EXERCICES OREILLE ET NOCIVITE DU BRUIT ...spcts.e- THEME 2 : SON ET MUSIQUE EMETTEURS ET RECEPTEURS

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  • THEME 2 : SON ET MUSIQUE EMETTEURS ET RECEPTEURS SONORES (CHAP.4 DU LIVRE)

    Ch4 – Exercices Oreille et nocivité du bruit- 1/5

    EXERCICES OREILLE ET NOCIVITE DU BRUIT

    INFORMATIONS UTILES

    DONNEES :

     Dans le cas de plusieurs sources sonores, les intensités acoustiques s’additionnent : I =∑ In.

     Intensité acoustique : I = P/S avec P, puissance acoustique en W, S surface du front d’onde en m2. Pour une onde

    sphérique, S = 4πd2 avec d, la distance entre l’émetteur et le récepteur.

     Seuil d’audibilité à 3000 Hz : I0 = 1,0. 10 -12 W.m-2 Seuil de douleur : Idouleur = 1 W.m

    -2

     Niveau d’intensité sonore : L (en dB) = 10 log (I/I0)

     On supposera que le milieu de propagation est homogène (air à 20°C) et que la propagation du son s’effectue

    sans amortissement acoustique (pas de transformation d’énergie mécanique en énergie thermique).

     Dans le cas de deux émissions sonores simultanées dont les niveaux d’intensité sont séparés de 8 dB au

    minimum, le son le plus faible devient imperceptible.

    DOCUMENTS :

     A la foire :

     Protections auditives Document 1 : casques anti-bruits et bouchons en mousse Les casques anti-bruits passifs sont principalement utilisés dans des situations de travail. La loi française oblige l'employeur à protéger l'audition de ses employés dans l’environnement de travail ou le bruit ambiant est supérieur à 85 dB. Le niveau d'affaiblissement du bruit est mesuré en SNR (Rapport Signal/Bruit) qui donne une information sur le niveau de protection contre le bruit, en décibels, assuré par le dispositif de protection. Les casques antibruit passifs offrent une atténuation entre 20 dB et jusqu'à 33 dB pour les plus performants. Par exemple SNR 20 dB signifie une atténuation moyenne de 20 dB.

    http://www.google.fr/imgres?sa=X&biw=1188&bih=585&tbm=isch&tbnid=zlKE1m-1w0znfM:&imgrefurl=http://fr.fotolia.com/id/34685209&docid=1-H7l8g4_ZUY2M&imgurl=http://t1.ftcdn.net/jpg/00/34/68/52/400_F_34685209_awko6itBzXbCV6Wh8rJUWLI7bceIl0OC.jpg&w=400&h=400&ei=oadmUurqBaSd0QX2soDACQ&zoom=1&iact=hc&vpx=467&vpy=245&dur=2348&hovh=225&hovw=225&tx=133.86962890625&ty=152.39132690429687&page=2&tbnh=149&tbnw=122&start=18&ndsp=26&ved=1t:429,r:21,s:0,i:151

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    Ch4 – Exercices Oreille et nocivité du bruit- 2/5

    Les bouchons d'oreilles ont la même fonction que les casques, et sont plus simples et beaucoup moins chers. La plupart des bouchons d'oreilles sont fabriqués en mousse à mémoire de forme, qui est généralement roulé en forme de cylindre bien comprimé (sans plis) par les doigts et ensuite inséré dans le conduit auditif. Une fois libéré, le bouchon gonfle jusqu'à obturer le conduit, amortissant les vibrations sonores qui atteignent le tympan. Caractéristiques d'un bouchon et d'un casque du commerce tous les deux SNR 30 dB :

    Fréquence (en Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 8000

    Atténuation (en dB) d'un bouchon SNR 30 dB

    12 17 23 29 30 31 33

    Atténuation (en dB) d'un casque SNR 30 dB

    21 26 30 28 30 32 28

    Source : http://fr.wikipedia.org et publicités pour les caractéristiques Document 2 : musique et protection auditive Certains bouchons d'oreilles sont conçus pour atténuer le niveau d’exposition sonore en décibels pour l'utilisateur sans affecter sa perception de la musique. Ils sont couramment utilisés par les musiciens et techniciens tant en studio qu’en concert pour éviter une exposition à un niveau trop élevé, tout en respectant un bon équilibre dans la bande des fréquences perçues. Les bouchons pour musiciens sont conçus pour atténuer les sons uniformément sur l'ensemble des fréquences auditives et permettre ainsi aux musiciens de l’orchestre d'entendre clairement les harmoniques aiguës, chants, cymbales, et d'autres hautes fréquences, mais à volume réduit. Ces bouchons d'oreilles apportent généralement une atténuation de 20 dB seulement et ne sont pas destinés à la protection contre les niveaux sonores très élevés (> 105 dB). Source : http://fr.wikipedia.org Document 3 : trombone Le trombone est un instrument de musique à vent et à embouchure de la famille des cuivres clairs. Le terme désigne implicitement le trombone à coulisse caractérisé par l'utilisation d'une coulisse télescopique, mais il existe également des modèles de trombone à pistons. Le trombone à coulisse est réputé pour être l'un des instruments les plus difficiles, mais également l'un des plus puissants d'un orchestre. Un trombone peut jouer des variations de nuances allant d’une nuance pp (pianissimo = très faible) correspond à 85 dB à une nuance ff (fortissimo = très fort) correspond à 115 dB, ce qui correspond à une variation de 30 dB mesurés à 20 cm en sortie du trombone. Source : http://fr.wikipedia.org Source 2 : "De la vibration des lèvres au son émis par le trombone" par Joël Gilbert CNRS (Le Mans)

    Document 4 : échelle des dB Source : http://www.audio2000.fr

    http://www.google.fr/imgres?sa=X&biw=1188&bih=585&tbm=isch&tbnid=zlKE1m-1w0znfM:&imgrefurl=http://fr.fotolia.com/id/34685209&docid=1-H7l8g4_ZUY2M&imgurl=http://t1.ftcdn.net/jpg/00/34/68/52/400_F_34685209_awko6itBzXbCV6Wh8rJUWLI7bceIl0OC.jpg&w=400&h=400&ei=oadmUurqBaSd0QX2soDACQ&zoom=1&iact=hc&vpx=467&vpy=245&dur=2348&hovh=225&hovw=225&tx=133.86962890625&ty=152.39132690429687&page=2&tbnh=149&tbnw=122&start=18&ndsp=26&ved=1t:429,r:21,s:0,i:151

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    Ch4 – Exercices Oreille et nocivité du bruit- 3/5

    QUESTIONS

    A) L’OREILLE … A la foire

    Dans une foire, on a installé un stand à proximité d’un haut-parleur qui émet de la musique. Ce haut-parleur (voir

    schéma en annexe) est considéré comme une source acoustique S d’ondes sphériques de puissance sonore

    P = 1,0. 10 - 3

    W. Les oreilles de la personne A, responsable du stand, se trouvent en M1.

    1) Etablir l’expression littérale de l’intensité acoustique I reçue par la personne A en fonction de P, h, h0 et .

    I = P/S

    avec P, la puissance acoustique en W et S la surface du

    front d’onde en m2.

    La personne A reçoit des ondes sonores du haut-parleur

    considéré comme une source acoustique d’ondes

    sphériques.

    Pour une onde sphérique, S = 4 x π x d2 avec d la distance

    entre l’émetteur et le récepteur.

    Calcul de la distance  :

    On pose (HP – M1) = d

    D’après le théorème de Pythagore : d2 = (h – h0) 2 + 2

    L’intensité acoustique : I = P / S avec S = 4.π.d2

    I = P / (4 x π x ((h – h0) 2 + 2))

    Une deuxième personne vient s’asseoir au stand pour demander un renseignement. La conversation à deux est

    de niveau d’intensité sonore normale, soit Lconv = 70 dB.

    2) En déduire la distance min minimale à laquelle la personne A devra se trouver du poteau pour que les deux

    personnes puissent s’entendre sans être gênées par la musique (musique imperceptible). On supposera

    que la musique et la « conversation » sont de fréquences très voisines.

    Pour que la musique deviennent imperceptible, il faut que : Lmusique < Lconv - 8 dB donc Lmusique < 62 dB

    Calcul de l’intensité acoustique Imusique correspondant à 62 dB :

    L = 10 log (I/I0) donc log(I/I0) = L / 10 donc I / I0 = 10 L/10 donc I = I0 x 10

    L/10

    Or I = P / (4 x π x ((h – h0) 2 + 2)) donc P / (4 x π x ((h – h0)

    2 + 2)) = I0 x 10 L/10

    Donc 4 x π x ((h – h0) 2 + 2) = P / I0 x 10

    L/10 donc (h – h0) 2 + 2 = P / (4 x π x I0 x 10

    L/10)

    Donc 2 = ( P / (4 x π x I0 x 10 L/10)) - (h – h0)

    2

    Donc 2 = ( 1,0.10-3 /(4 x π x 1,0.10-12 x 1062/10)) - (4,0 – 1,10)2

    Donc 2 = 42

    Donc  = 42

    Donc  = 6,5 donc min = 6,5 m Donc  > min

    d

    http://www.google.fr/imgres?sa=X&biw=1188&bih=585&tbm=isch&tbnid=zlKE1m-1w0znfM:&imgrefurl=http://fr.fotolia.com/id/34685209&docid=1-H7l8g4_ZUY2M&imgurl=http://t1.ftcdn.net/jpg/00/34/68/52/400_F_34685209_awko6itBzXbCV6Wh8rJUWLI7bceIl0OC.jpg&w=400&h=400&ei=oadmUurqBaSd0QX2soDACQ&zoom=1&iact=hc&vpx=467&vpy=245&dur=2348&hovh=225&hovw=225&tx=133.86962890625&ty=152.39132690429687&page=2&tbnh=149&tbnw=122&start=18&ndsp=26&ved=1t:429,r:21,s:0,i:151

  • THEME 2 : SON ET MUSIQUE EMETTEURS ET RECEPTEURS SONORES (CHAP.4 DU LIVRE)

    Ch4 – Exercices Oreille et nocivité du bruit- 4/5

    3) En réalité, la personne A est située sur une direction faisant un angle de 60° avec l’axe principal du haut-

    parleur. En exploitant les documents et sans faire de calculs, expliquer brièvement comment cette nouvelle

    information va modifier la valeur de min précédente.

    A l’aide du document, on observe que pour angle de 60°, le niveau sonore du ha