Ondes et signaux

➜ Revoir les relations liant intensité sonore $I$ et niveau d’intensité sonore $L$.

➜ Découvrir l’effet Doppler par la cinémométrie.

A.

Niveau d’intensité sonore

Le bruit est omniprésent ! Même dans les lieux les plus calmes, nous sommes soumis en permanence à des sons résiduels (grésillements d’appareils, passages dans la rue, etc.).
Dans cette partie, on cherche à étudier l’influence de la distance $d$ à une source sonore $L$ sur le niveau d’intensité sonore perçu. Pour cela, on exploite les capteurs présents dans les smartphones à l’aide de l’application Phyphox.

Protocole d’étude

• Télécharger Phyphox sur deux smartphones.
• Les positionner parallèles l’un et l’autre sur une table ou un bureau avec un écart entre les deux téléphones de $1$ cm pour commencer.
• Sur le premier téléphone, lancer le mode Générateur de son pour émettre un bruit de puissance sonore constante.
• Sur le second téléphone, lancer le mode Intensité sonore.
• Mesurer, silencieusement, les niveaux d’intensité sonore $L$ pour différentes valeurs de $e$ sur une distance totale d’environ $1$ m.

1. Sur un tableur-grapheur, représenter l’évolution de $L$ en fonction de $e$.

2. Calculer une nouvelle grandeur correspondant à l’intensité sonore $I$ liée à $L$ selon : $L=10\log \left(\frac{I}{I_0}\right)$>

La grandeur $I_0$ correspond à l’intensité de référence égale à $I_0=10^{-12}$ W⋅m^-2.

3. Représenter l’évolution de $I$ en fonction de $e$.

L’intensité sonore $I$ est une grandeur inversement proportionnelle au carré de la distance $d$ entre la source et le récepteur.

4. En effectuant un calcul automatique judicieux, vérifier cette affirmation.

B.

Effet Doppler

L’application Phyphox permet également, lorsque l’on est en possession de deux smartphones, de déterminer une vitesse. On se propose de réaliser la mesure d’une vitesse de course d’une personne avec cette application.

Protocole de mesure

• Pour le premier téléphone, aller dans le mode Générateur de son. Régler la fréquence sur $1000$ Hz et lancer l’émission en augmentant au maximum le volume du haut-parleur.
• Pour le second téléphone, aller dans le mode Effet Doppler. Régler la fréquence de référence sur $1000$ Hz.
• Avec le premier téléphone, le camarade se met à courir à vitesse constante en direction du second téléphone en partant d’une distance d’environ $10$ m. Au moment du démarrage, le mode Effet Doppler doit être lancé par la deuxième personne.
• Une fois le téléphone dépassé, le coureur continue sa course en s’éloignant.
• Arrêter l’acquisition une fois le coureur suffisamment éloigné.

1. Comparer les fréquences émises et reçues. Les fréquences reçues lorsque le coureur s’approchait du deuxième téléphone caractérisent-elles un son reçu plus aigü ou plus grave ? Qu’en est-il lorsqu’il s’éloignait ?

2. Comparer les deux vitesses, avant et après approche. Le coureur a-t-il couru à vitesse constante ?