Vingt exercices sur l’intensité sonore et le niveau en décibels : calculs avec le logarithme, addition de sources, atténuation par la distance et par les parois, lecture de graphiques. Cherche seul(e) avant d’ouvrir le corrigé séparé. Constante utile : I0 = 1,0 × 10−12 W/m2.
Cette fiche d’exercices est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Les exercices sur l’intensité sonore
Exercice 1 : Questions de cours1. Définis l’intensité sonore et donne son unité.
2. Écris la relation entre le niveau sonore L et l’intensité I. Que vaut I0 ?
3. Quelle est l’unité de L ? A-t-elle une dimension physique ?
4. De combien de dB le niveau varie-t-il quand l’intensité double ?
5. Donne les niveaux correspondant au seuil d’audibilité et au seuil de douleur.
Dis si chaque affirmation est vraie ou fausse et justifie.
a. L’intensité sonore s’exprime en watts.
b. Un niveau de 0 dB correspond à une intensité nulle.
c. Deux sources identiques de 60 dB produisent ensemble 120 dB.
d. Une augmentation de 10 dB correspond à une intensité multipliée par 10.
e. Pour une source ponctuelle, doubler la distance divise l’intensité par 4.
f. Le niveau sonore est proportionnel à l’intensité sonore.
Un haut-parleur rayonne une puissance sonore P = 2,0 × 10−3 W à travers une surface S = 0,50 m2 perpendiculaire à la propagation.
1. Calcule l’intensité sonore I.
2. Calcule le niveau d’intensité sonore correspondant.
Une source ponctuelle isotrope émet une puissance sonore P = 0,10 W. On étudie deux positions M1 et M2 aux distances d1 = 2,0 m et d2 = 4,0 m de la source.
1. Calcule l’aire S1 et S2 des sphères passant par M1 et M2.
2. Calcule les intensités I1 et I2.
3. Calcule le rapport I1 ÷ I2 et commente.
4. Calcule les niveaux L1 et L2, puis la différence L1 − L2.
Calcule le niveau d’intensité sonore pour chacune des intensités : a. 3,2 × 10−6 W/m2 ; b. 1,0 × 10−9 W/m2 ; c. 2,5 × 10−4 W/m2.
Calcule l’intensité sonore pour chacun des niveaux : a. 72 dB ; b. 45 dB ; c. 95 dB. Donne les résultats avec deux chiffres significatifs.
Le diagramme donne le niveau de quelques bruits courants.
1. Quels bruits dépassent le seuil de risque de 85 dB ?
2. Combien de fois l’intensité de la conversation est-elle plus grande que celle du chuchotement ?
3. Calcule l’intensité sonore du concert.
4. De combien faut-il diminuer le niveau du concert pour que son intensité soit divisée par 100 ? À quelle situation du diagramme arrive-t-on ?
Chaque source d’un ensemble de sources identiques produit, seule, un niveau de 60 dB au point d’écoute.
1. Quel est le niveau avec deux sources en fonctionnement ?
2. Quel est le niveau avec cinq sources ?
3. Combien de sources faut-il pour atteindre 70 dB ?
4. Explique pourquoi le niveau n’est pas simplement 60 dB multiplié par le nombre de sources.
Une première source produit seule 70 dB en un point, une seconde produit seule 65 dB au même point.
1. Calcule les intensités I1 et I2.
2. Calcule le niveau lorsque les deux fonctionnent ensemble.
3. On ajoute une troisième source de 65 dB. Quel est le nouveau niveau ?
Une source ponctuelle isotrope produit un niveau de 80 dB à d1 = 1,0 m, en champ libre.
1. Démontre que L2 = L1 − 20 × log (d2 ÷ d1).
2. Calcule le niveau à 4,0 m, puis à 10 m.
3. À quelle distance le niveau tombe-t-il à 50 dB ?
Un élève mesure le niveau sonore devant une enceinte à différentes distances. Les résultats sont représentés ci-dessous (axe horizontal gradué en log d).
1. Relève le niveau à chaque distance et calcule la perte de niveau à chaque doublement de la distance.
2. Ces résultats sont-ils compatibles avec une source ponctuelle en champ libre ? Justifie.
3. Quel niveau attend-on à 16 m ?
4. Calcule l’intensité à 1,0 m, puis la puissance sonore de l’enceinte en supposant un rayonnement isotrope.
Le bruit de la rue atteint 78 dB devant une fenêtre ; dans la pièce, on mesure 54 dB.
1. Calcule l’atténuation A apportée par la fenêtre.
2. De quel facteur l’intensité sonore est-elle divisée ?
3. Un double vitrage de meilleure qualité atténue de 30 dB. Quel niveau mesurerait-on dans la pièce ?
L’intensité au seuil d’audibilité est I0 = 1,0 × 10−12 W/m2 et celle du seuil de douleur est I = 1,0 W/m2. Le tympan a une surface S = 5,0 × 10−5 m2.
1. Calcule le niveau correspondant au seuil de douleur.
2. Calcule le rapport entre les deux intensités.
3. Calcule la puissance sonore reçue par le tympan à chacun des deux seuils.
On adopte le modèle suivant : à 85 dB, la durée d’exposition quotidienne acceptable est de 8 h ; chaque augmentation de 3 dB divise cette durée par 2.
1. Quelle durée est acceptable à 91 dB ? à 94 dB ?
2. Quelle durée à 100 dB ? Exprime-la en minutes.
3. Quel lien y a-t-il entre « +3 dB » et la durée divisée par 2 du point de vue de l’énergie reçue ?
On trace le niveau L en fonction de lg (I ÷ I0) pour des sons de niveaux croissants.
1. Quelle est la nature de la courbe ? Que peut-on en déduire ?
2. Calcule son coefficient directeur et donne sa signification.
3. Un son est caractérisé par lg (I ÷ I0) = 7,5. Donne son niveau, puis son intensité.
4. À partir de la définition de L, justifie la forme de la courbe.
Une enceinte de sonorisation, posée au sol, rayonne dans un demi-espace (demi-sphère) avec une puissance sonore P = 1,0 W. Dans un demi-espace, la surface à la distance d vaut S = 2π d2.
1. Calcule l’intensité à d = 10 m, puis le niveau correspondant.
2. À quelle distance minimale faut-il se placer pour que le niveau soit inférieur à 85 dB ?
Au bord d’une route, trois voitures passent en même temps, chacune produisant 68 dB au point de mesure, en même temps qu’un camion qui produit 78 dB.
1. Calcule le niveau sonore total.
2. Quel est le niveau si seules les trois voitures passent ?
3. Quelle conclusion tires-tu sur le rôle de la source la plus bruyante ?
Une machine fonctionne dans un atelier. Le niveau mesuré avec la machine est 75 dB ; le bruit de fond seul (machine arrêtée) est de 68 dB.
1. Calcule le niveau dû à la machine seule.
2. Que trouve-t-on si le bruit de fond est de 72 dB (niveau total toujours 75 dB) ? Que conclure sur la précision de la mesure ?
Dans une classe, 25 élèves parlent en même temps ; on suppose que chacun produit seul 60 dB au niveau de l’enseignant.
1. Calcule le niveau perçu par l’enseignant.
2. Pour ramener le niveau total à 65 dB, quel niveau chaque élève doit-il produire seul ?
3. Propose deux solutions concrètes pour réduire le bruit et justifie-les avec les propriétés du cours.
Tu disposes d’un smartphone muni d’une application de sonomètre, d’une enceinte, d’un mètre ruban et d’un espace dégagé.
Rédige un protocole complet permettant de vérifier que l’intensité sonore d’une enceinte est inversement proportionnelle au carré de la distance. Précise les mesures, le traitement (grandeur à calculer, graphique à tracer), le critère de validation et les causes d’écart possibles.
