Il n'est pas aisé de démontrer en classe que l'addition de deux sources sonores de même intensité entraîne une augmentation du niveau sonore de trois décibels, un résultat largement mentionné dans les manuels scolaires. En effet, pour pouvoir démontrer cet effet sans phénomènes d'interférences, il faut utiliser des sources sonores indépendantes, comme par exemple des bruits blancs, ce qui requiert un accès à du matériel spécifique.
Dans ce post, nous utilisons l'application FizziQ pour aborder expérimentalement de manière très simple cet effet, et, en prolongement, questionner les élèves sur les phénomènes d'interférences pour les sons purs.
Utilisons l’application FizziQ sur trois smartphones. Le premier mesurera le niveau sonore (onglet Mesures), et les deux autres émettront chacun un "Bruit Blanc" que l'on trouvera dans la bibliothèque de sons de l'application (onglet Outils -> Bibliothèque de sons).
Le niveau sonore d'un bruit blanc est variable sur des très courtes périodes et donc nous utilisons la mesure Niveau de Bruit qui moyenne les valeurs de l'intensité sonore.
Nous réglons le volume des deux smartphones émetteurs pour que les deux sons soient de niveaux sonores équivalents. Puis nous mesurons le son émit par les deux smartphones simultanément et nous constatons alors une augmentation du niveau sonore global de 3 décibels.
Si l'on dispose d'une classe importante, on pourra essayer d'additionner le bruit blanc de 10 portables d'élèves pour une augmentation du niveau sonore de 10 décibels, et ouvrir la discussion sur les logarithmes.
On peut également utiliser le son "Rue Passante" de la bibliothèque qui est proche d'un bruit blanc et qui met les élèves en situations plus réelle. On pourra alors aborder la notion de bruit.
A présent essayons d'utiliser un signal pur à la place du bruit blanc. Par exemple, utilisons deux sons de fréquence 600 Hz grâce au synthétiseur de fréquences de l'application (onglet Outils -> Synthétiseur de fréquences). Nous constatons que le résultat est hautement aléatoire : en effet, en répétant plusieurs fois l'expérience, on s'aperçoit que le volume sonore peut augmenter de plusieurs décibels, mais également baisser !
La raison est que deux sons purs de même fréquence ne sont pas indépendants. Le résultat de l'addition des sons dépend du déphasage entre les deux sources. Si nous additionnons deux sons purs de même fréquence et en phase, la résultante aura une amplitude double et le niveau sonore augmentera de 6 décibels, pas 3. Par contre deux sons purs de même fréquence mais déphasés d’une demi période auront un son résultant d’amplitude nulle. C’est d’ailleurs sur ce principe que fonctionnent les casques à réducteurs de bruit.
On peut également reproduire cet effet sur un seul portable en utilisant deux voies sur le synthétiseur, et en les dépassant progressivement.
Finalement, si on utilise deux sons purs de fréquences différentes mais proches, on obtient alors des interférences régulières entre les deux sons qui crée le phénomène de battement que nous avons décrit dans une autre vidéo.
L'expérience d'addition des sons est très intéressante à réaliser en classe et ouvre de nombreuses pistes pédagogiques. Avec l'application FizziQ elle est très simple à mettre en oeuvre.
Bonne expérimentation !
Pour en savoir plus sur les ondes sonores, consulter notre blog : "Comment voir un son ?"