Intensité sonore et sonorité

A travers cette activité en plusieurs parties, les élèves découvrent les propriétés des ondes sonores, notamment l’intensité et le volume sonore. Ils apprennent comment mesurer l’intensité et la force sonore, la différence entre le son et le bruit, et quand un son est considéré comme une pollution sonore. À l’aide de données comme les relevés d’intensité et les spectrogrammes, et de techniques simples comme l’écoute et l’identification des sons, les élèves étudient comment les sons affectent les personnes et l’environnement. L’enseignante en salle de classe Lynette Cummings a développé ces activités dans le cadre du programme Teacher to Ranger to Teacher.

Intensité &Loudness

L’intensité d’un son est la puissance du son en Watts divisée par la surface que le son couvre en mètres carrés. L’intensité sonore d’un son est le rapport entre l’intensité d’un son donné et l’intensité au seuil de l’audition. Elle est mesurée en décibels (dB). Le seuil de l’audition humaine a une intensité d’environ 0,0000000000001 watts par mètre carré et correspond à 0 décibel. Le seuil de la douleur pour l’homme est de 1 watt par mètre carré et correspond à 120 dB. Un chuchotement se situe entre 20 et 30 dB, une conversation bruyante à environ 50 dB, un aspirateur à environ 70 dB, une tondeuse à gazon à environ 90 dB et un klaxon de voiture à 1 m à environ 110 dB. L’être humain est particulièrement sensible aux sons dont la fréquence se situe entre 2000 et 5000 Hertz. L’échelle dBA est dotée d’un filtre, de sorte que le sonomètre est moins sensible aux sons de basse et haute fréquence, tout comme l’audition humaine. Elle est également mieux adaptée à la mesure des dommages auditifs et des interférences vocales chez l’homme.

Bruit

Le « bruit » est tout son indésirable ou sons étrangers (son sans fonction). Le bruit affecte l’environnement naturel. Par exemple, les sons supplémentaires provoquent un « masquage auditif » qui réduit la capacité d’un animal à détecter les communications et les prédateurs. Certains oiseaux chantent plus aigu dans les zones plus bruyantes. Comme les femelles de certaines espèces préfèrent que les mâles chantent à un ton plus bas car cela dénote la maturité, cela peut entraîner une réduction des populations d’oiseaux. D’autres oiseaux peuvent simplement chanter plus fort dans les zones bruyantes. Les grenouilles chinoises ont même déplacé leurs cris vers la gamme des ultrasons (au-dessus des fréquences que les humains peuvent entendre) afin de pouvoir se localiser entre elles pendant la saison des amours. Les chauves-souris glaneuses (celles qui arrachent les insectes des feuilles) ne chassent pas dans les zones bruyantes. Le bruit « stresse » également les animaux sauvages, ce qui les rend moins résistants aux maladies. Le bruit affecte définitivement les milieux aquatiques. Le son voyage beaucoup plus vite et plus loin sous l’eau, ce qui signifie qu’une source de bruit peut avoir un rayon d’impact beaucoup plus grand que sur terre. Des études ont également montré que le bruit à basse fréquence dans les océans, largement lié à l’augmentation de la navigation commerciale, a augmenté de 10 dB depuis les années 1960.

Les sons peuvent également avoir un effet négatif sur les personnes. Il a été démontré que les sons forts ou prolongés provoquent des troubles auditifs, de l’hypertension, des troubles du sommeil, de la gêne et des cardiopathies ischémiques (maladies cardiaques liées à la réduction du flux sanguin vers le cœur). Parmi les autres complications, citons d’éventuelles modifications du système immunitaire et des anomalies congénitales. Il a été démontré que le bruit de la route comprime les artères et augmente la pression sanguine. Il peut même entraîner des crises cardiaques. Des niveaux de bruit de 50 dB la nuit augmentent la production de cortisol (une hormone de stress) qui provoque la constriction des artères et l’élévation de la pression artérielle.

Effets des conditions atmosphériques

L’absorption atmosphérique du son varie en fonction des conditions environnementales telles que l’humidité relative, la pression atmosphérique, la température et le vent. Une humidité plus faible absorbe davantage de sons, surtout aux fréquences élevées, en raison de la « relaxation moléculaire » des gaz présents dans l’air (un taux d’humidité de 10% absorbe le plus). Un changement substantiel de la pression atmosphérique, équivalent à des milliers de pieds de gain d’altitude, a une faible influence sur le niveau sonore pour la plupart des sources, mais affecte substantiellement les niveaux reçus de ces sons.

Plus important encore, le vent et la température peuvent affecter de manière significative la façon dont les ondes sonores se déplacent. Le vent peut faire en sorte que les sons soient plus forts sous le vent, puisque les molécules à travers lesquelles les ondes sonores se propagent sont déplacées sous le vent, au lieu de se répandre également dans les trois dimensions. Les gradients verticaux de température peuvent faire en sorte que le son soit réfracté en s’éloignant du sol (lorsque l’air chaud près du sol est sous l’air plus froid au-dessus) ou en se rapprochant du sol (lorsque l’air froid près du sol est piégé par une couche d’air chaud au-dessus, c’est-à-dire une inversion).

Objectif(s)

Les élèves seront capables de :

1. Comprendre la relation entre l’intensité sonore et le volume.
2. Mesurer les lectures de niveaux sonores en dB et dBA et les convertir en intensité ainsi que comprendre comment ces niveaux sont perçus par les humains.
3. Rechercher comment le son affecte l’environnement naturel ainsi que les personnes.
4. Distinguer le son et le bruit.
5. Analyser les données sur le son pour montrer les effets qu’il a sur l’environnement et les visiteurs humains.
6. Faire des recommandations sur les sons dans un endroit particulier en utilisant les données sur le niveau sonore et la recherche sur les effets du son.
7. Prévoir l’effet de l’humidité, de la température et du vent sur les sons.

Matériel

1. Mètres de niveau sonore qui se lisent en dB et en dBA
2. Site web du NPS Natural Sounds and Night Skies
3. Holt Physics, manuel scolaire de Serway et Faughn publié en 2002 par Holt, Rinehart, et Winston.
4. Utilisation d’internet pour la recherche.
5. Données d’échantillons recueillies au Herbert Hoover NHS en 2012

Procédure

Partie 1:

Revoir les ondes sonores, en particulier:

• Le son se déplace à travers un matériau comme une onde mécanique. L’onde est une onde longitudinale, ou de compression.
• Le son se produit lorsque l’énergie amène les particules d’air à se rapprocher et à s’éloigner. Plus les particules se rapprochent ou plus elles s’éloignent, plus l’amplitude du son est grande. L’amplitude d’un son détermine sa force et son intensité. Plus l’amplitude est grande, plus le son est fort et intense. L’intensité du son est mesurée en Watts par mètres carrés.
• Les autres propriétés des ondes sonores comprennent la fréquence en Hertz (combien d’ondes par seconde), et la longueur d’onde (littéralement la longueur d’une onde, de la compression à la compression).
• Les humains ne peuvent entendre que les sons entre 20 et 20 000 Hertz. Les animaux ont des gammes différentes et peuvent entendre des sons que nous ne pouvons pas entendre.
• La sonie est la perception humaine de l’intensité du son. Elle est fréquemment mesurée en dB qui est une échelle basée sur le seuil d’audition humain (auquel on donne une mesure de 0 dB et plus). L’échelle dBA reproduit la gamme d’audition humaine en filtrant les hautes et basses fréquences que les gens n’entendent pas aussi bien. Le bruit est un son désagréable ou indésirable, et la pollution sonore est considérée comme tout son qui perturbe les activités.

Partie 2 :

Les élèves analysent les données sur les niveaux sonores. Utilisez les données fournies avec ce plan d’unité ou d’autres données sonores (notamment le lieu, le moment et les conditions d’enregistrement, ainsi que des sons typiques comme le chant des oiseaux). Les élèves peuvent emmener un sonomètre à différents endroits de l’école pour recueillir des données. Les élèves doivent noter l’heure et les conditions dans lesquelles ils ont échantillonné les données. Trouvez des exemples d’enregistrements sonores et de spectrogrammes sur le site Web NPS Natural Sounds and Night Skies.

Partie 3:

À l’aide de livres, d’articles et de sites Web fiables, les élèves recherchent comment les sons affectent les gens et l’environnement naturel. Ils peuvent examiner les effets positifs et négatifs de sons dont la force, l’intensité et la durée diffèrent. Les élèves étudient également les méthodes par lesquelles l’intensité des sons peut être réduite.

Partie 4:

Les élèves se rendent à l’endroit où ils examineront les effets du son, par exemple un parc à proximité. Les élèves apportent des sonomètres (de préférence capables de mesurer les dBA) pour enregistrer les intensités sonores. Les élèves écoutent et enregistrent tous les sons entendus pendant une période de 15 minutes. Les élèves écoutent et enregistrent uniquement les sons intrinsèques pendant 10 minutes (les sons typiques des activités quotidiennes du parc), qui peuvent être naturels et culturels (comme le son du marteau d’un forgeron au Herbert Hoover National Historic Site). Les élèves écoutent et enregistrent pendant 10 minutes les sons extrinsèques (non typiques du lieu), comme la circulation à proximité. Notez vos observations sur les conditions météorologiques et les caractéristiques du lieu tout en enregistrant les données. Discutez des sons qui contribuent à la réalisation de l’objectif du parc et de ceux qui sont perturbateurs ou qui ne permettent pas aux visiteurs de profiter du parc. Les élèves peuvent également vouloir déterminer quels animaux sont indigènes au parc et déterminer comment les différents sons peuvent les affecter.

Partie 5 :

Utiliser les données et les recherches des élèves pour évaluer comment les niveaux et les intensités sonores peuvent avoir un impact sur le lieu qu’ils ont visité. Comparez les données à celles déjà recueillies par d’autres. Examinez comment les niveaux sonores peuvent affecter les résidents naturels du parc ou les visiteurs humains. Faites des recherches sur les impacts sur les espèces indigènes. Discutez des impacts oralement et rédigez un résumé ou un article sur les effets probables des différents sons sur les résidents et les visiteurs, humains ou animaux. L’expérience du parc pourrait-elle être améliorée en éliminant ou en réduisant certains sons ? Dans l’affirmative, quels sons et comment ?

Connexions avec le parc

Les sons qui sont naturels à un parc sont considérés comme des ressources naturelles. Le chant des oiseaux, le bouillonnement de Hoover Creek et les bruits d’un forgeron au travail sont des sons typiques du Herbert Hoover National Historic Site. Ces sons, à la fois naturels et culturels, sont ceux qu’Herbert Hoover entendait lorsqu’il était enfant à West Branch, dans l’Iowa. Leur protection et leur préservation font partie de la mission du National Park Service. Les visiteurs du parc peuvent entendre ces sons ainsi que le bruit empiétant du 21ème siècle comme le trafic sur l’Interstate 80.

Les étudiants qui étudient les propriétés des ondes sonores telles que l’intensité et la force sonore doivent également voir les effets des sons sur notre environnement et même comment nous pouvons réduire tout effet indésirable. Le Herbert Hoover National Historic Site et d’autres parcs nationaux présentent l’occasion parfaite de pousser plus loin les connaissances des élèves en classe sur les propriétés des sons. Les élèves peuvent mesurer les propriétés du son et voir ensuite comment elles affectent l’environnement et les gens. Les élèves peuvent même jouer un rôle actif dans la préservation et la protection des parcs nationaux en recommandant des moyens de réduire le bruit extrinsèque. Leurs recommandations devraient montrer une compréhension des propriétés sonores ainsi que du caractère du parc.

Matériel

Tableau des données sur les niveaux sonores prises au LHN Herbert Hoover durant l’été 2012. Au format CSV, qui peut être ouvert par un tableur.

Télécharger les données sur les niveaux sonores à Herbert Hoover, 2012

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