HS3 Faut-il se protéger des sons ?

TOUS LES SONS SONT-ILS AUDIBLES ?

Objectifs   : - 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.

La chauve-souris ou les éléphants émettent-ils des sons audibles ? Expliquer.

I. ANALYSE D’UN SON

Expérience 1 Propagation d’un son1. Placer deux diapasons l’un en face de l’autre. Frapper à l’aide d’un marteau

un diapason. Attendre quelques instants. A l’aide d’une main, stopper la vibration du diapason.

Observation   : …………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………………………..

2. Mettre la sonnerie en marche dans la cloche, créer le vide dans la cloche à l’aide de la pompe.

Observation   : …………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………………………..

Expérience 2   : Son d’un diapasonMatériel   :

- Interface EXAO- Capteur sonomètre en mode son - Ordinateur- Diapason- Caisse de résonance

1.Placer le capteur sonomètre à l’entrée de la caisse de résonance du diapason.

2.Ouvrir le logiciel d’acquisition.

3.Paramétrer la fenêtre d’acquisition pour qu’il déclenche une mesure de la tension aux bornes du microphone en fonction du temps.

1

a) Placer l'icône du capteur sonomètre en ordonnées b) Placer l'icône temps (réveil) en abscisse c) Paramétrer le temps d'acquisition avec la valeur

10ms, choisir 301 points.d) Cocher acquisition continue

HS3 Faut-il se protéger des sons ?

4. Lancer l’acquisition en cliquant sur et taper sur une branche du diapason.

5. Arrêter l’acquisition en cliquant sur

6. Que constate-t-on ?

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

7. Réaliser un clic droit dans la fenêtre graphique et choisir l'outil pointeur.Sélectionner une période en maintenant le clic gauche de la souris puis appuyer sur entrée pour figer l'outil.

8. Mesurer la période T de la tension aux bornes du microphone………………………………………….

9. Calculer la fréquence du signal reçu. ……………………………………………………………………

Remarque   : lorsque le diapason vibre, il émet une onde sonore. Ces vibrations font osciller les molécules contenues dans l’air à proximité du diapason. Cette onde se propage de proche en proche et transporte de l’énergie mécanique.

Définition

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…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

Remarque   : Un son pur est un signal sinusoïdal.Les sons émis par des instruments de musique sont souvent des signaux périodiques non sinusoïdaux.

2

GBF

Fenêtre

d’acquisition

Système d’acquisition

Capteurmicropho

ne

5 cm

HS3 Faut-il se protéger des sons ?Application Certains sons peuvent être associés à des notes de musique ; identifiées par la valeur, en hertz, de leur fréquence. Entourer sur le document technique ci-dessous, les notes émises par le diapason.

10. Relancer une acquisition pour le diapason.11. Nommer la grandeur : « monla ».

12. Émettre un son du type « Laaaaaa » avant d’appuyer sur .13. Faire Fichier, Enregistrer sous… Choisir le dossier d’enregistrement

puis donner le nom son_la_la.lab 14. Mesurer la période T de la tension aux bornes du microphone. Calculer

la fréquence de votre la.

…………………………………………………………………………………………………………………

15. Conclure.

………………………………………………………………………………………………………………

Expérience 3   : Reproduction d’un son à l’aide d’un GBFMatériel   :

- Interface EXAO- Capteur sonomètre en mode son - Ordinateur- Haut-parleur- Générateur basses fréquences (GBF)

3

HS3 Faut-il se protéger des sons ?

1. Régler le GBF pour qu’il délivre une tension alternative sinusoïdale de fréquence f =1000Hz et une amplitude à mi-course.

2. Placer l'icône du capteur sonomètre en ordonnées.3. Placer l'icône temps (réveil) en abscisse.4. Paramétrer le temps d'acquisition avec la valeur 3ms, choisir 201 points. 5. Cocher acquisition continue.Réglage de la synchronisation   : Cocher synchro avec la voie du capteur dans le sens croissant.

6. Lancer l’acquisition en cliquant sur 7. Observer deux périodes à l’écran, si ce n’est

pas le cas modifier l’axe des abscisses en l’étirant ou le compressant à l’aide de la souris.

8. Arrêter l’acquisition en cliquant sur 9. Aller sur la courbe et réaliser un clic droit pour sélectionner l’outil pointeur. 10. A l’aide du pointeur, sélectionner une période en maintenant enfoncé le

clic gauche de la souris puis appuyer sur Entrée pour figer une période 11. Relever la période du signal et calculer la fréquence.

…………………………………………………………………………………………………………………12. Comparer cette fréquence avec celle affichée sur le GBF.

…………………………………………………………………………………………………………………13. Sans modifier les réglages précédents, modifier la forme du signal en

sélectionnant un signal « carré » puis un signal « triangulaire ». Que constate-t-on ?

…………………………………………………………………………………………………………………

II. TOUS LES SONS-ILS AUDIBLES   ?

Expérience 4   : Matériel   :

- Haut-parleur- Générateur basses fréquences (GBF)

Le professeur augmente progressivement la valeur de la fréquence du son émis en annonçant régulièrement les différentes valeurs.Chaque élève note :

- la valeur de la première fréquence f1 audible. f1 = ……………………………..

- la valeur de la fréquence maximale audible f2. f2 = ……………………………..

Calculer la valeur moyenne des deux fréquences pour la classe.

…………………………………………………………………………………………………………………

4

HS3 Faut-il se protéger des sons ?…………………………………………………………………………………………………………………

Remarques   : - la sensibilité maximale de l’oreille se situe autour de 3000Hz.- la sensibilité auditive baisse avec l’âge et dès 25ans, les fréquences les plus

élevées (supérieures à 16000Hz) ne sont plus perçues.

Conclusion   :

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………Réponse à la question   : La chauve-souris ou les éléphants émettent-ils des sons audibles ? Les ondes émises par les chauves-souris sont proches de 100 000Hz et celles des éléphants proches de 15Hz.

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

Certains phénomènes naturels (tremblements de terre, tsunamis…) s’accompagnent d’infrasons. Expliquer le comportement de certains animaux (éléphants, oiseaux) peu de temps avant l’arrivée de ces catastrophes.

………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………….

III. COMMENT MESURER LE NIVEAU SONORE D’UN SON   ?

Quelle est l’autre caractéristique perceptible à l’oreille ? ……………………………………………………….

5

GBF

Fenêtre

d’acquisition

Système d’acquisition

Capteursonomèt

re

5 cm

v

HS3 Faut-il se protéger des sons ?

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

Un appareil de mesure appelé …………………………… permet de mesurer le …………………………

……………………………………………………. exprimé en ………………………………………….

Expérience 5: De quoi dépend le niveau d’intensité acoustique d’un son ?Matériel   :

- Interface EXAO- Capteur sonomètre en mode sonomètre - Ordinateur- Haut-parleur- Générateur basses fréquences (GBF)

1. Régler le GBF pour qu’il délivre une tension alternative sinusoïdale de fréquence f =150Hz et une amplitude à 0.

2. Placer l'icône du capteur sonomètre en ordonnées.

3. Placer l'icône acquisition manuelle(clavier) en abscisse.

4. Cliquer sur l'icône du capteur sonomètre puis sur Mesure.5. Faire varier la tension U délivrée par le GBF en réglant le bouton

« Amplitude » du GBF.6. Compléter le tableau suivant.

Tension U (en V)Niveau d’intensité acoustique L (en dB)

7. Que constate-t-on ?

6

HS3 Faut-il se protéger des sons ?

…………………………………………………………………………………………………………………8. Lorsque l’on double la tension aux bornes du haut-parleur de combien

augmente-t-on le niveau d’intensité acoustique ?

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IV. EXERCICES

EXERCICE 1Le son émis par la tonalité du téléphone est capté par un microphone relié à un dispositif de visualisation.Les réglages du dispositif sont :

- sensibilité horizontale : 1ms/div- sensibilité verticale : 0,5V/div1. A partir de la courbe déterminer, en seconde, la

période T du signal.2. Calculer, en HZ, la fréquence f du signal.3. Pour la note appelée La 3 la fréquence est de

440Hz. Que peut-on conclure pour la tonalité du téléphone ?

EXERCICE 2Les vibrations ci-dessous font-elles partie du domaine audible des humains ?

- les salves des chauves-souris sont émises à 60kHz.- Pour un colibri on dénombre 5400 battements d’ailes par minute.- Pour certains barrissements d’éléphants on compte 720 vibrations par minute.- Un dauphin émet un sifflement de 10kHz.

EXERCICE 3Pour chacun des enregistrements suivants :

1. Déterminer la valeur de la période en secondes.2. Calculer la fréquence du signal.Oscillogramme a : durée de balayage 0,5ms/divOscillogramme b : durée de balayage 2ms/divOscillogramme c : durée de balayage 5ms/div

7

HS3 Faut-il se protéger des sons ?3. Classer les sons du plus aigu au plus grave.

EXERCICE 4La voile d’un bateau « siffle sous le vent » avec un niveau d’intensité sonore de 52dB.1. Avec l’échelle ci-dessous, encadrer le sifflement

de la voile par deux bruits.

2. La période de ce sifflement est T = 0,002s. Calculer sa fréquence.3. Préciser le type de son entendu par le véliplanchiste.

EXERCICE 5

Le haut-parleur dont une photo et une partie des caractéristiques sont données ci-dessus est-il adapté pour :- émettre des sons graves ?- retransmettre une conversation normale?- émettre des ultrasons ?- ne pas créer de douleurs chez ses auditeurs ?

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