Thème - Académie de Toulouse

Fiche professeur
Sous-thème :
THEME du programme :
Confort acoustique
Habitat
Une chambre où l’on peut écouter la musique « à fond »
Type d’activité : Activité documentaire et expérimentale
Conditions de mise en œuvre : Activité en effectif allégé
Pré- requis : Un son se caractérise par un niveau sonore exprimé en dB
NOTIONS ET CONTENUS
COMPETENCES ATTENDUES

Définir et mesurer quelques grandeurs physiques
associées à une onde sonore ou ultrasonore : pression
acoustique.


Citer les seuils de perception de l’oreille humaine.
Définir et mesurer le niveau sonore. Citer l’unité
correspondante : le décibel (dB).
Ondes sonores et ultrasonores ;
propagation.
Puissance et intensité sonore ; niveau ;
Compétences transversales :
-
Extraire des informations utiles
Réaliser les mesures avec la précision optimale
Mots clés de recherche : son, niveau sonore, dB, seuil de perception
Provenance : Académie de Toulouse
Adresse du site académique : http://pedagogie.actoulouse.fr/sc_phy/site_php/
Sous-thème :
THEME du programme :
Confort acoustique
Habitat
Une chambre où l’on peut écouter la musique « à fond »
NOTIONS ET CONTENUS
COMPETENCES ATTENDUES

Définir et mesurer quelques grandeurs physiques
associées à une onde sonore ou ultrasonore : pression
acoustique.


Citer les seuils de perception de l’oreille humaine.
Définir et mesurer le niveau sonore. Citer l’unité
correspondante : le décibel (dB).
Ondes sonores et ultrasonores ;
propagation.
Puissance et intensité sonore ; niveau ;
Compétences transversales :
-
Extraire des informations utiles
Réaliser les mesures avec la précision optimale
Problématique :
- Antoine, jeune musicien amateur, désire isoler sa chambre pour pouvoir écouter
de la musique sans gêner ses parents qui dorment dans la chambre d'à côté. Il recherche donc un matériau
isolant à placer contre les murs et veut savoir s'il doit baisser la puissance émise par son amplificateur.
Matériel disponible :
- sonomètre
- CD musique, amplificateur et haut parleur ou lecteur CD
Documents : - Etude sur la transmission d'un son (bruit) :
- Leroy Merlin : s’isoler du bruit
http://www.leroymerlin.fr/mpng2-front/pre?zone=zonecatalogue&renderall=on&idLSPub=1109346745
- Isover : Guide acoustique pages 4 à 9
http://www.isover.fr/Conseils-et-reglementation/Guide-de-l-isolation-acoustique
- Normes de confort sonore.
- Isover : Guide acoustique pages 52 à 59
- Fiches techniques de différents matériaux isolants :
- Leroy Merlin : choisir une cloison
- PLACOphonique : brochure
- Isover : Guide acoustique page 75
Le professeur introduira la notion de niveau sonore (dB) et présentera le sonomètre.
Mesurer à l'aide du sonomètre le niveau sonore pour différents niveaux d'amplification.
Volume de
l’amplificateur
Niveau sonore
(dBA)
Remarque : le sonomètre utilisé ne mesure pas de valeur inférieure à 35 dB.
Influence d’une cloison sur le niveau sonore : Pour différents volumes de l’amplificateur, mesurer le
niveau sonore perçu de part et d’autre d’une cloison. Calculer l'atténuation introduite par la cloison.
Volume de
l’amplificateur
Niveau sonore dans la
pièce (dBA)
Niveau sonore à
l’extérieur de la pièce
(dBA)
Atténuation
(dBA)
Remarque : une cloison épaisse et massive atténue de façon plus importante.
Choix de l’isolant : Le professeur fournit les documents et demande aux élèves de travailler en groupe
pour effectuer le travail demandé et présenter les conclusions du groupe en fin de séance.
- Lire la brochure Leroy Merlin : « S’isoler du son ou du bruit ? »
- Indiquer la valeur du niveau sonore recherchée dans la chambre des parents d’Antoine.
- Déterminer la valeur de l’atténuation que devrait apporter le matériau isolant à placer contre les
murs.
- Rechercher dans la notice Leroy Merlin : « Choisir une cloison », le matériau qu’Antoine devra
choisir.
- Indiquer la valeur du niveau de l’amplificateur à laquelle Antoine devra se limiter pour le confort
de ses parents.
Connaissances :
On caractérise un son par différents paramètres :
- La puissance acoustique P est caractéristique d'une source sonore.
Elle est répartie sur une surface sphérique de plus en plus grande au fur et à
mesure que l'onde sonore se propage (voir schéma ci-contre).
L'oreille, de surface fixe Σ, reçoit une partie de la puissance totale émise : la
puissance reçue est de moins en moins importante au fur et à mesure que l’on
s'éloigne de la source sonore.
- L'intensité sonore I est la puissance acoustique reçue par unité de surface:
I = P / S. Elle s'exprime en W.m-2.
(Puissance acoustique d'une source P = 4R²I)
Dans le domaine des sons audibles, elle varie de I0 = 10-12 W.m-2 (seuil
d'audition) à 25 W.m-2 (seuil de douleur).
Cette intensité correspond à l'amplitude du signal.
- La pression acoustique : Dans l'air, le son se transmet sous la forme d'une oscillation engendrant une suite d'états de
compression et de dépression. La valeur de la variation de pression est appelée pression acoustique p.
La pression acoustique de référence p0, correspondant à la plus petite pression à laquelle l'oreille humaine est sensible, vaut :
p0 = 0,00002Pa = 2.10 − 5Pa .
A l'opposé, le seuil de la douleur correspond à une pression Pmax de 20 Pa. Ces deux valeurs ne sont que des ordres de grandeur
valables une fréquence de 1000Hz, et varient d'un individu à l'autre.
- Niveau sonore : Vue la grande différence (facteur 1012 pour les intensité, 106 pour les pressions) entre les deux extrémités, il
est difficile de se représenter le niveau d'un son sur une échelle linéaire; on passe alors à une définition logarithmique.
Le niveau d'intensité acoustique est défini par : L= 10 log( I / I0 ) en décibel (dB)
Le niveau de pression acoustique est défini par : L = 20 log( p / p0 ) en décibel (dB)
Lorsque l’intensité acoustique est multipliée par 2, le niveau sonore augmente de 3 dB.
La perception sonore dépend de la fréquence et du niveau
sonore :
Le niveau de pression du seuil d'audibilité est donc de 0 dB, et
celui du seuil de la douleur de 120 dB.
Repères "bruit" de la vie quotidienne en dB:
0
seuil de perception
10
chuchotement ; bruissement des feuilles
20
vent dans les arbres; conversation à voix basse
30 à 50
ambiance de bureau; quotidien d'une rue tranquille; conversation
normale
55
seuil établi par l'OMS : seuil de gêne excessive à partir duquel le
bruit est susceptible de nuire à la santé
60 à 65
conversation haute voix
65
bruit que fait une voiture à 130 kilomètres/heure
65 à 85
ambiance de café; trompette; station de métro
90
Rue bruyante. Gros camion. Métro. Tonnerre. Orchestre classique
100
Klaxon; Scie à ruban; Orchestre rock
120
Douleurs surviennent; Moteur d'avion; Marteau-piqueur
130 à 140 Avion à réaction
150
Appareil auditif en danger (détonation arme à feu)
Effets du bruit sur la santé
Le danger d'une exposition au bruit dépend de deux facteurs : le niveau sonore
et la durée d'exposition.
Le son commence à être pénible à partir de 75 dB et il est dangereux à partir
de 85 dB. La douleur auditive n'apparaît qu'à 120 dB : de 85 à 120 dB, l'oreille
est menacée de lésions irréversibles sans que l'on puisse s'en apercevoir.
Remarque : Un lecteur MP3, lorsqu’il est amplifié au maximum, fournit un
signal de 90 dB à 120 dB. Cela produit des lésions irréversibles de l’oreille
lorsqu’il est utilisé trop longtemps.