Addition des ondes sonores
Quelles est l'augmentation du niveau sonore quand on additionne deux ondes de même intensité ?
Niveau :
Collège - Lycée
Auteur :
FizziQ
Objectif pédagogique :
Cette expérience permet de découvrir que l'addition de deux sources sonores identiques n'entraîne pas un doublement de l'intensité perçue mais un gain plus faible. Elle introduit la notion d'échelle logarithmique des décibels.
Concepts abordés :
Superposition des ondes, Échelle logarithmique des décibels, Différence entre sons purs et bruits complexes, Interférences constructives et destructives, Puissance sonore et intensité acoustique
Description de l'activité :
L'élève utilise trois smartphones : un pour mesurer le niveau sonore et deux autres pour émettre des bruits blancs. Après avoir calibré chaque smartphone émetteur à 60 dB, l'élève mesure le niveau sonore lorsque les deux sources émettent simultanément. L'expérience est répétée avec différents types de sons pour analyser si l'augmentation sonore reste constante et comprendre les différences observées.
Matériel requis :
Trois smartphones avec l'application FizziQ, Un espace calme avec peu d'échos, Un mètre ruban pour mesurer les distances
Eclairage scientifique
Lorsque deux sources sonores de même intensité sont combinées, l'augmentation du niveau sonore 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 niveau sonore en décibels est calculé selon la formule : L = 10 × log(I/I₀), où I est l'intensité sonore mesurée et I₀ est l'intensité de référence. Lorsque deux sons identiques et 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 fréquences à égale intensité), l'addition suit généralement cette règle des 3 dB. En revanche, pour des sons purs de même fréquence, des phénomènes 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).