Adición de ondas sonoras
Adición de ondas sonoras
Quelles est l'augmentation du nivel sonoro quand on additionne deux ondes de même intensité ?
Dans la vie quotidienne, nous sommes souvent entourés de plusieurs sources sonores simultanées : conversations, musique, circulation ou appareils électroniques. Lorsque plusieurs sons sont émis en même temps, leur effet ne correspond pas simplement à une addition directe des volumes perçus. Le nivel sonoro s’exprime en décibels, une unité qui repose sur une échelle logarithmique et dont le comportement peut sembler surprenant. Par exemple, lorsque deux sources sonores identiques fonctionnent simultanément, l’augmentation du nivel sonoro n’est pas doublée mais augmente seulement d’environ 3 décibels. Dans esta actividad, les élèves utilisent plusieurs smartphones pour produire et mesurer des sons. Este experimento permet de comprendre comment les intensités sonores s’additionnent et d’explorer les notions fondamentales d’acoustique comme la superposition des ondes et l’échelle logarithmique des décibels.
Descripción de la actividad:
El alumno utiliza trois smartphones : un pour mesurer le nivel sonoro et deux autres pour émettre des bruits blancs. Après avoir calibré chaque smartphone émetteur à 60 dB, el alumno mesure le nivel sonoro lorsque les deux sources émettent simultanément, en utilisant le micrófono et l'analyseur sonore de FizziQ.
FizziQ
Autor:
Duración:
30-50 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Mesurer un nivel sonoro à l’aide d’un smartphone.
- Comprendre le fonctionnement de l’échelle logarithmique des décibels.
- Observer l’effet de l’addition de plusieurs sources sonores.
- Vérifier expérimentalement l’augmentation attendue d’environ 3 dB.
- Comparer les résultats obtenus avec différents types de sons.
Conceptos científicos:
Superposition des ondes, Échelle logarithmique des décibels, Différence entre sons purs et bruits complexes, Interférences constructives et destructives, Puissance sonore et intensité acoustique
Sensores:
'- Micrófono (mesure du nivel sonoro)
Material necesario:
'- Deux smartphones avec l'application FizziQ (ou une application équivalente comme phyphox permettant l'acquisition du son)
- Un smartphone avec l'application FizziQ (ou une application permettant l'émission d'un ruido blanco)
- Un espace calme avec peu d'échos
- Un mètre ruban pour mesurer les distances
Procedimiento experimental:
1. Ouvrir l'application FizziQ y seleccionar el instrumento Volume sonore.
2. Utiliser trois smartphones : un para mesurer el nivel sonoro y deux autres para émettre des bruits blancs.
3. Après avoir calibré chaque smartphone émetteur à 60 dB, el alumno mide el nivel sonoro cuando les deux sources émettent simultanément.
4. L'experimento es répétée con différents types de sons para analyser si l'augmentation sonore reste constante y comprendre les différences observées.
5. Registrar les mesures en FizziQ y observer los gráficos en tiempo real.
6. Documenter les résultats, graphiques y conclusions en le cuaderno de experiencias FizziQ.
Pour en savoir más sobre l'addition des ondes y mieux comprendre pourquoi l'addition des sons purs ne permettra pas de retrouver l'augmentation d'intensité de 3 dB attendu, nous conseillons de lire cet article : https://www.fizziq.org/post/l-addition-de-deux-sons-augmente-t-elle-le-niveau-sonore-de-3-décibels
Resultados esperados:
Le nivel sonoro mesuré avec une seule source reste stable autour de la valeur choisie lors du calibrage. Lorsque deux sources identiques fonctionnent simultanément, le nivel sonoro augmente légèrement. L’augmentation observée est généralement proche de 3 décibels. Cette variation reste relativement constante pour des bruits complexes comme le ruido blanco. Des variations peuvent apparaître selon la position des smartphones ou l’environnement acoustique. Pour certains sons purs, des différences importantes peuvent être observées en raison des interférences entre les ondes sonores.
Preguntas científicas:
'- Pourquoi l’augmentation du nivel sonoro n’est-elle pas doublée lorsque deux sources identiques fonctionnent ?
- Pourquoi observe-t-on une augmentation d’environ 3 décibels ?
- Que se passe-t-il si les deux sources ne sont pas placées à la même distance ?
- Pourquoi les résultats diffèrent-ils selon le type de son utilisé ?
- Comment l’environnement influence-t-il les mesures sonores ?
- Pourquoi l’échelle des décibels est-elle logarithmique ?
Explicaciones científicas:
Cuando deux sources sonores de même intensité sont combinées, l'augmentation du nivel sonoro n'est pas de 100% mais d'environ 3 décibels. Cette propriété contre-intuitive s'explique par la nature logarithmique de l'échelle des décibels. Le nivel sonoro en décibels es calculé selon la formule : L = 10 × log(I/I₀), où I es l'intensité sonore mesurée y I₀ es l'intensité de référence. Cuando deux sons identiques y non corrélés s'additionnent, leurs intensités (et non leurs amplitudes) s'ajoutent. Ainsi, doubler l'intensité sonore correspond à une augmentation de 3 dB. Le comportement peut varier selon la nature des sons. Pour des bruits blancs (contenant toutes les frecuencias à égale intensité), l'addition suit généralement cette règle des 3 dB. En revanche, para des sons purs de même frecuencia, des fenómenos d'interférence peuvent survenir : si les ondes sont en phase, l'augmentation peut atteindre 6 dB (interférence constructive), tandis que des ondes en opposition de phase peuvent s'annuler (interférence destructive).
Actividades de ampliación:
'- Réaliser l’expérience avec des sons purs de fréquences différentes.
- Étudier l’effet de la distance entre les sources et le capteur.
- Ajouter une troisième source sonore et mesurer la variation obtenue.
- Comparer les résultats dans une salle calme et dans une salle réverbérante.
- Étudier l’influence de l’orientation des smartphones sur les mesures.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es la superposition des ondes ?
R: Ainsi, doubler l'intensité sonore correspond à une augmentation de 3 dB. Cette propriété contre-intuitive s'explique par la nature logarithmique de l'échelle des décibels.
Q: ¿Cómo FizziQ transforme-t-il le micrófono en instrument de mesure ?
R: FizziQ utilise le micrófono du smartphone pour mesurer le nivel sonoro en décibels, identifier la frecuencia fundamental d'un son et afficher le spectre complet des fréquences. Ces données peuvent être enregistrées et analysées graphiquement.
Q: ¿Se puede réaliser esta actividad en autonomie à la maison ?
R: Oui, esta actividad ne nécessite qu'un smartphone avec l'application gratuite FizziQ. Elle peut être réalisée à la maison, en classe ou sur le terrain, sans matériel de laboratoire spécialisé.