Hauteur et intensité d'un son – comparer deux sons à l'oscilloscope
SciencesLumière et son12–13 ans
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À suivre dans Lumière et son
Un diapason ou une corde vibre avec une fréquence f et une amplitude A choisies par l'élève ; un oscilloscope affiche le signal, et des échelles indiquent l'intensité (dB) et la hauteur du son. Plus la fréquence est grande, plus le son est aigu ; plus l'amplitude est grande, plus le son est fort ; activez le mode comparaison pour afficher deux sons sur le même écran. Un bouton Écouter joue le son réel, et le domaine audible par l'oreille humaine, de 20 Hz à 20 000 Hz, est indiqué. Deux écrans de plus : Timbre compare les signaux et les spectres d'harmoniques d'instruments jouant la même note (avec un instrument mystère à identifier), et Niveau sonore place un sonomètre à la distance choisie d'une ou deux sources, avec des absorbants, L = 10·log(I/I₀), la loi en 1/r² et les limites d'exposition quotidienne au bruit.
Leçon : Intensité et hauteur d'un son
Ce qu’elle montre
La hauteur dépend de la fréquence et l'intensité de l'amplitude : un diapason ou une corde vibre pendant qu'un oscilloscope trace le signal. Des instruments jouant la même note se répètent à la même fréquence fondamentale f₁, mais mêlent les harmoniques 2f₁, 3f₁… dans des proportions différentes, ce qui fait leur timbre. Le niveau sonore en décibels vaut L = 10·log(I/I₀), avec I₀ = 10⁻¹² W/m² ; pour une source ponctuelle I ∝ 1/r², donc L baisse de 6 dB quand la distance double, et deux sources identiques ajoutent 3 dB. Au-delà de 85 dB, la durée d'écoute quotidienne recommandée est divisée par deux tous les 3 dB.
Mode d’emploi
Dans Hauteur et intensité, appuyez sur Comparer la hauteur ou Comparer l'intensité et faites glisser sur l'oscilloscope pour compter les oscillations. Dans Timbre, réglez la Fréquence fondamentale f₁, choisissez Son A et Son B, comparez signaux et spectres et appuyez sur Écouter A ou Écouter B ; choisissez Instrument mystère pour le Son B et identifiez-le. Dans Niveau sonore (dB), réglez le niveau de la source, les Sources et un absorbant, déplacez le sonomètre, appuyez sur Noter la mesure et répondez aux Tâches.
Paramètres modifiables
- Fréquence du son 1 10–30000 Hz
- Amplitude de vibration du son 1 0,05–5 mm
- Source sonore Diapason, Corde
- Comparer avec un second son
- Écran Hauteur et intensité, Timbre, Niveau sonore (dB)
Questions à explorer
- En quoi la trace d'un son de 880 Hz diffère-t-elle de celle d'un son de 440 Hz de même amplitude ?
- Pourquoi une flûte et un violon jouant la même note sonnent-ils différemment, et qu'ont-ils en commun ?
- De combien de décibels le niveau sonore baisse-t-il quand on passe de 2 m à 8 m d'un haut-parleur ?
