Science et technologie s1134

Les ondes sonores et les décibels

Les ondes sonores sont des ondes mécaniques longitudinales qui se produisent lorsque la vibration d'un corps se propage dans un milieu environnant.

Le son est une onde que l'oreille peut détecter. En effet, les sons que nous entendons sont généralement produits par les vibrations de l'air qui se répercutent sur le tympan et le font vibrer à son tour.

Par exemple, lorsqu'on frappe sur la surface d'un tambour, la membrane vibre. Lorsque la membrane monte, elle pousse les particules d'air qui se trouvent près du tambour. Elles se rapprochent alors ce qui crée une zone de compression. À l'inverse, lorsque la membrane descend, les particules s'éloignent les unes des autres ce qui crée une zone de raréfaction. C'est par ces variations de pression que l'onde sonore peut se propager. Il est important de se souvenir que seule l'onde se propage; les particules d'air se déplacent très peu dans un mouvement de va-et-vient.

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La vitesse du son

Puisque le son est une onde mécanique, il a besoin d'un support matériel pour pouvoir se propager. Ainsi, les ondes sonores se propagent aussi bien dans les solides et dans les liquides que dans les gaz (comme l'air ambiant). Il est donc impossible au son de se déplacer dans le vide.

La vitesse de propagation du son dépend du milieu dans lequel l'onde sonore se propage.

Milieu Vitesse du son (m/s) Vitesse du son (km/h)
Air 346 1246
Eau 1490 5364
Plastique 1800 6480
Bois 4000 14400
Acier 5200 18720

L'échelle des décibels

L'échelle des décibels est une échelle relative utilisée pour quantifier la force d'un bruit, c'est-à-dire son intensité.

Un son peut être doux, comme un murmure, ou fort, comme le bruit d'un klaxon. La force d'un son dépend de son intensité, c'est-à-dire de la quantité d'énergie qu'il transporte. Plus un son est fort, plus il transporte d'énergie. Du même coup, un son fort aura une grande amplitude.

Le décibel (dB) est l'unité de mesure qui représente l'intensité sonore perceptible par l'oreille humaine. Le décibel n'est pas une mesure précise de l'intensité puisqu'il est établi en fonction de la façon dont les êtres humains réagissent au son. L'écart d'intensité que l'être humain peut entendre varie de 0 dB jusqu'à 150 dB et plus. L'échelle des décibels varie selon un facteur de 10; il s'agit d'une échelle de type logarithmique. Ainsi, pour chaque augmentation de 10 dB, l'intensité du son est 10 fois plus intense.

Les décibels ne s'additionnent pas. Ainsi, deux sons distincts de 50 dB provenant de deux conversations à voix normale ne s'additionneront pas pour créer un son de 100 dB.

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Les dangers d'une exposition prolongée aux décibels élevés

Comme l'indique l'image ci-dessus, une exposition prolongée à des sons ayant une intensité sonore supérieure à 100 dB peut causer des risques sérieux pour l'oreille humaine. De plus, lorsque l'intensité sonore dépasse 120 dB, des dommages irréversibles peuvent se produire.

Pour la durée d'une journée d'école (8 heures), on considère que l'ouïe est en danger à partir d'un niveau sonore de 80 dB. Voici un tableau qui montre la durée d'exposition maximale à un son en fonction de son nombre de décibels, afin d'éviter un danger pour les oreilles.

Durée d'exposition quotidienne au bruit nécessitant une action
Niveau sonore en dB
Durée d'exposition maximale
80
8 h
83
4 h
86
2 h
89
1 h
92
30 min
95
15 min
98
7,5 min

L'exposition prolongée à des niveaux de bruits intenses (travail dans un milieu bruyant, musique trop forte, etc.) détruit peu à peu les cellules ciliées de l'oreille interne. Elle provoque une surdité, c'est-à-dire une perte progressive de l'audition des sons.

Au départ, une personne souffrant de surdité ne se rend pas compte de sa perte auditive. Cependant, avec le temps, les fréquences aiguës de la conversation seront touchées; la personne a de la difficulté à suivre une conversation. À long terme, le sujet n'entend plus ce qui se dit par la personne; elle devient sourde.

La fréquence et la perception sonore

Il n'y a pas que l'intensité des sons qui peut varier; les sons peuvent aussi avoir des tonalités différentes. Ils peuvent donc être plus ou moins graves. La tonalité d'un son dépend de la fréquence de l'onde sonore. Un son grave possède une basse fréquence alors que les hautes fréquences caractérisent les sons aigus.

En général, on estime que l'oreille humaine est capable de percevoir des sons ayant une fréquence entre 20 Hz et 20 000 Hz. Évidemment, cette bande de perception sonore varie en fonction de l'âge d'une personne et de l'hérédité. Cette étendue des sons perceptibles varie pour chaque espèce animale. Par exemple, la perception sonore des chiens varie de 15 à 50 000 Hz, et celle des papillons de nuit de 3000 à 150 000 Hz.

Les sons de moins de 20 Hz sont nommés infrasons alors que ceux supérieurs à 20 000 Hz sont des ultrasons. Même si ces sons ne sont pas perceptibles par l'oreille humaine, plusieurs animaux les utilisent comme moyen de communication. C'est d'ailleurs pourquoi on peut appeler les chiens à l'aide de sifflets à ultrasons que nous ne pouvons pas percevoir, mais que les animaux, eux, perçoivent.

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