Acoustique : comment caractériser et exploiter un signal sonore ? Fréquences et niveau d’intensité acoustique
Objectif 
- Déterminer la période ou la fréquence d’un son pur, caractériser un son par sa fréquence et son niveau d’intensité acoustique.
- Mesurer le niveau d’intensité acoustique.
- Exploiter une échelle de niveau d’intensité acoustique.
- Produire et classer des sons du plus grave au plus aigu.
- Comparer expérimentalement les atténuations phoniques de différents milieux traversés.
Matériel 
- Un GBF (Générateur Basse Fréquence)
- Un sonomètre
- Un haut-parleur
- Un interrupteur
- Des fils rouges et noirs
- Un diapason
- Un oscilloscope
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
Pensez à préciser les unités des valeurs relevées ou calculées.
★ = 1 pt ☆ = 0,5 pt
Introduction – recherche internet
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1.) Un son peut se propager :
◻ Dans l’air
◻ Dans l’eau
◻ Dans le vide
☆ C1
2.) Un son se propage dans l’air :
◻ Plus vite que la lumière
◻ A 344 m/s
◻ A 1238 km/h
☆ C1 ☆ C2
3.) La fréquence f se mesure en :
◻ Watt (W)
◻ Hertz (Hz)
◻ Volt (V)
☆ C1
4.) La période T se mesure en :
◻ millisecondes (ms)
◻ décibel (dB)
◻ secondes (s)
☆ C1
5.) La fréquence f se calcule par :
◻ f = 1 / T
◻ f = T/2
◻ f = 2T
☆ C1
6.) L’oreille humaine détecte les sons sur la gamme :
◻ 400 Hz – 800 Hz
◻ 20 Hz – 2000 Hz
◻ 20 Hz – 20 kHz
☆ C1
7.) Le niveau d’intensité sonore se mesure avec un :
◻ Joulemètre
◻ Ampèremètre
◻ Sonomètre
☆ C1
8.) Le niveau d’intensité sonore se mesure en :
◻ Ampère (A)
◻ Décibel (dB)
◻ Kilowattheure (kWh)
☆ C1
9.) Le niveau d’intensité sonore est dangereux à partir de :
◻ 95 dB
◻ 90 dB
◻ 100 dB
☆ C1
Transmettre un son
………. / 4 pts
10.) Représenter un schéma de principe d’un haut-parleur et d’un microphone. Chacun des schémas comportera les légendes suivantes : “aimant”, “membrane”, “bobine”, “connexions électriques” :
| Haut-parleur | Microphone |
☆☆ C1 ☆☆ C2 ☆☆ C3 ☆☆ C4
Visualiser un son
………. / 4 pts
11.) Proposer un schéma d’expérience permettant de visualiser le son du diapason à l’oscilloscope d’en mesurer sa période T (en s) et sa fréquence f (en Hz) :
| Schéma | Mesures (voir Annexe 1) |
| Réglages de l’oscilloscope Balayage horizontal : 1 ms / div Balayage vertical 5 mV/div T = …………….. f = ………………… |
☆☆ C1 ☆☆ C2 ☆☆ C3 ☆☆ C4
Émettre et mesurer un son
………. / 2 pts
12.) GBF (Générateur Basse Fréquence) : identifier chaque élément sur le schéma.
☆☆ C1
13.) Sonomètre : identifier chaque élément sur le schéma.
 | 1 – Microphone à condensateur 2 – Interrupteur (et choix de signal de sortie) 3 – Sélecteur de pondération de temps 4 – Sélecteur de pondération A/C et étalonnage interne 5 – Gamme de mesure (calibrage) |
☆☆ C1
Atténuer un son
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14.) Réaliser le montage suivant en respectant les réglages :
Réglages
GBF :
- signal ∿
- fréquence entre 500 et 1000 Hz
- amplitude à 5 V (mi-course)
Sonomètre :
- Sélecteur de pondération de temps sur Rapide
- Sélecteur de pondération A/C sur C
- Sélecteur de gamme de mesure sur 50 -100 dB
Appeler le professeur et présenter oralement votre montage.
☆☆ C5
6.) Relever les valeurs dans le tableau :
| Distance entre le haut-parleur et le sonomètre (en cm) | 10 | 20 | 40 |
| Niveaux sonores (en dB arrondi à l’unité) | L1 = ……… | L2 = ……… | L3 = ……… |
☆☆ C3
16.) Que pouvez-vous conclure sur l’atténuation de l’intensité acoustique d’une onde sonore en fonction de la distance de propagation :
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
☆☆ C5
17.) Renouveler l’expérience en plaçant des obstacles de différents matériaux entre le haut-parleur et le sonomètre :
| Matériau | ………………………….. | ………………………….. | ………………………….. |
| Niveaux sonores (en dB arrondi à l’unité) | L1 = ……… | L2 = ……… | L3 = ……… |
☆☆ C2 C4
18.) Que pouvez-vous conclure sur l’absorption de l’énergie des signaux sonores par différents matériaux :
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
☆☆ C5
Annexe 1 : utilisation de l’oscilloscope
Annexe 2 : symboles électriques
Compétences, capacités et connaissances issues du programme CAP Physique Chimie
Capacités
Déterminer la période ou la fréquence d’un son pur.
Caractériser un son par sa fréquence et son niveau d’intensité acoustique.
Mesurer le niveau d’intensité acoustique.
Exploiter une échelle de niveau d’intensité acoustique.
Produire et classer des sons du plus grave au plus aigu.
Comparer expérimentalement les atténuations phoniques de différents milieux traversés.
Mettre en œuvre des émetteurs et des capteurs piézoélectriques.
Mettre en œuvre une chaine de transmission d’informations par canal sonore.
Connaissances
Savoir qu’un son se caractérise par sa fréquence et son niveau d’intensité exprimé en décibels.
Connaître le seuil de dangerosité et de douleur pour l’oreille humaine (l’échelle de niveau d’intensité acoustique étant fournie).
Savoir que les isolants phoniques sont des matériaux qui absorbent une grande partie de l’énergie véhiculée par les signaux sonores.
Savoir que la transmission du son nécessite un émetteur, un milieu de propagation et un récepteur.
Compétence – C1
S’approprier
Rechercher, extraire et organiser l’information.
Traduire des informations, des codages.
Compétence – C2
Analyser
Raisonner
Émettre des conjectures, formuler des hypothèses.
Proposer, choisir une méthode de résolution ou un protocole expérimental.
Élaborer un algorithme.
Compétence – C3
Réaliser
Mettre en œuvre une méthode de résolution, des algorithmes ou un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
Utiliser un modèle, représenter, calculer.
Expérimenter, faire une simulation.
Compétence – C4
Valider
Exploiter et interpréter des résultats ou des observations de façon critique et argumentée.
Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, de la valeur d’une mesure.
Valider un modèle ou une hypothèse.
Mener un raisonnement logique et établir une conclusion.
Compétence – C5
Communiquer
Rendre compte d’un résultat, à l’oral ou à l’écrit en utilisant des outils et un langage approprié.
Expliquer une démarche.