonore, de nature
physiologique est perçue différemment suivant les observateurs : elle est dite subjective. Au contraire,
une grandeur physique ou objective est évaluée de la même façon par tous les observateurs.
Le problème est donc d’obtenir une description objective du son.
Les deux grandeurs les plus importantes qui caractérisent le son sont :
 La fréquence ;
 L’intensité sonore.
1. Fréquence d’un son – Domaine des fréquences audibles :
Expérience :
Description :
 Visualiser des sons graves et aigus émis par l’enceinte.
 Partir de la fréquence la plus faible, l’augmenter progressivement, noter la fréquence à
partir de laquelle l’oreille perçoit un son ; puis celle au delà de laquelle l’oreille
n’entend plus rien
Observation :

L’oscilloscope permet de constater que plus un son est grave plus sa fréquence est faible ;
plus un son est aigu plus sa fréquence est grande.

Les sons dont les fréquences sont inférieures à 20 Hz ne sont pas perçus par l’oreille,
pourtant un signal est détecté par l’oscilloscope. Les sons dont les fréquences sont
supérieures à 16000 Hz ne sont plus perçus par l’oreille, pourtant un signal est détecté par
l’oscilloscope.
A retenir :

La qualité qui fait dire d’un son qu’il est
grave ou aigu s’appelle la hauteur du son.

On peut montrer que la hauteur d’un son ne
dépend que de la fréquence du mouvement
vibratoire qui le produit. (On parle d’une
octave en musique, la fréquence de la note est
alors multipliée par deux).

La grandeur physique qui caractérise la hauteur d’un son est sa fréquence mesurée en
Hertz.
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

Les fréquences perçues par l’oreille humaine se situent entre 20 Hz et 16000 Hz. Ces
limites sont variables selon les individus.
Echelles de fréquences :
2. Intensité sonore :
Le son transporte de l’énergie. Un bruit très intense, tel celui d’une explosion, peut provoquer
une rupture du tympan. Un avion qui franchit le « mur du son » produit une énergie
suffisamment intense pour casser les vitres.
Des sons très aigus émis par une voix d’une chanteuse peuvent briser des verres en cristal.
Lorsque l’onde sonore parvient au tympan, les surpressions et dépressions successives le font
vibrer : l’onde lui communique de l’énergie sous la forme de vibrations ; c’est l’énergie
acoustique.
Expérience :
Description :
 Faire varier « le volume » en agissant sur le générateur.
 A volume fixé, déplacer le microphone.
Observation :
 Lorsque le volume augmente, l’amplitude de la sinusoïde augmente simultanément, on
perçoit un son plus fort. Lorsque le volume diminue, l’amplitude diminue, on perçoit un
son plus faible. Pour une fréquence donnée, la qualité qui distingue un son fort d’un son
faible s’appelle l’intensité acoustique.
 Si l’on approche M du HP ; l’amplitude du signal augmente.
Si on éloigne M du HP ; l’amplitude du signal diminue.
On rappelle que le signal observé est l’image de la pression acoustique p (exprimée en
Pascal) ; se propageant à la célérité C (m.s-1) dans le milieu et dont l’amplitude diminue
lorsque l’on s’éloigne de la source.
2.1. Puissance acoustique :
C’est la cause physique de l’intensité acoustique. On la note P et on l’exprime en Watts
(W). La puissance acoustique de référence est P0 = 10-12 W ; la pression acoustique
correspondante est p0 = 2 x10-5 Pa.
Elle peut atteindre la valeur P = 1 W correspondant « au seuil de douleur » ; la pression
acoustique correspondante est p = 20 Pa.
Attention : Il ne faut pas confondre la puissance acoustique d’une source et la puissance
des enceintes, lesquelles peuvent valoir plusieurs dizaines de Watts.
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2.2. Intensité acoustique :
L’intensité acoustique est noté I et s’exprime en W.m-2. C’est la puissance acoustique
captée par unité de surface au niveau de l’oreille. Seules les intensités acoustiques
s’additionnent.
L’intensité acoustique de référence (ou seuil d’audibilité) est I0 = 10-12 Wm-2.
L’intensité acoustique correspondant au seuil de douleur est I = 1 Wm-2.
Si l’intensité acoustique double, l’oreille ne perçoit pas un son deux fois plus fort ; on
définira le niveau d’intensité acoustique, lié à la sensibilité de l’oreille et mesuré avec un
appareil appelé sonomètre.
2.3. Intensité acoustique à la distance r de la source :
Le son se dilue dans l’espace et son effet diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne de
la source. Cet effet est caractérisé par la relation avec I en W.m-2 ; P en W ; r en m.
P
I=
4  r 2
2.4. Relation de I avec la pression acoustique à la distance r :
Avec : la pression acoustique p en Pa ; I l’intensité acoustique en W.m-2 ;  la masse
volumique du milieu en kg.m-3 et C la célérité de l’onde acoustique en m.s-1, on obtient la
p2
relation : I =
.
 C
On remarque que la puissance acoustique P et l’intensité acoustique sont mutuellement
proportionnelles mais chacune de ces deux grandeurs est proportionnelle au carré de la
pression acoustique.
2.5. Notion de niveaux :
Les échelles d’intensité acoustique et de pression acoustique sont inadaptées. L’intensité
acoustique varie de 10-12 W.m-2 à 1 W soit un rapport de 1012 ; la pression acoustique varie
de 2.10-5 Pa à 20 Pa soit un rapport de 106.
Pour tenir compte de ce fait et être en accord avec la loi « Weber-Fechner » on adopte une
échelle logarithmique et on définit la notion de niveaux exprimés en décibels (dB).
Le décibel est une grandeur sans dimensions, utilisée pour exprimer le rapport des valeurs
de deux grandeurs physiques (puissances, intensités, pressions), l’une étant prise comme
référence.
On définit les niveaux suivants en décibels (dB) :
P
 Niveau de puissance acoustique : L P = 10 log
avec P0 = 10-12 W.
P0
I
 Niveau d’intensité acoustique : L I = 10 log
avec I0 = 10-12 W.m-2.
I0

p
avec p0 = 2.10-5 Pa. Le
p0
coefficient 20 vient du carré qui s’applique à p dans la formule qui la relie à I.
Niveau de pression acoustique : L p = 20 log
ATTENTION : Il ne faut jamais ajouter les niveaux
Démarche d’investigation possible : Faire une recherche sur l’oreille humaine comme récepteur acoustique
pour appréhender la notion de perception physiologique de l’intensité acoustique et la relier à la notion de
décibel A.
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Ressource pour l’ensemble des documents :

http://www.chimix.com/ifrance/pages/acoustique.htm

http://e.m.c.2.free.fr/acoustique.htm

http://www.dico-thermique.com
 PHYSSIQUE (BAC/PRO) ONDES-VIBRATIONS chez DELAGRAVE,
de J.P. PONCEBLANC et P. FAVRE-ARTIGUES
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