Proposition de séquences pour le module HS3

HS3   : Faut-il se protéger des sons   ?

Le module HS3 est dans le programme proposé en deux parties introduites par deux questions différentes:

1) Tous les sons sont-ils audibles ?2) Comment préserver son audition ?

Le module CME3 est composé de : - Capacités Expérimentales- Capacités non expérimentales- Connaissances

Les capacités et les connaissances à traiter sont les mêmes que pour le module CME3.

Capacités et connaissances Séquence 1

Séquence 2

Mesurer la période, calculer la fréquence d’un son pur.

HS 3

X TP n°2Mesurer le niveau d’intensité acoustique à l’aide d’un

sonomètre. X TP n°2 X TP n°4Produire un son de fréquence donnée à l’aide d’un GBF et

d’un haut parleur. X TP n°1 et 2 X TP n°5

et 6Classer les sons du plus grave au plus aigu, connaissant leurs

fréquences. X TP n°1Vérifier la décroissance de l’intensité en fonction de la

distance. X TP n°5

Comparer expérimentalement l’atténuation phonique obtenue avec différents matériaux. ou un dispositif antibruit. X TP n°6

Savoir qu’un son se caractérise par une fréquence, exprimée en hertz ; X TP n°1

et 2

Savoir qu'un niveau d’intensité acoustique s'exprime en décibel. X TP n°2 et 3 X

TP n°4, 5 et 6

Savoir qu'il existe une échelle de niveau d’intensité acoustique ; X TP n°3 X TP n°4Savoir qu'il existe un seuil de dangerosité et de douleur. X TP n°3 X TP n°4

Savoir que la perception d’un son dépend à la fois de sa fréquence et de son intensité ; X TP n°3

Savoir que l’exposition à une intensité acoustique élevée a des effets néfastes sur l’oreille ; X TP n°3

un signal sonore transporte de l’énergie mécanique ;

les isolants phoniques sont des matériaux qui absorbent une grande partie de l’énergie véhiculée par les signaux sonores X TP n°6

HS3   : Faut-il se protéger des sons   ? Séquence n°1

1) Tous les sons sont-ils audibles   ?

Niveau Seconde Professionnelle

Thème Hygiène et Santé

ModuleHS3 :Faut-il se protéger des sons ?

1) Tous les sons sont-ils audibles ? Séquence 1

Capacités et connaissances

Capacités   :

Mesurer la période, calculer la fréquence d’un son pur.Mesurer le niveau d’intensité acoustique à l’aide d’un sonomètre.Produire un son de fréquence donnée à l’aide d’un GBF et d’un haut parleur.Classer les sons du plus grave au plus aigu, connaissant leurs fréquences.

Connaissances   :

Savoir qu’un son se caractérise par :-une fréquence exprimée en hertz-un niveau d’intensité acoustique exprimé en décibel.Savoir qu’un son dépend à la fois de sa fréquence et de son intensité

Question posée   ? Faut-il se protéger des sons, de tous les sons ?L’oreille humaine est-elle capable d’entendre tous les sons ?

HS3   : Faut-il se protéger des sons   ? Séquence n°2

2) Comment préserver son audition   ?

Niveau Seconde Professionnelle

Thème Hygiène et Santé

ModuleHS3 :Faut-il se protéger des sons ?

2) Comment préserver son audition ? Séquence 2

Capacités et connaissances

Capacités   :

Vérifier la décroissance de l’intensité acoustique en fonction de la distance.Comparer expérimentalement l’atténuation phonique obtenue avec différents matériaux ou un dispositif anti- bruit.

Connaissances   :

Savoir qu’il existe :-une échelle de niveau d’intensité acoustique ;-un seuil de dangerosité et de douleur.Savoir que :-un signal sonore transporte de l’énergie mécanique ;-les isolants phoniques sont des matériaux qui absorbent une grandepartie de l’énergie véhiculée par les signaux sonores ;-l’exposition à une intensité acoustique élevée a des effets néfastes sur l’oreille.

Question posée   ? Faut-il se protéger des sons, de tous les sons ?Comment préserver son audition ?

DEMARCHE SCIENTIFIQUE D’INVESTIGATION HS3 - Faut-il se protéger des sons   ?

1) Tous les sons sont-ils audibles   ?

Problématique, la situation déclenchante  

- L’oreille humaine est-elle capable d’entendre tous les sons ?

Hypothèses   : - Si on ne perçoit pas tous les sons de la même façon, c’est qu’ils sont différents.- Certains sons ne peuvent pas être entendus par l’homme, par les adultes, par les ados, par les animaux.-Certains sons sont trop forts pour être supportés.-Certains sons ne sont pas assez forts pour être entendus .

Mise en place durant la phase de réflexion avec la classe   :

Indices   : Photos fiche élèvesPeut-on entendre toutes les sonneries de téléphones portables ?Peut-on entendre le cri d’une chauve souris ? Comment communiquent les dauphins ?Un sifflet à ultra sons émet-il vraiment un son puisqu’on ne l’entend pas ?Toutes les sonneries de téléphones portables sont-elles identiques ?

On peut illustrer en classe en écoutant différentes sonneries de téléphones allant de la plus grave à la plus aigue, en modifiant le niveau de la sonnerie, en tentant d’entendre les sonneries qui correspondent à des fréquences d’émissions particulières.

On peut aussi utiliser un sifflet à ultra sons pour porter la réflexion sur les gammes de fréquences des sons

Expérience   :

- Etude des plages de fréquences audibles : TP 1- Etude des caractéristiques d’un son : hauteur et niveau d’intensité acoustique : TP 2- Etude des courbes de Fletcher et Munson : TP 3

Résultats   : Comparaison des hypothèses de départ et des résultats obtenus expérimentalement.

Conclusions   : - Un son se caractérise par une fréquence exprimée en Hertz.- Un son se caractérise par un niveau d’intensité acoustique exprimé en décibel.- La perception d’un son dépend à la fois de sa fréquence et de son intensité.

DEMARCHE SCIENTIFIQUE D’INVESTIGATION HS3 - Faut-il se protéger des sons   ?

2) Comment préserver son audition   ?

Problématique, la situation déclenchante  

-Comment préserver son audition  ?

Hypothèses   : Pour ne pas perdre son audition il faut se protéger :

- Je me protège si je m’éloigne de la source sonore.- Je me protège en isolant mes oreilles du bruit extérieur.-Je me protège en connaissant les dangers du son

Mise en place durant la phase de réflexion avec la classe   :

Indices   : Photos fiche élèvesPourquoi mettre un casque antibruit sur un lieu de stage en usine ?Comment entend-on après un concert dans un lieu fermé ?Peut-on rester trop longtemps près des enceintes en discothèque ?Dans quelles situations faut-il se protéger du bruit ?

On peut illustrer en classe en réfléchissant sur le niveau sonore acceptable sur un lieu de travail, de stage, de loisir. (exemples d’enregistrements sonores en différents endroits : usines, circulation, travaux, grande surface, discothèque, concert….)

En réfléchissant aussi sur le niveau sonore acceptable dans une salle de classe : chercher le jour de la semaine où les élèves sont le plus fatigués le soir en rentrant et en essayant de trouver des causes à cette fatigue. Mais aussi de réfléchir aux salles les plus bruyantes.

Expériences   :

-Mesure des niveaux d’intensité acoustique dans le lycée : TP 4-Décroissance de l’intensité phonique en fonction de la distance : TP 5- Comparaison de l’atténuation phonique obtenue avec différents matériaux utilisés dans les

casques anti-bruit : TP 6.Résultats   :

Comparaison des hypothèses de départ et des résultats obtenus expérimentalement.

Conclusions   : - Il existe une échelle de niveau d’intenstité acoustique et un seuil de dangerosité et de douleur.- Les isolants phoniques sont des matériaux qui absorbent une grande partie de l’énergie

véhiculée par les signaux sonores.- L’exposition à une intensité acoustique élevée a des effets néfastes sur l’oreille.

Hygiène et Santé   HS3 Fiche élève

Le bruit c’est la vie : à moins d'habiter dans un désert, notre vie quotidienne est une accumulation de bruits. Le bruit continuellement présent autour de nous fait partie de notre environnement, à l'école, à la cantine, dans la rue et même à la maison où les bruits sont innombrables (ils proviennent de nos appareils ménagers, du dehors, du voisinage...) . Ces bruits constituent-ils une gêne ou un plaisir ? Trop de sollicitations sont souvent la cause d'une fatigue excessive. Les effets indésirables du bruit sont nombreux et peuvent avoir des conséquences graves sur notre santé.

Sur un lieu de travail, de stage, ou même à la maison il peut être nécessaire de se protéger du bruit……Par exemple dans la vie quotidienne :

Faut-il se protéger des sons, de tous les sons   ?

Matériel mis à disposition   : Haut parleur + Générateur Basses Fréquences + fils + bouchons anti bruits

Hypothèses   pour répondre à la question posée   :

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Bilan des hypothèses de la classe:

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Vérifications expérimentales   à réaliser par binômes:

Séances 1 et 2

Etude des plages de fréquences audibles : TP 1

Etude des caractéristiques d’un son : hauteur et niveau d’intensité acoustique : TP 2

Etude des courbes de Fletcher et Munson : TP 3

Séance 3 et 4

Mesure des niveaux d’intensité acoustique dans le lycée : TP 4

Décroissance de l’intensité phonique en fonction de la distance : TP 5

Comparaison de l’atténuation phonique avec différents matériaux utilisés dans les casques anti-bruits : TP 6

GBF V

Caisson acoustique Fenêtre

d’acquisitio

n

Système d’acquisition

Capteur

sonomètre20

cm

Etude expérimentale des plages de fréquences des sons audibles   : ( TP1 )

SITUATION A É TUDIER   : Les sons sont des vibrations produites par des émetteurs sonores (Ici un haut parleur alimenté par un GBF qui délivre une fréquence f). Les sons émis sont définis par leur hauteur qui dépend de la fréquence f de la vibration.La gamme de fréquences auxquelles est sensible l’oreille humaine distingue cinq catégories :- de 30 à 100 Hz - de 100 à 300 Hz, - de 300 à 1250 Hz, - de 1250 à 5000 Hz, - de 5000 à 16 000 Hz.

Le dispositif ci-dessous permet d’enregistrer les caractéristiques d’un son :

MONTAGE PROPOS É   : Réaliser le montage schématisé ci-dessous ainsi que les réglages proposés :

TRAVAIL À RÉALISER   : Proposer un protocole permettant de qualifier le plus précisément possible les sons correspondant aux cinq gammes de fréquences. Attention : On ne dépassera pas une fréquence de 10 000 Hz.

Etude des caractéristiques d’un son : hauteur et niveau d’intensité acoustique ( TP 2 )

1 / SITUATION A É TUDIER   : Un son pur est produit par des vibrations périodiques dont l’enregistrement est une sinusoïde.La hauteur d’un son est liée à la fréquence de la vibration.

Tension sinusoïdaleFréquence : 50 HzAmplitude : 1,5 V

Régler le système d’acquisition pour obtenir un graphique simple à reproduire.

GBF V

Caisson acoustique Fenêtre

d’acquisitio

n

Système d’acquisition

Capteur

sonomètre20

cm

On a alors : f = f : fréquence en Hertz (Hz) T : période en seconde ( s )

Le montage ci-dessous permet d’enregistrer un son pur délivré par un haut parleur

MONTAGE PROPOS É   : Réaliser le montage schématisé ci-dessous ainsi que les réglages proposés :

TRAVAIL À RÉALISERProposer un protocole permettant d’enregistrer plusieurs sons purs. Imprimer les enregistrements de ces sons purs. Mesurer les périodes et les fréquences correspondant à ces sons purs.

2/ SITUATION A É TUDIER   : Les sensations auditives sont définies par le niveau d’intensité sonore perçu par l’oreille humaine. Ce niveau d’intensité sonore s’exprime en décibel et se note I.

Le montage ci-dessous permet de mesurer le niveau d’intensité sonore émis par un haut parleur

MONTAGE PROPOS É   : Réaliser le montage schématisé ci-dessous ainsi que les réglages proposés :

TRAVAIL À RÉALISERProposer un protocole permettant de mesurer différents niveaux d’intensité sonore.

Etude des courbes de Fletcher et Munson ( TP 3 )

SITUATION A É TUDIER   : L’oreille est l’organe de la perception des sons. Elle les transcrit en messages électriques qui sont interprétés par le cerveau. Comme tout organe de perception, l’oreille a ses limites : il est communément admis que l’oreille saine perçoit les sons compris entre 20 Hz et 20 kHz.

L'oreille humaine n'est pas aussi sensible aux sons graves (basses fréquences) qu'aux sons médium ou aigus (hautes fréquences) émis à la même pression acoustique. Le schéma ci-dessous reproduit les courbes d’égales sensations phoniques (courbes isosoniques) de Fletcher et Munson. Elles traduisent comment les sons graves demandent à être entendus à un niveau sonore plus élevé que les sons aigus pour être perçus avec la même intensité.

Tension sinusoïdaleFréquence : 1000 HzAmplitude : 1 V

Régler le système d’acquisition pour obtenir deux périodes entières sur l’écran.

GBF

V

caisson acoustique

Tension sinusoïdaleFréquence : 1000 HzAmplitude : 1 V

Calibre 2VPondération AMode lent

ETUDE PROPOS ÉE   : En vous aidant du graphique, répondre aux questions suivantes:

1 ) Quelles sont les grandeurs reportées en abscisses et en ordonnées sur un diagramme de Fletcher-Munson ? 2) Comment ces courbes se présenteraient-elles si l’oreille avait la même sensibilité à toutes les

fréquences audibles ? 3) Un son de 500 Hz et de 60 dB est-il audible? Un son de 50 Hz et de 20 dB ? Un son de 4 000 Hz et de 120 dB ?4) Pour une intensité de 40 dB, à quelle fréquence l’oreille est-elle la plus sensible ? 5) Comment le seuil de perception auditive évolue-t-il avec la fréquence ? 6) La sensibilité de d'oreille est-elle maximale entre 1000 et 5000Hz ?7) L’oreille perçoit au même niveau sonore un son de fréquence 30 Hz émis à 80 dB et un son de

fréquence 500 Hz émis à 35 dB ?8) L’oreille est-elle aussi sensible aux basses fréquences qu’aux fréquences moyennes ou qu’aux hautes

fréquences ?9) L’oreille ne perçoit rien en dessous de 20 Hz ?10) A 1000 Hz le seuil de sensation de la douleur est de 120 dB ?

Enregistrement des niveaux d’intensités acoustiques au lycée   ( TP 4 )

SITUATION A ETUDIER   : Les bruits du quotidien peuvent être mesurés à l’aide d’un sonomètre qui mesure le niveau d’intensité acoustique exprimé en décibel (dB)

MATERIEL A UTILISER   : Vous disposez d’un sonomètre et de sa notice d’utilisation.

TRAVAIL À RÉALISER   :

Seuil de douleur

Seuil de

Plage de

Proposer un protocole permettant de mesurer un grand nombre de bruits de votre quotidien au lycée. Classer ensuite ces bruits à l’aide des mesures effectuées et des paramètres relevés.

Décroissance de l’intensité phonique en fonction de la distance   (TP 5)

SITUATION A É TUDIER   : L’intensité sonore peut varier en fonction de la distance à la source sonore. Pour se protéger du bruit une solution peut être de s’éloigner de ce bruit.

Le montage ci-dessous permet de mesurer le niveau d’intensité sonore pour une distance donnée entre l’émetteur et le récepteur :

MONTAGE PROPOS É   : Réaliser le montage schématisé ci-dessous ainsi que les réglages proposés :

TRAVAIL À RÉALISERProposer un protocole permettant de vérifier que le niveau d’intensité sonore varie selon la distance entre émetteur et récepteur.Proposer également une représentation graphique de vos résultats.

Comparaison de l’atténuation phonique obtenue avec différents matériaux ( TP6 )

SITUATION A É TUDIER   : Les effets indésirables du bruit sont nombreux et peuvent avoir des conséquences graves sur notre santé. On estime que le seuil de la douleur pour l’oreille humaine se situe au-delà de 120 dB. L’isolation acoustique est une réponse aux effets indésirables du bruit.

Sur un lieu de travail ou de stage, il peut être nécessaire de se protéger du bruit avec un casque anti bruit par exemple.

Les matériaux utilisés pour la fabrication des casques anti-bruit sont :- De l’ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) du polyuréthane ou en PVC pour les

coques.

GBF

V

Tension sinusoïdaleFréquence : 1000 HzAmplitude : 1 V

Calibre 2VPondération AMode lent

d = 20 cm

GBF V

Sonomètre

Haut Parleur

- les revêtements (matériaux absorbants en matière d’acoustique) sont des mousses épaisses à haute qualité d’absorption phonique.

MONTAGE PROPOS É   : Le montage ci-dessous permet de réaliser l’étude des effets de l’isolation acoustique. En plus des éléments du montage, vous disposez de plusieurs plaques de matériaux différents dont certain matériaux utilisés pour les casques anti-bruit. Ces plaques peuvent être disposées à l’intérieur du caisson acoustique entre le Haut parleur et le sonomètre.

TRAVAIL À RÉALISERProposer un protocole permettant d’évaluer l’atténuation phonique de ces matériaux en fonction de la fréquence délivrée par le haut parleur.Utiliser aussi les autres matériaux mis à votre disposition.

Tension sinusoïdaleFréquence : 400 Hz