Aurélie 13/09/09

 

 

Attention à vos oreilles. Bac S France septembre 2009.

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Nos oreilles sont fragiles. Une trop grande intensité sonore peut les endommager de façon irréversible. Pour prévenir ce risque, il existe des protections auditives de natures différentes selon leur type d'utilisation.

On peut distinguer, par exemple, deux catégories de bouchons d'oreilles :

- les bouchons en mousse (ou les boules en cire), à usage domestique.

Ce sont largement les plus courants. Ils sont généralement jetables, de faible coût et permettent de s'isoler du bruit. Ils restituent un son sourd et fortement atténué.

- les bouchons moulés en silicone, utilisés par les musiciens.

Ils sont fabriqués sur mesure et nécessitent la prise d'empreinte du conduit auditif. Ils sont lavables à l'eau et se conservent plusieurs années. Ils conservent la qualité du son. Leur prix est relativement élevé.

L'objectif de l'exercice est de comparer le comportement acoustique des bouchons en mousse et des bouchons moulés, lorsque l'auditeur qui les porte écoute le son émis par une flûte à bec.

Le son émis par une flûte à bec.

Une flûte à bec est constituée d'un tuyau et d'un bec dans lequel on souffle. L'air ainsi mis en mouvement est alors dirigé contre un biseau. Une partie de l'air est récupérée par le tuyau, l'autre est rejetée vers l'extérieur.

Dans la flûte à bec, quel est le rôle du biseau ?

Le biseau met l'air en vibration.

Le musicien, en soufflant dans son instrument peut jouer différentes notes en bouchant ou débouchant des trous répartis le long du tuyau. La longueur de la colonne d'air excitée est ainsi modifiée.

Comment nomme-t-on les états vibratoires correspondant aux différentes excitations de la colonne d'air dans le tuyau, la longueur de la colonne étant fixée ?

Ce sont les modes propres de vibrations.

Quelle grandeur physique caractéristique de l'onde sonore émise est déterminée par la longueur de la colonne d'air excitée ?

La fréquence est caractéristique d'une onde.



Analyse de la note la4 d'une flûte à bec.

Le musicien joue la note la4. À l'aide d'un système d'acquisition, on enregistre le son émis par la flûte. On obtient l'enregistrement du signal électrique correspondant.

En utilisant la figure, on a déterminé la fréquence du son émis : f = 8,8 x102 Hz.

Expliquer la démarche suivie pour obtenir cette valeur avec la plus grande précision possible.

Il faut mesurer la durée d'un grand nombre de périodes.

Période T = 8 10-3 / 7 ; fréquence : 7 / 8 10-3 = 875 Hz ~ 8,8 102 Hz.

Cette fréquence étant celle du mode fondamental, quelles sont les fréquences des harmoniques de rangs 2 et 3 ?

Les fréquences des harmoniques sont des multiples de la fréquence du mode fondamental.

f2 = 2*8,8 x102 =17,6 102 ~ 1,8 103 Hz.

f3 = 3*8,8 x102 =26,4 102 ~ 2,6 103 Hz.

Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d'un document publicitaire.

On s'intéresse ici à la qualité du son perçu par un auditeur muni de protections auditives.

On donne l'expression du niveau sonore L (exprimé en décibels acoustiques dBA) associé à une onde sonore d'intensité I :

L = 10 log(I / I0), où I0 représente l'intensité sonore de référence égale à 1,0 x10-12 W.m-2.

Sur un document publicitaire, un fabricant fournit les courbes d'atténuation correspondant aux deux types de bouchons (figure ci-dessous). On représente ainsi la diminution du niveau sonore due au bouchon en fonction de la fréquence de l'onde qui le traverse.

On remarquera que plus l'atténuation est grande plus l'intensité sonore est faible.

Une pratique musicale régulière d'instruments tels que la batterie ou la guitare électrique nécessite une atténuation du niveau sonore. Cependant, cette atténuation ne doit pas être trop importante afin que le musicien entende suffisamment ; elle ne doit donc pas dépasser 25 dBA.

Indiquer pour chaque bouchon si le critère précédent a été respecté.

Pour le bouchon moulé, l'atténuation ne dépasse pas 25 dBA pout toutes les fréquences : le critère est respecté.

Pour le bouchon en mousse, l'atténuation dépasse 25 dBA pour toutes les fréquences : le critère n'est pas respecté.

En utilisant la courbe d'atténuation, indiquer si un bouchon en mousse atténue davantage les sons aigus ou les sons graves.

Commenter la phrase du texte introductif : "Ils (les bouchons en mousse) restituent un son sourd".

Les fréquences des sons aigus sont supérieures à celles des sons graves.

Pour les sons aigus, l'atténuation du bouchon en mousse est voisine de 42 dBA ; pour les sons graves, l'atténuation est de l'ordre de 32 dBA.

Les sons aigus étant les plus atténués, le bouchon en mousse restitue un son sourd.



 

 


Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d'une expérience.

Un dispositif adapté permet d'enregistrer le son émis par la flûte et ceux restitués par les deux types de bouchons lorsqu'un musicien joue la note la4. Les spectres en fréquence de ces sons sont représentés.

En justifiant, indiquer si le port de bouchon en mousse modifie :

- la hauteur du son ?

- le timbre du son ?

Même question pour le bouchon moulé en silicone.

La hauteur correspond à la fréquence du mode fondamental : sur les trois figures, la fréquence du fondamental est inchangée.

Le timbre du son est lié aux harmoniques : le son émis par la flute et le son perçu après traversée possèdent les mêmes harmoniques ( leur amplitudes relatives ne sont pas modifiées ) ; le bouchon en silicone restitue le timbre.

Par contre, après traversée du bouchon en mousse, les harmoniques du son initial ont pratiquement disparu ; le bouchon en mousse modifie le timbre d'un son.

Commenter la phrase du texte introductif : "Ils (les bouchons moulés) conservent la qualité du son".

Les bouchons moulés en silicone restituent le timbre et la hauteur d'un son.



 



 

Une exposition prolongée à 85 dBA est nocive pour l'oreille humaine. Durant un concert de rock, un batteur est soumis en moyenne à une intensité sonore I = 1,0 x 10-2 W.m-2.

Calculer le niveau sonore auquel correspond l'intensité sonore I.

L = 10 log(I / I0)= 10 log( 1,0 x 10-2 / 1,0 x 10-12) = 10 log 1010 = 10*10 = 1,0 102 dBA.

Le batteur est porteur de bouchons moulés en silicone correspondant au document publicitaire.

Préciser si ses facultés auditives peuvent être altérées au cours du concert ?

L'atténuation est comprise entre 20 dBA et 25 dBA.

L'oreille équipée de bouchons moulés est exposée au plus à 80 dBA.

Les facultés auditives ne sont donc pas altérées.




 


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