objectifs D’apprentissage
à la fin de cette section, vous pourrez:
- définir l’intensité, l’intensité sonore et le niveau de pression acoustique.
- Calculez les niveaux d’intensité sonore en décibels (dB).
la Figure 1. Le bruit sur les routes bondées comme celle-ci à Delhi rend difficile d’entendre les autres à moins qu’ils crient. (crédit: Lingaraj G J, Flickr)
dans une forêt tranquille, vous pouvez parfois entendre une seule feuille tomber au sol., Après s’être installé dans le lit, vous pouvez entendre votre sang pulser à travers vos oreilles. Mais quand un automobiliste qui passe a sa chaîne stéréo, vous ne pouvez même pas entendre ce que la personne à côté de vous dans votre voiture dit. Nous sommes tous très familiers avec le volume des sons et conscients qu’ils sont liés à l’énergie de la source qui vibre. Dans les dessins animés représentant une personne qui crie (ou un animal qui fait un bruit fort), le caricaturiste montre souvent une bouche ouverte avec une luette vibrante, le tissu suspendu à l’arrière de la bouche, pour suggérer un son fort provenant de la gorge Figure 2., Une exposition élevée au bruit est dangereuse pour l’audition, et il est courant que les musiciens aient des pertes auditives suffisamment graves pour interférer avec leurs capacités de jouer. La quantité physique pertinente est l’intensité sonore, un concept valable pour tous les sons, qu’ils se trouvent ou non dans la plage audible.
l’Intensité est définie comme la puissance par unité de surface exercée par une vague. La puissance est la vitesse à laquelle l’énergie est transférée par la vague. Sous forme d’équation, l’intensité I est I= \ frac{P} {A}\\, où P est la puissance à travers une zone A. l’unité SI POUR I est W/m2., L’intensité d’une onde sonore est liée à son amplitude au carré par la relation suivante:
\displaystyle{I}=\frac{\left(\Delta{p}\right)^2}{2\rho{v}_{\text{w}}}\\.
ici Δp est la variation de pression ou l’amplitude de pression (la moitié de la différence entre la pression maximale et minimale dans l’onde sonore) en unités de pascals (Pa) ou N / m2. (Nous utilisons une minuscule p pour la pression pour la distinguer de la puissance, notée par P ci-dessus.,) L’énergie (sous forme d’énergie cinétique \ frac{mv ^ 2} {2}\\) d’un élément oscillant d’air dû à une onde sonore mobile est proportionnelle à son amplitude au carré. Dans cette équation, ρ est la densité du matériau dans lequel l’onde sonore se déplace, en unités de kg/m3, et vw est la vitesse du son dans le milieu, en unités de m/s. La variation de pression est proportionnelle à l’amplitude de l’oscillation, et donc i varie comme (Δp)2 (Figure 2)., Cette relation est cohérente avec le fait que l’onde sonore est produite par des vibrations; plus son amplitude de la pression, plus l’air est comprimé dans le son qu’il crée.
la Figure 2. Graphiques des pressions de jauge dans deux ondes sonores d’intensités différentes. Le son plus intense est produit par une source qui a des oscillations de plus grande amplitude et a des maxima et des minima de pression plus élevés. Parce que les pressions sont plus élevées dans le son de plus grande intensité, il peut exercer des forces plus importantes sur les objets qu’il rencontre.,
les niveaux D’intensité sonore sont indiqués en décibels (dB) beaucoup plus souvent que les intensités sonores en watts par mètre carré. Décibels sont l’unité de choix dans la littérature scientifique, ainsi que dans les médias populaires. Les raisons de ce choix d’unités sont liées à la façon dont nous percevons les sons. Comment nos oreilles perçoivent le son peut-être plus précisément décrites par le logarithme de l’intensité plutôt que directement à l’intensité., Le niveau d’intensité sonore β en décibels d’un son ayant une intensité I en watts par mètre carré est défini comme étant \beta\left(\text{dB}\right)=10\log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\\, où I0 = 10-12 W/m2 est une intensité de référence. En particulier, I0 est l’intensité sonore la plus basse ou seuil qu’une personne ayant une audition normale peut percevoir à une fréquence de 1000 Hz. Le niveau d’intensité sonore n’est pas le même que l’intensité. Parce que β est défini en termes de rapport, c’est une quantité sans unité qui vous indique le niveau du son par rapport à une norme fixe (10-12 W/m2, dans ce cas)., Les unités de décibels (dB) sont utilisées pour indiquer que ce rapport est multiplié par 10 dans sa définition. Le bel, sur lequel le décibel est basé, porte le nom D’Alexander Graham Bell, l’inventeur du téléphone.
| le Tableau 1.,tory, sirène à 30 m; dommages de 8 h par jour d’exposition | ||
|---|---|---|
| 110 | 1 × 10-1 | dommages de 30 min par jour d’exposition |
| 120 | 1 | concert de rock Fort, déchiqueteuse pneumatique à 2 m; Seuil de douleur |
| 140 | 1 × 102 | avion à réaction à 30 m; douleur intense, dommages en quelques secondes |
| 160 | 1 × 104 | éclatement des tympans |
le niveau de décibels d’un son ayant une intensité seuil de 10-12 W/m2 est β = 0 dB, car log101 = 0., Autrement dit, le seuil d’Audition est de 0 décibels. Le tableau 1 donne les niveaux en décibels et les intensités en watts par mètre carré pour certains sons familiers.
l’une des choses les plus frappantes à propos des intensités du tableau 1 est que l’intensité en watts par mètre carré est assez faible pour la plupart des sons. L’oreille est sensible à aussi peu qu’un trillionième de watt par mètre carré—encore plus impressionnant quand on se rend compte que la zone du tympan n’est que d’environ 1 cm2, de sorte que seulement 10-16 W tombe dessus au seuil de l’Audition!, Les molécules d’Air dans une onde sonore de cette intensité vibrent sur une distance inférieure à un diamètre moléculaire, et les pressions de jauge impliquées sont inférieures à 10-9 atm.
une Autre caractéristique impressionnante de sons dans le Tableau 1 est leur gamme numérique. L’intensité sonore varie d’un facteur 1012 entre le seuil et un son qui cause des dommages en quelques secondes. Vous n’êtes pas au courant de cette énorme gamme d’intensité sonore parce que la façon dont vos oreilles répondent peut être décrite approximativement comme le logarithme de l’intensité., Ainsi, les niveaux d’intensité sonore en décibels correspondent mieux à votre expérience que les intensités en watts par mètre carré. L’échelle de décibels est également plus facile à comprendre car la plupart des gens sont plus habitués à traiter avec des nombres tels que 0, 53 ou 120 que des nombres tels que 1,00 × 10-11.
Il convient de noter à ce stade qu’il existe une autre échelle de décibels, appelée niveau de pression acoustique, basée sur le rapport de l’amplitude de pression à une pression de référence. Cette échelle est utilisée en particulier dans les applications où le son se déplace dans l’eau., Il est hors de portée de la plupart des textes d’introduction de traiter cette échelle car elle n’est pas couramment utilisée pour les sons dans l’air, mais il est important de noter que des niveaux de décibels très différents peuvent être rencontrés lorsque les niveaux de pression acoustique sont cités. Par exemple, la pollution sonore océanique produite par les navires peut atteindre 200 dB, exprimée en niveau de pression acoustique, alors que le niveau d’intensité sonore plus familier que nous utilisons ici serait inférieur à 140 dB pour le même son.
la Maison de l’Enquête: le Sentiment de Son
Trouver un lecteur de CD et un CD de musique rock., Placez le lecteur sur une table lumineuse, insérez le CD dans le lecteur et commencez à lire le CD. Placez votre main doucement sur la table à côté des haut-parleurs. Augmentez le volume et notez le niveau lorsque la table commence à vibrer pendant que la musique rock joue. Augmentez la lecture sur le contrôle du volume jusqu’à ce qu’il Double. Qu’est-il arrivé aux vibrations?
Vérifiez Votre Compréhension
Partie 1
Décrire la façon dont l’amplitude est liée à l’intensité d’un son.
la Solution
l’Amplitude est directement proportionnelle à l’expérience de l’intensité., Que l’amplitude augmente, le volume augmente.
Partie 2
identifiez les sons courants aux niveaux de 10 dB, 50 dB et 100 dB.
Solution
10 dB: passer les doigts dans vos cheveux.
50 dB: à l’intérieur d’une maison calme sans télévision ni radio.
100 dB: décollage d’un avion à réaction.
résumé de la Section
questions conceptuelles
- Six membres d’une équipe de natation synchronisée portent des bouchons d’oreille pour se protéger contre la pression de l’eau à des profondeurs, mais ils peuvent toujours entendre la musique et effectuer les combinaisons dans l’eau parfaitement., Un jour, on leur a demandé de quitter la piscine pour que l’équipe de plongée puisse pratiquer quelques plongées, et ils ont essayé de s’entraîner sur un tapis, mais ils semblaient avoir beaucoup plus de difficulté. Pourquoi cela peut-il être?
- Une communauté est préoccupée par un plan visant à apporter un service de train à leur centre-ville à partir de la périphérie de la ville. Le niveau d’intensité sonore actuel, même si la gare de triage est à quelques pâtés de maisons, est de 70 dB au centre-ville. Le maire assure au public qu’il y aura une différence de seulement 30 dB dans son dans le centre-ville. Les citadins devraient-ils être concernés? Pourquoi?,
Problèmes & Exercices
- Quelle est l’intensité en watts par mètre carré de 85,0-dB le son?
- l’étiquette d’avertissement sur une tondeuse à gazon indique qu’elle produit du bruit à un niveau de 91,0 dB. Qu’est-ce que c’est en watts par mètre carré?
- Une onde sonore voyageant dans L’air à 20ºC a une amplitude de pression de 0,5 Pa. Qu’est-ce que l’intensité de l’onde?
- à quel niveau d’intensité correspond le son du problème précédent?
- quel niveau d’intensité sonore en dB est produit par les écouteurs qui créent une intensité de 4.,00 × 10-2 W/m2?
- Montrer que l’intensité de 10-12 W/m2 est la même que 10-16 W/m2.
- (a) Quel est le niveau de décibels d’un son deux fois plus intense qu’un son de 90,0 dB? b) Quel est le niveau de décibels d’un son qui est un cinquième plus intense qu’un son de 90,0 dB?
- (a) Quelle est l’intensité d’un son dont le niveau est inférieur de 7,00 dB à celui d’un son de 4,00 × 10-9 W / m2? b) Quelle est l’intensité d’un son supérieur de 3,00 dB à un son de 4,00 × 10-9 W/m2?
- (a) Combien plus intense est un son qui a un niveau 17.0 dB plus élevé qu’un autre? b) si un son a un niveau 23.,0 dB de moins qu’un autre, Quel est le rapport de leurs intensités?
- Les personnes ayant une bonne audition peuvent percevoir des sons aussi bas que -8,00 dB à une fréquence de 3000 Hz. Quelle est l’intensité de ce son en watts par mètre carré?
- Si une grande mouche domestique à 3,0 m de vous fait un bruit de 40,0 dB, Quel est le niveau de bruit de 1000 mouches à cette distance, en supposant que les interférences ont un effet négligeable?
- dix voitures en cercle lors d’une compétition de boom box produisent un niveau d’intensité sonore de 120 dB au centre du cercle., Quel est le niveau d’intensité sonore moyen produit par chaque chaîne stéréo, en supposant que les effets d’interférence peuvent être négligés?
- l’amplitude d’une onde sonore est mesurée en termes de sa pression manométrique maximale. Par quel facteur l’amplitude d’une onde sonore augmente-t-elle si le niveau d’intensité sonore augmente de 40,0 dB?
- Si un niveau d’intensité sonore de 0 dB à 1000 Hz correspond à une pression manométrique maximale (amplitude sonore) de 10-9 atm, Quelle est la pression manométrique maximale dans un son de 60 dB? Quelle est la pression manométrique maximale dans un son de 120 dB?,
- Une exposition de 8 heures à un niveau d’intensité sonore de 90,0 dB peut causer des dommages auditifs. Quelle énergie en joules tombe sur un tympan de 0.800 cm de diamètre ainsi exposé?
- (a) Les trompettes auriculaires n’étaient jamais très courantes, mais elles aidaient les personnes malentendantes en recueillant le son sur une grande surface et en le concentrant sur la plus petite zone du tympan. Quelle augmentation de décibels une trompette auriculaire produit-elle si sa zone de collecte du son est de 900 cm2 et la zone du tympan est de 0,500 cm2, mais que la trompette n’a qu’une efficacité de 5,00% dans la transmission du son au tympan?, B) observations sur l & apos; utilité de l & apos; augmentation des décibels constatée à la partie a).
- Le Son est transmis plus efficacement dans un stéthoscope par contact direct que par l’air, et il est encore intensifié en étant concentré sur la plus petite zone du tympan. Il est raisonnable de supposer que le son est transmis dans un stéthoscope 100 fois plus efficacement que la transmission par l’air. Quel est donc le gain en décibels produit par un stéthoscope dont la surface de collecte du son est de 15,0 cm2 et qui concentre le son sur deux tympans d’une surface totale de 0.,900 cm2 avec une efficacité de 40,0%?
- Les Haut-parleurs peuvent produire des sons intenses avec un apport d’énergie étonnamment faible malgré leur faible efficacité. Calculez la puissance nécessaire pour produire un niveau d’intensité sonore de 90,0 dB pour un haut-parleur de 12,0 cm de diamètre qui a une efficacité de 1,00%. (Cette valeur est le niveau d’intensité sonore directement au haut-parleur.,)
Glossaire
intensité: la puissance par unité de surface portée par une onde
niveau d’intensité sonore: une quantité sans unité vous indiquant le niveau du son par rapport à une norme fixe
niveau de pression acoustique: le rapport de l’amplitude de pression à une pression de référence
- plusieurs organismes gouvernementaux et associations professionnelles absence de protection auditive. ↵
