En t’éloignant d’une enceinte, tu sais que le son faiblit. Mais de combien exactement ? Dans ce TP sur l’intensité sonore, tu vas mesurer le niveau à différentes distances et tester la loi de décroissance en 1/d², avec une source que tu supposes ponctuelle.
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Objectif du TP sur l’intensité sonore
Mesurer le niveau sonore L en fonction de la distance d à une enceinte, en déduire l’intensité sonore I, vérifier que I × d2 est constant et estimer la puissance sonore de la source.
Matériel
- Une enceinte autonome posée sur un support, à 1 m du sol
- Un sonomètre (ou un smartphone avec une application de sonomètre étalonnée)
- Un générateur de son continu (bruit ou note à 1 kHz émise par l’enceinte)
- Un mètre ruban de 5 m et du ruban adhésif de repérage
- Un grand espace dégagé (couloir large, gymnase ou extérieur calme)
- Une calculatrice ou un tableur
Sécurité
Règle le volume de façon que le niveau à 0,50 m ne dépasse pas 85 dB. Limite la durée d’émission à quelques minutes, éloigne-toi de l’enceinte entre deux mesures et prévois des bouchons d’oreilles. Ne tiens jamais l’enceinte contre l’oreille.
Protocole
- Installe l’enceinte, place le ruban de 0 à 4 m devant son haut-parleur et repère les distances 0,50 ; 1,00 ; 1,50 ; 2,00 ; 3,00 ; 4,00 m.
- Mesure d’abord le bruit de fond, enceinte éteinte, et note-le.
- Allume l’enceinte et règle le volume (limite de sécurité respectée) ; ne touche plus au réglage de tout le TP.
- Place le sonomètre à 0,50 m, microphone dirigé vers l’enceinte, à la hauteur du haut-parleur.
- Attends la stabilisation de l’affichage, puis relève L ; répète trois lectures et note la valeur moyenne arrondie à 0,1 dB.
- Recommence aux autres distances sans changer l’orientation du sonomètre ni le volume.
- Calcule pour chaque distance lg d, I = I0 × 10L/10 et le produit I × d2.
- Trace L en fonction de lg d et ajuste une droite ; relève son coefficient directeur.
Mesures à relever
| d (m) | L mesuré (dB) | lg d | I = I0 × 10L/10 (W/m2) | I × d2 (W) |
|---|---|---|---|---|
| 0,50 | … | … | … | … |
| 1,00 | … | … | … | … |
| 1,50 | … | … | … | … |
| 2,00 | … | … | … | … |
| 3,00 | … | … | … | … |
| 4,00 | … | … | … | … |
Questions
- Que vaut le bruit de fond ? Pourquoi doit-il être nettement plus faible que les niveaux mesurés ?
- Comment évolue L quand d augmente ? Calcule la perte de niveau entre 1,00 m et 2,00 m, puis entre 2,00 m et 4,00 m.
- Complète le tableau : calcule lg d, I et I × d2 pour chaque distance.
- Le produit I × d2 est-il constant ? Que conclus-tu sur la loi de décroissance de l’intensité ?
- Trace L = f(lg d). Quelle est la nature de la courbe ? Détermine son coefficient directeur et compare-le à la valeur théorique −20 dB par décade.
- Estime la puissance sonore de l’enceinte, en supposant un rayonnement isotrope : P = 4π × (I × d2).
- Pourquoi les mesures aux grandes distances sont-elles moins fiables ? Cite deux causes d’écart au modèle de la source ponctuelle en champ libre.
Pour aller plus loin
- Place une deuxième enceinte identique au même endroit que la première, branchée sur la même source : le niveau augmente-t-il de 3 dB comme prévu ?
- Intercale une plaque de mousse ou un manteau épais entre l’enceinte et le sonomètre à 1,00 m : calcule l’atténuation en dB apportée par ce matériau.
