Problème — Le niveau d'intensité acoustique (Décibels)
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques (terminale), chapitre 4 — Fonction Logarithme Népérien
Énoncé
Problème — Le niveau d'intensité acoustique (Décibels). En acoustique, le niveau d'intensité sonore d'un son (en décibels, dB) est modélisé par la fonction :
où est l'intensité physique du son (en W/m) et est l'intensité correspondant au seuil moyen d'audibilité humaine à la fréquence de 1 kHz.
- Calculer le niveau sonore au seuil d'audibilité.
- Calculer le niveau sonore correspondant à une intensité de (seuil de douleur).
- Démontrer que si l'intensité sonore est doublée (c'est-à-dire qu'on passe d'une intensité à ), le niveau sonore augmente d'environ 3 dB.
- Calculer la dérivée et étudier son signe. Comment évolue la sensibilité de l'oreille humaine à une hausse d'intensité physique lorsque le son devient très fort ?
Corrigé
- Pour :
- Pour :
- Calculons la différence de niveau sonore :
En utilisant la formule du logarithme d'un quotient :
Doubler l'intensité sonore physique correspond donc bien à une augmentation constante d'environ 3 dB.
- Dérivons la fonction par rapport à (en écrivant ) :
Comme et , on a . De plus, la fonction est strictement décroissante sur et le facteur est une constante strictement positive : la dérivée est donc elle-même strictement décroissante sur , et . Cela signifie que pour des intensités physiques déjà élevées, une même augmentation d'intensité physique produit une sensation d'augmentation sonore de plus en plus faible. L'oreille humaine protège ainsi le cerveau en compressant logarithmiquement les fortes variations de pression acoustique.
Mettre les deux échelles face à face rend le service du logarithme évident : douze puissances de dix, illisibles telles quelles, tiennent sur une règle graduée de à .
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.