À propos de la protection contre le bruit

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Sons et musiques
Type : Exercice | Année : 2013 | Académie : Polynésie française
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
À propos de la protection contre le bruit
 
 

Son et musique

Corrigé

47

Spécialité

pchT_1306_13_01C

 

Polynésie française • Juin 2013

Exercice 3 • 5 points

Dans cet exercice on cherche à évaluer le niveau sonore auquel peut être exposé un ouvrier sur un chantier de construction et on présente une technologie innovante de lutte contre le bruit.

Les documents nécessaires sont regroupés en fin d’exercice.

1 Technologie « ANR »

1. Nommer le phénomène ondulatoire utilisé par la technologie « ANR » pour réduire le bruit reçu.

2. Expliquer théoriquement et à l’aide de schémas simples comment ce phénomène peut annuler la perception d’une onde progressive sinusoïdale.

2 On considère un bruit extérieur, reçu par une personne sur un chantier, caractérisé par une intensité sonore I1 = 1,0 × 10–3 W . m–2 à la fréquence de 500 Hz.

1. Calculer le niveau sonore L1 du son reçu par cette personne (sans casque).

2. En déduire le niveau sonore L2 du son à travers un casque de protection « NoiseMaster® », puis calculer l’intensité sonore I2 correspondante.

3 Sur un chantier de travaux publics, un ouvrier (sans casque) est placé à une distance R = 1,0 m d’un engin émettant un bruit de fréquence moyenne 125 Hz avec une puissance sonore P = 15 mW.

1. Déterminer, en justifiant, si le bruit perçu par cet ouvrier présente un danger pour son système auditif.

2. L’ouvrier met son casque avec protection « NoiseMaster® ». Quel est alors le niveau sonore ressenti ? Le danger persiste-t-il ?

3. L’ouvrier retire son casque et s’éloigne pour se positionner à 10 m de l’engin.

Cette opération est-elle plus efficace que celle décrite en 2. en termes de protection contre le bruit ?

Document 1

Quelques données

  • Relation entre le niveau sonore L (dB) et l’intensité sonore I (W . m–2) :

    L=10 log(II0)

    avec I0 = 1,0 × 10–12 W . m–2, intensité sonore de référence.

  • L’intensité sonore I à une distance R d’une source émettant dans toutes les directions est reliée à la puissance sonore P de cette source par la relation

    I=PS

    S représente la surface de la sphère de rayon R (S = 4πR²).

Document 2

Échelle de niveaux sonores

 

Niveau sonore (dB)

0

60

85

90

120

Effet sur l’auditeur

Limite d’audibilité

Bruit gênant

Seuil de risque

Seuil de danger

Seuil de douleur

 
Document 3

Casque actif antibruit

La société TechnoFirst® a développé la gamme de casques NoiseMaster® équipés de la technologie ANR® (Active Noise Reduction®).


 

La technologie ANR® repose sur un système électronique miniaturisé (2) placé à l’intérieur de la coquille du casque. Ce système est connecté d’une part à un petit microphone (1) qui capte le bruit ambiant et d’autre part à un petit haut-parleur (3) qui génère le « contre bruit » à proximité de l’oreille de façon à atténuer considérablement le bruit qui arrive au tympan.

Ce casque nécessite l’utilisation de piles électriques.

Source : www.technofirst.com

Document 4

Les différents types de casques antibruit

Il existe deux types de casques antibruit : les casques passifs et les casques actifs.

Le graphe ci-dessous donne les atténuations des niveaux sonores apportés par ces deux types de casques. Pour un niveau sonore de bruit donné (courbe 1), la courbe 2 donne le niveau sonore après atténuation apportée par un casque passif et la courbe 3 celle apportée par un casque actif.


 

Notions et compétences en jeu

Connaître les propriétés des ondes progressives • Savoir extraire des informations • Savoir manipuler des formules mathématiques • Savoir effectuer des lectures graphiques.

Conseils du correcteur

31.  Pensez à utiliser à la 2e formule du document 1.

Corrigé

11. Nommer un phénomène ondulatoire

Le phénomène qui permet de réduire le son perçu est le phénomène d’interférence entre le son émis par le casque et le son perçu.

2. Expliquer l’influence d’un phénomène ondulatoire

Les ondes progressives sinusoïdales s’additionnent : il faut donc que le son émis par le casque soit en opposition de phase avec le son reçu. Si leurs intensités sont équivalentes, ils vont s’annuler. Sinon, le son résultant est plus faible qu’en l’absence de casque.


 

21. Calculer le niveau sonore du son reçu

En utilisant la formule du document 1 :

L1 = 10 log (II0) soit, en l’absence de casque,

L1 = 10 log  (1,0×1031,0×1012) = 90 dB.

2. Déduire le niveau sonore du son à travers le casque

 

Notez bien

Si a = log b alors b = 10a.

En utilisant les courbes fournies dans le document 4, on peut lire qu’à 500 Hz, le casque actif atténue un son de L1 = 90 dB à L2 = 60 dB.

L’intensité sonore I2 correspondante est :

L2 = 10 log  (I2I0) soit  L210=log(I2I0) et donc  I2I0=10L2/10.

Et I2 = I0 10L2/10.

En conclusion I2 = 1,0 × 10–12 × 106 = 1,0 × 10–6 W . m–2

31. Justifier de la dangerosité d’un son

Calculons l’intensité I sonore :

I = PS = P4πR2 soit I=15×1034π × 12=1,19×103 Wm2.

L = 10 log  (II0) donc L=10×log (1,19×1031,0×1012)=91dB.

 

Attention

Pensez à utiliser les unités du système international.

D’après le tableau du document 2, ce niveau sonore est au-dessus du seuil de danger pour le système auditif.

2. Déterminer un niveau sonore

D’après les courbes du document 3, à la fréquence de 125 Hz, un son perçu sans casque à environ 90 dB est ramené à un niveau sonore de 67 dB. Il n’y a plus danger. Toutefois, le bruit demeure gênant.

3. Comparer deux niveaux sonores

Si l’ouvrier se place à 10 m de la source, la nouvelle intensité sonore est :

 

I=15×1034π×102=1,19×105Wm2

.

 

Le nouveau niveau sonore est de :

 

L=10×log(1,19×1051,0×1012)=71dB > 67dB

.

 

L’éloignement est donc moins efficace que le port du casque anti-bruit.