Dans cet exercice on cherche à
déterminer l’efficacité que peut avoir le casque audio
à réduction de bruit active pour les personnes travaillant sur les
pistes d’un aéroport.
1. Production d’un son.
On étudie la production d’un son à l’aide du logiciel Audacity.
On crée une piste sonore en entrant les paramètres voulus, puis on
écoute le son
produit.
1.1. En étudiant le chronogramme, choisir les termes qualifiant le mieux le son produit :
son pur ou son complexe.
1.2. Évaluer la valeur de la période T (en seconde) du son produit.
La courbe est une sinusoïde : le son est pur.
T = 0,029 / 13 ~2,2 10
-3 s.
1.3. En déduire la valeur de la fréquence f du son produit.
f = 1 / T = 1 /(2,2 10
-3) ~4,5 10
2 Hz.
1.4. Tracer l’allure du spectre en amplitude du son produit.
2. Mesures des risques encourus par le personnel de piste d’un aéroport
On s’intéresse tout d’abord à quelques caractéristiques de l’oreille humaine et on
cherche à comprendre en quoi le bruit émis par un avion au décollage présente des
risques importants quant à l’ouïe du personnel présent à proximité.
2.1. Préciser à quel risque est soumis l’ouïe du
personnel de piste dans un aéroport.
Avion au décollage : 130 dB à 1 m ; dommages irréversibles pour l'oreille.
2.2. Montrer que l’intensité sonore d’un avion au décollage est 100 fois plus importante
que celle d’un marteau piqueur.
Marteau piqueur : 110 dB.
I
1 = 10
-12 x 10
11 = 0,1 W m
-2.
Avion au décollage :
I2 = 10-12 x 1013 = 10 W m-2 = 100 I1.
2.3. Sachant que lorsqu’on double la distance à une source sonore, le niveau sonore
diminue de 6 dB, évaluer la distance à laquelle le niveau sonore d’un avion au
décollage n’est plus que de 100 dB.
130 -100 = 30 dB ; 30 / 6 = 5 ; 2
5 = 32 m.
3. Étude de l’efficacité du casque à réduction de bruit active.
D’après la règlementation sur la santé et la sécurité au travail (article L.4121-2), la
valeur limite d’exposition au bruit d’une personne est de 87 dB en moyenne sur une
journée de travail.
Dans les milieux bruyants comme les aéroports, il convient donc de protéger le
personnel avec un matériel adapté, comme un casque à réduction de bruit active.
Test d’un casque avec fonction de réduction de bruit.
Lors de tests en laboratoire, on évalue l’efficacité d’un casque anti-bruit à l’aide d’une
oreille artificielle. Les courbes ci-dessous illustrent très bien l’effet de la technologie de
réduction du bruit. Une source génère un signal sur tout le spectre de fréquence, et on
mesure le niveau d’intensité sonore.
3.1. Donner les intervalles de fréquences pour lesquels le casque sans fonction
réduction de bruit est efficace.
Fréquence inférieure à 40 Hz et fréquences supérieures à 500 Hz.
3.2. Expliquer pourquoi le spectre du son émis par un avion au décollage ne
correspond pas à celui d’un son périodique.
Le son émis est complexe, il s'agit d'un bruit.
3.3. À l’aide des courbes données, expliquer pourquoi un casque sans fonction de
réduction de bruit n’est pas adapté pour le personnel des pistes d’aéroport.
Pour un avion au décollage, le niveau de pression acoustique est supérieur à 40 dB pour les fréquences inférieures à 900 Hz.
Dans ce domaine de fréquences, le casque sans fonction anti-bruit est inéficace.
4. Déterminer l’atténuation (en dB) du son pour une fréquence de 80 Hz lorsqu’on
utilise le casque avec fonction réduction de bruit.
En déduire la valeur du rapport : r =I
80 / I*
80
.
- I
80 intensité sonore à 80 Hz, sans casque ;
-
I*
80 intensité sonore à 80 Hz avec casque et fonction de réduction de bruit activée.
Commenter la valeur de ce rapport.
L'atténuation du son est égale à 110 -85 = 25 dB.
Sans casque : 110 = 10 log ( I
80 / 10
-12) ; I
80 = 10
-12 x 10
11 = 10
-1 W m
-2.
Casque avec fonction anti bruit :
85 = 10 log ( I*80 / 10-12) ; I*80 = 10-12 x 108,5 = 10-3,5 = 3,16 10-4 W m-2.
r = 0,1 / (3,16 10-4) ~ 3,1 102.
Le casque avec fonction anti bruit permet de respecter la règlementation sur la santé et la sécurité au travail (article L.4121-2)