Travaux pratiques de sciences physisques 17, Exercices de Physique appliquée
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Travaux pratiques de sciences physisques 17, Exercices de Physique appliquée

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Travaux pratiques de sciences physisques sur le concert en sous-sol. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Accord des instruments, La pièce du sous-sol est-elle une bonne salle de concert?
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Exercice III Concert en sous sol (5 points)

Bac S 2013 Amérique du nord EXERCICE III. CONCERT EN SOUS-SOL (5 points) Spécialité

Trois jeunes musiciens amateurs (un guitariste, un pianiste et un flûtiste) projettent de donner un concert devant leurs amis dans le sous-sol d’une maison. Lors d’une répétition dans ce lieu, ils s’interrogent sur les améliorations à apporter pour éviter une réverbération trop importante. Les parties 1 et 2 sont indépendantes. Les documents utiles sont regroupés à la fin de l’exercice. 1. Accord des instruments. Avant le concert, les musiciens doivent « accorder » leurs instruments. Pour cela, ils utilisent un diapason qui émet la note « La3 ». Chacun joue cette note sur son instrument, la compare à celle émise par le diapason et procède aux réglages permettant d’obtenir une note de même hauteur. En utilisant les enregistrements des différents sons produits et leurs spectres, répondre aux questions suivantes :

1.1. Quelle est la fréquence f de vibration du son émis par le diapason ? 1.2. Les trois musiciens jouent-ils une note de même hauteur ? Justifier.

2. La pièce du sous-sol est-elle une bonne salle de concert ? Le concert a lieu dans une salle au sous-sol d’une maison. La salle a une forme parallélépipédique, de longueur L = 10,0 m, de largeur l = 5,0 m et de hauteur h = 3,0 m. Cette salle, vide et sans vitrage, possède une porte en bois de surface Sbois = 3,0 m². Le sol, les murs et les plafonds sont en béton d’une surface totale : Sbéton = 187 m².

2.1. Quels sont les phénomènes physiques qui interviennent au cours de la propagation du son dans une salle ? En citer au moins trois.

2.2. Quelle est l’unité du coefficient de valeur 0,16 dans la formule de Sabine (document 7) ?

2.3. En l’absence de spectateurs, la pièce du sous-sol est-elle une bonne salle de concert ? Justifier.

2.4. On souhaite obtenir une durée de réverbération égale à 2,0 s. Pour cela, on dispose sur les murs des panneaux absorbants verticaux de coefficient d’absorption acoustique αpanneau = 0,50. Quelle surface de panneau faut-il utiliser pour satisfaire la nouvelle durée de réverbération TR ?

DOCUMENTS DE L’EXERCICE III

Document 1 : correspondance entre la hauteur et la fréquence associée de quelques notes de la gamme tempérée :

Document 2 : Enregistrement de la note « La3 » émise par le diapason.

Document 3 : Enregistrement et spectre du son émis par le piano.

Note la1 la2 la3 si3 do4 ré4 mi4 fa4 sol4 la4

Fréquence (Hz) 110 220 f 494 523 587 659 698 783 880

Document 4 : Enregistrement et spectre du son émis par la flûte

Document 5 : Enregistrement et spectre du son émis par la guitare

Document 6 : Réverbération d’une salle. La réverbération est le phénomène qui prolonge l’énergie sonore après un arrêt net de la source sonore. Une onde sonore émise dans une salle se propage dans toutes les directions à la vitesse de 340 m/s. Très rapidement elle rencontre le plafond, le sol ; et les murs. Selon la nature de ces parois, une fraction de l’énergie acoustique est absorbée et le reste est réfléchi. En règle générale, l’absorption est plus faible pour les sons graves. La réverbération n’est pas toujours souhaitée pour un orateur, sauf effets spéciaux. Elle doit être courte pour une bonne compréhension du texte ; au maximum 0,8 seconde. Au- delà, les syllabes se chevauchent et l’intelligibilité diminue. L’absence de réverbération provoque un rendu sec et dur sur la musique ; on recherche toujours une prolongation du son. Une bonne salle de musique présente une réverbération de 1,0 à 2,5 secondes. L’orgue nécessite une réverbération plus longue : c’est le cas des églises. D’après http://www.sonorisation-spectacle.org/reverberation.html

Document 7 : Durée de réverbération La durée de réverbération TR est le temps mis par un son pour décroître de 60 dB après la coupure de la source sonore.

Cette durée TR se calcule à l’aide de la loi de Sabine : TR = ,0 16 V

A

avec V : volume de la salle (en m3) A : l’aire de la surface absorbante équivalente de la salle (en m2) TR :durée de réverbération (en s)

On définit la surface équivalente A par : A =  i i

S où αi représente le coefficient

d’absorption du matériau de surface Si. Il dépend de la nature du matériau et de la fréquence du son. Coefficients d’absorption acoustique moyens, αM, de différents matériaux à une fréquence de 500 Hz.

Matériau Plâtre Carrelage Béton Bois Verres

Dalles acoustiques

αM (pas d’unité)

0,030 0,020 0,010 0,15 0,18 0,75

D’après http://www.acouphile.fr/materiaux.html

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