Qu'est-ce que « Niveau sonore » ? — Physique

Définition 21.9 Physique du lycée · Chapitre 21 — Son et acoustique

L’oreille couvre douze puissances de dix, aussi les intensités sont-elles rapportées logarithmiquement. Le niveau sonore de $I$ est

L = 10 \log_{10}(I/I_0), \qquad I_0 = 1.0 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2},

en décibels ( $\mathrm{dB}$ ) : seuil d’audition $0\,\mathrm{dB}$ , douleur près de $120\,\mathrm{dB}$ .

Une échelle de niveaux quotidiens : chaque pas de 20\, dB est un saut d’intensité d’un facteur cent ; au-delà de 85\, dB (zone rouge) l’exposition abîme l’audition. — Une échelle de niveaux quotidiens : chaque pas de $20\,\mathrm{dB}$ est un saut d’intensité d’un facteur cent ; au-delà de $85\,\mathrm{dB}$ (zone rouge) l’exposition abîme l’audition.

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Définition 7.5 Physique universitaire — 2e année · Chapitre 7 — Ondes sonores dans les fluides

Le niveau sonore d’une onde d’intensité moyenne $I$ vaut

L = 10\log_{10}\frac I{I_0} \ \text{dB} , \qquad I_0 = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}

— le seuil d’audition à $1\,\mathrm{kHz}$ , qui correspond dans l’air à une amplitude de pression $p_0 \approx 2 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ (efficace) $= 2 \times 10^{-10}$ atmosphère. Doubler l’intensité ajoute $3\,\mathrm{dB}$ ; la multiplier par dix, $10\,\mathrm{dB}$ ; multiplier par cent l’amplitude de pression, $40\,\mathrm{dB}$ . Pièce calme $30\,\mathrm{dB}$ , conversation $60\,\mathrm{dB}$ , rue passante $80\,\mathrm{dB}$ , concert de rock $110\,\mathrm{dB}$ , douleur $120\,\mathrm{dB}$ ( $I = 1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , $p_m = 29\,\mathrm{Pa}$ ).

À gauche : dans une onde sonore plane progressive la surpression et la vitesse du fluide sont en phase, et le déplacement est en retard d’un quart de période. À droite : l’échelle des décibels — chaque marche de 20\, dB multiplie l’intensité par cent et l’amplitude de pression par dix. — À gauche : dans une onde sonore plane progressive la surpression et la vitesse du fluide sont en phase, et le déplacement est en retard d’un quart de période. À droite : l’échelle des décibels — chaque marche de $20\,\mathrm{dB}$ multiplie l’intensité par cent et l’amplitude de pression par dix.

Exemples

Exemple 7.6 (Combien un son est petit)

Au seuil, à $1\,\mathrm{kHz}$ : $p_m = 2.8 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ , $v_m = p_m/Z = 7 \times 10^{-8}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , et l’amplitude de déplacement $\xi_m = v_m/\omega = 1 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}$ — le dixième d’un diamètre atomique : le tympan détecte des mouvements plus petits qu’un atome. À $120\,\mathrm{dB}$ , $\xi_m = 11\,\text{µ}\mathrm{m}$ , encore invisible, et $p_m/P_0 = 3 \times 10^{-4}$ : même les sons les plus intenses sont de minuscules perturbations, d’où l’excellence de la théorie linéaire.

Exemple 7.8 (Une sirène, une conversation)

Une sirène de $10\,\mathrm{W}$ : $I = 10/4\pi r^2$ , $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ à $1\,\mathrm{m}$ ( $119\,\mathrm{dB}$ , douleur), $79\,\mathrm{dB}$ à $100\,\mathrm{m}$ , $59\,\mathrm{dB}$ à $1\,\mathrm{km}$ — encore audible dans la ville. Une voix rayonne environ $10\,\text{µ}\mathrm{W}$ : $60\,\mathrm{dB}$ à $1\,\mathrm{m}$ , et $40\,\mathrm{dB}$ à $10\,\mathrm{m}$ . L’air absorbe aussi le son (davantage aux hautes fréquences, quelques décibels par centaine de mètres à $10\,\mathrm{kHz}$ ), d’où le grondement grave du tonnerre lointain.

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Exemples

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