Cours sous forme de texte à trous Résolutions d’exercices








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date de publication07.06.2018
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Fiche professeur


THEME du programme : La santé

Sous-thème : Prévention et soin


Les risques auditifs liés aux musiques amplifiées

Pour que la musique reste un plaisir
Type d’activités 


  • Activité documentaire en introduction : vidéo ; enquête sur les risques auditifs liés à l’utilisation des baladeurs ; histoire des courants musicaux et de leur technologie.

  • Cours sous forme de texte à trous - Résolutions d’exercices 

  • Activités expérimentales réalisées par le professeur (mesure des niveaux sonores d’une classe ; introduction qualitative des notions relatives à l’intensité d’un son)

  • Etude des risques auditifs – Audiogramme mesuré et audiogramme réel.


Commentaires
La séance proposée ici traite des risques auditifs liés à l’émergence des musiques amplifiées, terminologie institutionnalisée par les DRAC (directions régionales des affaires culturelles).
Cette séance s’articule essentiellement autour des notions de puissance, de niveau et d’intensité sonore.
La problématique de départ prend appui sur une pratique culturelle, l’écoute des musiques amplifiées, particulièrement bien assise chez les jeunes (et les moins jeunes).

Les accroches données dans l’introduction sont donc l’objet d’un débat et d’un questionnement.

Cela amène alors le professeur à expliciter la notion de décibels (parties I et II), et à l’illustrer par des exercices concrets (partie III).
Il a été choisi de réserver l’étude quantitative des phénomènes de transmission, absorption et réflexion (isolation des bâtiments d’habitation ou commerciaux par exemple) au sous-thème Confort acoustique du thème HABITAT, lequel comporte les mêmes notions et contenus à construire, ainsi que les mêmes compétences exigibles.
La notion de réverbération est présentée de façon très qualitative dans le cadre de l’acoustique des salles de concert.
La réglementation de l’environnement sonore dans le monde du travail est abordée très succinctement dans un exercice (problématique abordée en Bac Pro et en BTS).
Les risques auditifs (partie IV) sont étudiés après la séance expérimentale (étude des facteurs influençant la perception sensorielle ; réalisation d’au audiogramme).
Enfin, 2 documents peuvent être présentés selon la durée de mise en œuvre :
Document vidéo

Le bruit toxique : vidéo de 10 minutes environ sur http://www.dailymotion.com/video/xchszo_bruit-toxique_webcam#from=embed&start=56
Document sonore (durée 20’)

Les acouphènes et l’hyperacousie sur : http://www.arteradio.com/son/23524/Les_acouphenes
Conditions de mise en œuvre 


  • Durée : 3 heures




  • Matériel :


Pour le professeur : 1 amplificateur – 2 haut-parleurs – 1 sonomètre ; PC – vidéoprojecteur ; Internet



  • Pré- requis :


Programme de seconde (Thème SANTE ; sous thème diagnostic médical) 

  • Signaux périodiques : période, fréquence, tension maximale, tension minimale.

  • Connaître et utiliser les définitions de la période et de la fréquence d’un phénomène périodique.


Programme de 1STI2D (Thème SANTE ; sous thème Prévention et soin)

  • Ondes sonores ; propagation.

  • Définir et mesurer quelques grandeurs physiques associées à une onde sonore : pression acoustique, amplitude, période, fréquence, célérité, longueur d’onde.


Outils mathématiques

  • Utilisation du logarithme à base décimal


NOTIONS ET CONTENUS

COMPETENCES ATTENDUES


Puissance et intensité sonore ; niveau ;

  • Citer les deux grandeurs influençant la perception sensorielle : l’intensité et la fréquence d’un son.

  • Citer les seuils de perception auditive de l’oreille humaine.

  • Définir et mesurer les niveaux sonores. Citer l’unité correspondante : le décibel (dB).


Compétences  transversales



  • rechercher, extraire, organiser des informations utiles

  • formuler des hypothèses

  • raisonner, argumenter, démontrer



Mots clés de recherche : décibels, intensité sonore, niveau sonore, risques auditifs, musiques amplifiées
Provenance : Académie de Strasbourg

adresse du site académique : …………………………………….


1ère

Séries STI2D et STL

Thème : La santé

Sous-thème : prévention et soin

Problématique de la séance 

Les risques auditifs liés aux musiques amplifiées

Pour que la musique reste un plaisir

Fiche Elève

Introduction

  1. Comment travaillent les chercheurs pour détecter les risques auditifs ?




Effet des nuisances sonores : les expériences le prouvent !
http://www.dailymotion.com/video/x3a9cv_preservez-votre-audition-spot-2-sur_creation#from=embed


La vidéo provient de l'association AGI-SON (AGIr pour une bonne gestion Sonore ; association loi 1901). http://www.agi-son.org/


  1. MP3 + dB = RDV chez l’ORL

U

ne enquête (Baladeurs numériques, quels risques pour l’audition ?) a été réalisée à l’occasion de la 13e Journée Nationale de l’Audition du 11 mars 2010 par l’institut Ad’Hoc Research. Cette étude a été réalisée sur un panel représentatif de 1001 jeunes de 12 à 25 ans.

Rappelons que près de 10 millions de jeunes dans l’ensemble de l’UE risquent une perte auditive irréversible à trop vouloir écouter leur lecteur mp3 à trop forte puissance et de surcroit, pendant une durée d’écoute le plus souvent trop longue.


L’intégralité de l’enquête est disponible sur : http://www.audition-infos.org/jna/pdf/presse-2010/cp-jna-enquete-leger.pdf

  1. L’évolution des courants musicaux et des technologies


Le tableau ci-dessous passe en revue, de manière forcément incomplète, les évolutions technologiques qui ont eu un impact fort sur la genèse des esthétiques musicales. Il ne s’agit pas de brosser l’histoire des courants musicaux, mais plutôt d’envisager comment les évolutions technologiques ont permis l’émergence de nouveaux courants musicaux et d’envisager comment le volume sonore a pris une dimension prépondérante au sein de ces nouvelles esthétiques au cours des 80 dernières années.


Périodes

Courants musicaux

Technologies des instruments

Supports de diffusion

1890

1910

Apparition des différentes formes de blues, prémices du jazz.

Premiers essais d’amplification sonore, mais la musique reste largement acoustique.

Conception du phonographe par Thomas Edison

(1878), appareil lisant et amplifiant la musique gravée sur des cylindres de cire. Création du gramophone par Berliner (1898).

1910

1930

Le jazz devient la musique la plus écoutée sur le continent américain, et pénètre progressivement en Europe.

Généralisation de l’amplification, développement des microphones électromagnétiques.

Développement du marché phonographique, guerre commerciale entre les principales firmes pour imposer un support standard.

1930



1950

Apparition du rhythm & blues et du boogie woogie qui annoncent la création du rock & roll.

Systèmes d’amplification intégrés aux instruments acoustiques : création de la guitare électrique.

Apparition du disque vinyle (1948), qui devient le standard mondial. Mise au point des techniques de stéréophonie et de quadriphonie.

1950

1965

Apparition du rock & roll, aux Etats-Unis qui va révolutionner les musiques populaires.

En Angleterre, se développe la pop music.

Perfectionnement des électrophones.

Création de la basse et du clavier électrique.

Prémices de l’informatique musicale

Développement du disque 45 tours qui devient le support le plus vendu. Apparition de la technologie des transistors qui permet la miniaturisation des appareils de lecture.

1965



1980

Foisonnement de nouveaux courants musicaux : reggae, hard rock, disco, funk, etc.

Avancées technologiques permettant la sonorisation de concerts géants. Création des premiers synthétiseurs.

Commercialisation des premières cassettes à bande magnétique, création du walkman à la fin des années 1970.

1980

1995

Apparition du rap. Fin des années 1980, les musiques électroniques (techno et house principalement)

commencent à animer les “dancefloors”.

Création des boîtes à rythmes. Développement des instruments électroniques. Apparition du home studio : échantilloneur, expandeur, séquenceur.

Commercialisation du Compact-Disc en 1983, qui s’impose en quelques années comme le support standard au niveau mondial.

1995

et

après….

Explosion des musiques électroniques et du rap.

Diversité toujours plus grande des styles musicaux

Généralisation de la MAO (Musique Assistée par Ordinateur). Perfectionnement des platines pour les DJ’s.

Développement de nouveaux supports numériques (DAT, DCC, Minidisc). Dématérialisation des supports musicaux (fichiers MP3).

Informations tirées du livret pédagogique du RIF (Confédération des réseaux départementaux de lieux de musiques actuelles/ amplifiées en Ile-de-France) sur http://www.lerif.org/Livret%20pedagogique.pdf
La multiplication des techniques d’amplification, des lieux et des modes d’écoute à fort volume

(concerts, discothèques, rave parties, locaux de répétition, écoute du baladeur, chaîne hi-fi, autoradio…) ont contribué à l'augmentation de l'exposition quotidienne de chacun d’entre nous à de

forts niveaux sonores, pouvant constituer un véritable danger pour nos oreilles.



  1. LES DECIBELS : C’EST QUOI ?




  1. C

    ’est qui d’abord ?



  • Pour quelle invention Graham Bell est-il connu ?



  • Pour quelles raisons Graham Bell s’est-il intéressé à la transmission des ondes sonres ?


Les réponses sur : http://fr.wikipedia.org/wiki/Alexandre_Graham_Bell



Source : http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell




  1. La mesure du niveau sonore


Introduction qualitative

La mesure du niveau sonore s’effectue avec un ……………………………………………………….


Le tableau ci-après donne un éventail des bruits de la vie quotidienne, classés par degré de niveau sonore.


  • Une mouche qui vole émet un niveau d’intensité sonore qui se situe autour de ………………… dB.

  • Le seuil d’audibilité (0 dB) n’existe pas dans l’environnement naturel.

  • Le son commence à être dangereux pour l’oreille à partir de ………………… dB (radio très puissante, circulation intense, tondeuse à gazon…).

  • Le seuil de douleur est atteint à partir de ………………… dB.


Entre ces deux valeurs, la douleur n’est pas forcément ressentie, mais il existe un risque de lésions irréversibles pour l’oreille (Cf. séance expérimentale pour une étude plus exhaustive).
Le danger d’une exposition au bruit dépend à la fois du niveau sonore et de la durée d’exposition (Cf. séance expérimentale).


Niveau d’intensité sonore en dB

Exemples

Remarques

0

Laboratoire d’acoustique

Seuil d’audibilité

10

Studio d’enregistrement




20

Jardin calme




30

Chambre à coucher




40

Bureau tranquille




50

Restaurant paisible




60

Marché animé




70

Salle de classe ……………………..………………




80

Rue à fort trafic

Seuil de risque

90

Aboiement ou tondeuse à gazon

Seuil de danger

100

Marteau piqueur à 2m / Tuning




110

Discothèque / Concert Rock




120

Circuit de formule 1

Seuil de douleur

130

Avion au décollage à 100m







  1. COMMENT EST DEFINI UN DECIBEL ?


I

ntroduction qualitative











  1. Puissance d’un son


De la même façon qu'un radiateur électrique est caractérisé par une puissance électrique mesurée en watts, une source sonore est définie par sa puissance sonore, en watts également.
Les sources sonores que l'on rencontre s'échelonnent sur une gamme considérable de puissance : de quelques μW pour le tic-tac d’une montre à plusieurs kW pour le réacteur d’un avion.
Toutefois, la notion de puissance acoustique ne permet pas d’expliquer les différentes remarques faites précédemment.


  1. Intensité d’un son


Une onde sonore émise dans l’air (milieu homogène) se propage autour de la source émettrice selon une sphère.



Plus l’éloignement par rapport à la source est grand, plus la surface de la sphère ……………………………………. L’énergie sonore étant répartie sur des surfaces de plus en plus grandes, elle …………………………………… au fur et à mesure de l’éloignement.




L’intensité I d’un son I représente la puissance P d’une vibration sonore reçue par unité de surface :






Pour l’oreille humaine, le seuil d’audibilité est : I0 = 10–12 W.m–2



  1. Niveau d’intensité sonore

Le niveau d’intensité sonore, noté L (Level), parfois N (Niveau), permet de comparer une intensité I par rapport à une intensité de référence, par exemple I0.



Remplir le tableau suivant





L (dB)

I (W/m2)

Seuil d’audition







Jardin calme







Marché animé







Seuil de douleur









Question : pourquoi ne pas s’intéresser uniquement au rapport I/I0 et introduire la formule 10log(I/I0) ?


  • Pour une raison d’ordre physiologique

Le niveau sonore L exprime la sensation perçue par l’oreille.

La réponse de l’oreille n’est pas une fonction linéaire de l’intensité sonore I (Cf. séance expérimentale).


  • Pour une raison d’ordre pratique


I/I0

1

102

106

1012

10log (I/I0)















Imaginons que l’on veuille tracer sur un axe l’évolution du rapport I/I0.
Si on prend I/I0 = 1  1 cm  l’axe aurait une longueur de 1012/1 soit ………………… cm = ………………… m  précis mais irréaliste.
En traçant l’évolution de 10log (I/I0), l’écart entre la plus grande et la plus petite valeur correspond à ………………… dB. Si on prend 10 dB  1 cm  l’axe aurait une longueur de …………………cm  réaliste et précis.
La fonction « log » permet de combiner étendue de mesure et précision, en redéfinissant une échelle adaptée à ces deux critères.
Question : pourquoi s’intéresser au décibel et non au bel  ?
……………………..……………….……………………………………………………..……………….………………………………………………………..……………….……………………………………………..……………………..……………….……………………………………………………..……………….………………………………………………………..……………….……………………………………………..……………………..……………….…………………………………………………….


  1. EXERCICES




  1. L

    es décibels ne s’additionnent pas


Une trompette délivre un niveau sonore L1 = 90 dB.


  1. Quel est le niveau sonore L2 de deux trompettes ?

  2. Quel est le niveau sonore L3 de trois trompettes ?

  3. Quel est le niveau sonore Lk de k trompettes ?

  4. Combien de trompettes donnent la sensation d’un son deux fois plus fort ?




  1. Variation du niveau sonore avec la distance




  1. Donner l’expression de l’intensité sonore I à la distance r de la source, en fonction de la puissance sonore S émise par la source ; on considère que l’onde est sphérique. Comment varie l’intensité sonore avec la distance r ?




  1. L’atténuation du son avec la distance consiste en la différence entre le niveau sonore L1 à la distance r1 de la source et le niveau L2 situé à la distance r2. Quelle est l’expression de cette atténuation, que l’on notera L = L2 – L1 en fonction de log (r2/r1) ?




  1. Remplir le tableau suivant




Distance entre la source émettrice et le point d’écoute

Atténuation du niveau sonore L (dB)

2 m




4 m




8 m







  1. Lorsqu’un moteur de formule 1 émet 115 dB à un mètre du capot, calculer le niveau sonore à :

    • d

      eux mètres,

    • quatre mètres,

    • huit mètres.



La conclusion précédente doit être relativisée. Elle amène en effet 2 remarques.

Remarque 1
Le règle précédente est vraie en champ libre (en extérieur), beaucoup moins en champ diffus (en intérieur).

L’affaiblissement dû à la distance est moindre du fait des réflexions des murs, plafond et sol, etc (Cf. Thème HABITAT)…
Dans un concert en plein air, le son n’est arrêté par aucune paroi. A contrario, dans une salle de concert, le son est contenu. On peut alors voir apparaître des problèmes liés à la réverbération du son. Cette réverbération est due au fait que face à certains matériaux durs tels que le béton lisse ou les vitres, le son se réfléchit. Cette réflexion peut aussi être provoquée ou accentuée par l’architecture même de la salle.


Dessin de Caroline Joubert

Réverbération du son dans une salle de concert.

1 - Les instruments sur scène composent la source sonore.

2 - Le système de diffusion amplifie le son en fonction de l'espace.

3 - Certains matériaux et installations permettent d'absorber des fréquences particulières.

4 - Les objets et les personnes présents dans la salle sont autant d'obstacles sur lesquels le son se heurte.

5 - L'ingénieur du son fait ses réglages en fonction des différents paramètres de la musique et du lieu.

6 - Le son rebondit plus ou moins fort contre les objets et les parois suivant les matériaux et leurs formes.

Plus la réverbération est forte, plus l’intelligibilité du son devient difficile. Dans les salles destinées à la diffusion musicale, des études sont généralement effectuées quant à l’architecture du lieu et au pouvoir plus ou moins absorbant des matériaux utilisés dans ces espaces. En revanche, pour les concerts organisés dans des lieux non adaptés spécifiquement à la diffusion musicale (salle des fêtes, hangars…), la qualité du son est souvent médiocre.

Remarque 2
Par ailleurs, certaines fréquences s’atténuent plus rapidement que d’autres dans l’air. On peut constater le phénomène pendant un concert en plein air : à quelques centaines de mètres de la scène, la basse ou la grosse caisse (fréquences basses) restent audibles, quand guitare solo, flûtes et voix (hautes fréquences) ne le sont plus.



  1. Réglementation du travail


Une machine produit un niveau d’intensité sonore de L = 85 dB à une distance r = 1 m.

  1. Calculer l’intensité sonore I correspondante. On considérera que les ondes sonores sont sphériques, de surface S = 4r2.

  2. Calculer la puissance sonore P de cette source.

  3. En fait, l’utilisateur se trouve à r’ = 0,50 m de la source sonore. Quel est le niveau d’intensité sonore L’ auquel il est soumis ?

  4. Dans ces conditions, le port d’un casque antibruit est-il inutile, conseillé ou obligatoire ?


Réglementation : l’employeur doit mettre à disposition des casques dès que le niveau d’intensité sonore dépasse 85 dB. Le port du casque devient obligatoire si L dépasse 90 dB.



  1. Les dB du haut-parleur


Dans les spécifications d’un haut-parleur, l’information relative à la puissance acoustique P n’est jamais indiquée.


Un haut-parleur de 80 W signifie qu’il peut être alimenté par une puissance électrique de 80 W (c’est donc en réalité une information pour choisir l’ampli le précédant).

En revanche, on trouve, pour caractériser la puissance sonore de l’appareil, l’information de sensibilité acoustique, en dB/W/m (= 1 dB à 1 m pour 1 W).
Exemple : on considère un haut-parleur de 80 W et de sensibilité de 89 dB/W/m.

  1. En considérant les ondes sphériques, calculer combien de décibels ce haut-parleur génère, pour 1 W d’alimentation électrique,

- à 2 m,

- puis à 4 m.


  1. Reprendre la question précédente, en considérant maintenant que le haut-parleur est alimenté sous puissance électrique nominale.



  1. LE BRUIT ET LA MUSIQUE AMPLIFIEE



  1. Analyse du risque


Comme pour les autres sons, le danger lié à l’écoute et à la pratique de la musique augmente avec la quantité d’énergie captée par l’oreille, c’est-à-dire avec le niveau et la durée d’exposition.

Le risque n’est atténué, ni par le plaisir de l’écoute, ni par le caractère esthétique, ni par la qualité de l’émission sonore.


  1. La réglementation




  • 105 dBA au maximum dans les établissements diffusant de la musique, ou accueillant des musiciens de façon habituelle. Après l’étude d’impact initiale, la surveillance du niveau sonore est sous la seule responsabilité du propriétaire ; tant qu’il n’y a pas de plaintes du voisinage, il n’est pas obligatoire d’installer un limiteur de niveau sonore.




  • 100 dBA pour des baladeurs que l’on peut porter autant qu’on le veut ; les appareils numériques ont accru le danger du fait d’un encombrement réduit et d’une capacité quasi-illimitée.




  • Pas de réglementation sur les concerts exceptionnels, rave-parties, etc.




  1. Les conséquences sur l’audition


Les dégâts causés par un excès de bruit se traduisent principalement de trois façons :


  • Les acouphènes


Les acouphènes sont des sifflements ou des bourdonnements dans l’oreille subis de manière continue. L’acouphène est une hallucination auditive.

Il est la conséquence d’une exposition à une dose de bruit trop longue et trop forte non tolérée par notre organisme.

L’acouphène peut être temporaire (la plupart du temps, il disparaît après 10h de repos) ou permanent.

Plus l’acouphène temporaire se répète dans le temps plus il y a de chance qu’il devienne permanent.

En cas de surdose de bruit, l’acouphène doit être considéré comme un signal d’alarme.

Il faut savoir reconnaître ce signal et se mettre au calme afin de reposer l’oreille.


  • L’hyperacousie


L’hyperacousie correspond à une hypersensibilité de l’oreille à certains sons.

Souffrir d’hyperacousie, c’est percevoir les sons plus forts qu’ils ne le sont vraiment.


  • La fatigue auditive et la surdité


La fatigue auditive survient par exemple à la suite d’une surdose de bruit (concert, sortie en boîte…). L’impression d’entendre moins bien est très nette : les oreilles sont cotonneuses, on fait répéter certains mots, on parle plus fort… Un temps de récupération dans une ambiance calme est alors indispensable.

Cette fatigue auditive constitue un signal d’alarme. Sa gravité dépend du niveau sonore et de la hauteur du son entendu, ainsi que de la durée d’exposition. Un temps de repos permettra une récupération de l’oreille mais qui ne sera jamais totale. Si les surexpositions se multiplient dans le temps, les pertes résiduelles s’additionneront pour installer petit à petit une surdité irréversible. C’est ce que l’on appelle la surdité progressive.

  1. Etude d’un audiogramme réel


L’audiogramme est le moyen le plus connu pour mesurer la capacité auditive. C’est un examen qui consiste à mesurer la sensibilité de chaque oreille à des sons de fréquence et d’intensité différentes.
La réalisation de cet examen chez un ORL est simple et rapide. Il ressort de cet examen un graphique qui indique la capacité auditive de chaque oreille en fonction des fréquences audibles par notre organisme.
Comparer les graphes suivants : le 1er audiogramme a été réalisé à l’aide du logiciel Audacity (Cf. séance expérimentale) ; le 2e graphe représente des exemples d’audiogrammes réalisé chez l’ORL.


  1. Audiogramme Audacity



  1. Audiogrammes réels




  • Quel type d’information est représenté en ordonnées dans un audiogramme réel ?

  • Commenter ces audiogrammes.



Les musiques amplifiées et le risque auditif Nicolas Esquenet – Lycée Couffignal, Strasbourg

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