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Propagation et atténuation
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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
120 minutes

3
Propagation et atténuation




Les acousticiens sont des ingénieurs chargés de lutter contre la pollution sonore. Ils étudient finement la propagation du son.

➜ Comment la puissance sonore varie-t-elle au cours de la propagation d’une onde acoustique ?


Objectifs

  • Exploiter l’expression du niveau d’intensité sonore.
  • Illustrer l’atténuation géométrique et l’atténuation par absorption.


Doc. 1
Dispositif expérimental

Dispositif expérimental


On suppose l’amplitude UU de la tension générée par le récepteur proportionnelle à l’intensité sonore II reçue.

Doc. 2
Niveau sonore et atténuation

Pour faciliter les échanges dans le cadre de l’acoustique, on définit le niveau d’intensité sonore LL par :
L=10log(II0) L=10 \log \left(\dfrac{I}{I_{0}}\right)
LL : niveau d’intensité sonore (dB)
II : intensité sonore (W·m-2)
I0I_{0} : intensité sonore de référence égale à I0=1012I_{0}=10^{-12} W·m-2

On définit également l’atténuation AA comme la différence entre les niveaux d’intensité sonore de deux points de propagation de l’onde.

Doc. 3
Matériel nécessaire

  • Émetteur et récepteur à ultrasons et oscilloscope
  • Jeu de matériaux absorbants phoniques
  • Tableur-grapheur
  • Un rail en arc de cercle gradué et un rail rectiligne gradué

Compétences

REA : Effectuer des mesures avec des capteurs

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

VAL : Exploiter un ensemble de mesures

Questions

1. Montrer que l’atténuation entre deux niveaux sonores s’exprime : A=10log(U2U1)A=10 \log \left(\dfrac{U_{2}}{U_{1}}\right)


2. a. Réaliser le montage expérimental, puis mesurer l’amplitude UU pour différentes valeurs de distance DD et un angle θ=0\theta = 0 ° (voir doc. 1).


b. À l’aide d’un tableur, calculer l’atténuation AA entre le son à une distance DD et le son à une distance de référence Dref=1,0D_{\text{ref}} = 1,0 cm.


c. Tracer la courbe représentative de AA en fonction de log(DDref )\log \left(\dfrac{D}{D_{\text {ref }}}\right).
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d. En déduire que A=20log(DDref)A=-20 \log\Big(\dfrac{D}{D_{\text{ref}}}\Big) et exprimer II en fonction de DD, DrefD_{\text{ref}} et I0I_{0}.


3. a. Mesurer UU pour différents matériaux placés après l’émetteur. Calculer l’atténuation AA associée à ces matériaux. Conclure.


b. Lister tous les paramètres susceptibles d’altérer la propagation d’un signal sonore.


4. a. Remplacer le rail rectiligne par le rail en arc de cercle, puis mesurer l’amplitude UU pour différentes valeurs de l’angle θ{\theta}, la distance DD restant constante.


b. Calculer l’atténuation AA entre chaque position d’angle θ{\theta} et lorsque θ=0{\theta} = 0°.


c. Exprimer 1Iθ=0\dfrac{1}{I_{\theta=0^{\circ}}} en fonction de AA et représenter son évolution en fonction de θ{\theta}.

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Synthèse de l'activité

Une source sonore émet un son dont le niveau sonore à 1,01,0 cm est de 7373 dB. Un observateur est situé à 1,01,0 m de la source, derrière une porte dont l’absorption est de Aporte=25A_{porte} = -25 dB.
Calculer le niveau sonore et l’intensité sonore perçus par l’observateur.
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