Activité 6 – TP FizziQ : que se passe-t-il quand on multiplie les sources ? TP EXPÉRIMENTAL
Chapitre 9 — Caractéristiques d'un son | 2nde Bac Pro | Physique – Acoustique | ⏱ 1 h (TP)
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 17:05
- Mesurer avec FizziQ le niveau sonore L d'une, puis de plusieurs sources identiques
- Construire un tableau et un graphique L = f(N) où N est le nombre de sources
- Constater expérimentalement la règle des +3 dB par doublement du nombre de sources
- Comprendre pourquoi l'addition de niveaux sonores n'est pas une addition arithmétique
- Lien métier : impact de la mise en marche d'une nouvelle machine dans un atelier
Situation – nouvelle machine à l'atelier de Léna
De retour à l'atelier « MenuiserieDuFaubourg », le patron de Léna veut ajouter une nouvelle dégauchisseuse identique à celle qui existe déjà. Léna se demande : si une dégauchisseuse seule fait 80 dB à ma position, deux dégauchisseuses ensemble feront-elles 160 dB ? La réponse est non, et c'est ce qu'on va comprendre dans ce TP.
🤔 La question piège : que vaut « 70 dB + 70 dB » ?
Premier réflexe : 70 + 70 = 140 dB. FAUX. Les décibels ne s'additionnent pas comme des longueurs ou des prix. Le décibel décrit la force ressentie du son sur une échelle particulière : quand on ajoute une 2e source identique, le niveau n'augmente que très peu. On retiendra une règle simple, vérifiée par la mesure : doubler le nombre de sources identiques ajoute environ +3 dB(A), et pas un doublement du niveau.
On va vérifier expérimentalement ce qui se passe avec FizziQ.
🧪 Protocole expérimental
- 4 smartphones « sources » diffusant chacun une vidéo ou de la musique, volume au maximum. Si possible, prendre 4 vidéos différentes (pour éviter les interférences). Sinon, 4 fois la même musique mais désynchronisée (lancer les lectures avec quelques secondes de décalage).
- 1 smartphone « mesure » avec FizziQ en mode Sonomètre.
- Distance source-mesure : environ 1 m (pas comptés ou estimés visuellement, pas besoin de précision).
- Salle de TP de physique du lycée. Comme la distance source-mesure reste fixe à 1 m, l'effet de salle est secondaire pour ce TP.
- Variante sans 4 smartphones disponibles : 4 élèves font le même bruit soutenu (sifflement, « AAA », compte fort) — plus difficile à synchroniser mais possible.
- Disposer les 4 smartphones côte à côte sur une table, haut-parleurs orientés dans la même direction (vers le smartphone mesure).
- Placer le smartphone mesure à 1 m des sources, à la même hauteur, micro pointé vers elles.
- Mesurer le bruit ambiant (toutes les sources éteintes). Noter \(L_\text{ambiant}\).
- Allumer 1 seule source. Attendre 10 s. Lire le niveau moyen → \(L_1\).
- Allumer une 2e source (les 2 ensemble). Lire → \(L_2\).
- Allumer une 3e source (les 3 ensemble). Lire → \(L_3\).
- Allumer la 4e source (les 4 ensemble). Lire → \(L_4\).
- Reporter dans le tableau de mesure ci-dessous.
📐 Schéma du dispositif
🎮 Simulation interactive — Prise de mesures à blanc
Avant le vrai TP, entraîne-toi avec ce sonomètre virtuel. Allume / éteins les sources avec les boutons + et −, lis le niveau sonore, puis clique sur « Enregistrer ce point » pour le placer sur le graphique.
Scanne ce QR code pour ouvrir la simulation seule (sans le reste du TP) sur ton smartphone. Pratique pour faire les mesures à blanc avant le vrai TP.
Ou ouvrir directement : simulations/acoustique-sources-fizziq.html
75 dB
📝 Astuce : la simulation applique la règle des +3 dB par doublement (1 source → 75 dB ; 2 → 78 ; 4 → 81 ; 8 → 84…) avec un bruit aléatoire ±1 dB. Observe combien il faut de sources pour franchir le seuil 85 dB.
Question 1 APP — Tableau de mesures
Compléter le tableau au fur et à mesure.
| Nombre de sources \(N\) | 1 | 2 | 3 | 4 | Bruit ambiant |
|---|---|---|---|---|---|
| \(L\) mesuré (dB) |
Voici un jeu de résultats obtenu avec 4 smartphones diffusant chacun une vidéo différente à 1 m :
| \(N\) | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| \(L\) (dB) | 75 | 78 | 80 | 81 |
Bruit ambiant : 38 dB. On constate qu'à chaque doublement de N, le niveau gagne environ +3 dB (1→2 : +3 ; 2→4 : +3 ; de 78 à 81 dB).
Question 2 REA — Comparer vos mesures à l'exemple typique
Comparer vos mesures (Q1) à l'exemple ci-dessus. Pour chaque valeur de \(N\), calculer l'écart \(|L_\text{mesuré} - L_\text{typique}|\) en dB. L'écart moyen est-il inférieur à 3 dB ?
Soustraire vos valeurs aux valeurs typiques en valeur absolue (par exemple |76−75| = 1 dB pour N=1).
Écart moyen attendu en salle de TP : entre 1 et 3 dB. Au-delà, vérifier le placement des smartphones (côte à côte, tous à 1 m, volumes au max).
Si l'écart moyen est faible, vos mesures sont cohérentes avec l'exemple type ✓.
Question 3 REA — Calculs des écarts
À partir du tableau, calculer pour chaque ajout de source l'écart \(\Delta L = L_N - L_1\).
| \(N\) | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| \(L_N - L_1\) (dB) | 0 |
Comparer le passage 1→2 sources et le passage 2→4 sources. Que constate-t-on ?
Avec les valeurs typiques (75 / 78 / 80 / 81 dB) :
| \(N\) | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| \(L_N - L_1\) (dB) | 0 | +3 | +5 | +6 |
Passage 1 → 2 sources : +3 dB. Passage 2 → 4 sources : également +3 dB (de 78 à 81).
Doubler le nombre de sources ajoute 3 dB, quel que soit le point de départ.
Question 4 ANA — La règle du doublement
Un technicien a relevé au sonomètre le niveau sonore pour un nombre croissant de machines identiques (chacune 80 dB(A) seule, mesure faite à poste fixe) :
| Nombre de machines \(N\) | 1 | 2 | 4 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| \(L\) relevé (dB(A)) | 80 | 83 | 86 | 89 |
a. Combien de dB gagne-t-on quand on passe de 1 à 2 machines ? de 2 à 4 machines ? de 4 à 8 machines ?
b. Que constate-t-on à chaque fois que le nombre de machines double ?
c. Prévoir le niveau sonore pour le doublement suivant : 16 machines.
a. 1 → 2 : 83 − 80 = +3 dB. 2 → 4 : 86 − 83 = +3 dB. 4 → 8 : 89 − 86 = +3 dB.
b. À chaque fois que le nombre de machines double, le niveau sonore augmente de +3 dB(A) seulement — pas davantage. C'est la règle du +3 dB par doublement.
c. Passer de 8 à 16 machines, c'est encore un doublement : on ajoute +3 dB. Donc 89 + 3 = 92 dB(A) pour 16 machines.
Cette règle se constate directement sur le relevé : il suffit d'ajouter 3 dB à chaque doublement, sans aucun calcul compliqué.
Question 5 ANA — Interprétation physique
Pourquoi 70 dB + 70 dB ne font pas 140 dB ?
Le décibel n'est pas une grandeur additive simple comme un mètre ou un gramme. Le dB mesure la force ressentie du son sur une échelle particulière, où une grande variation d'énergie se traduit par une petite variation de niveau.
Ce qui s'additionne réellement, c'est l'énergie sonore (l'intensité \(I\)) que portent les ondes. Avec 2 sources identiques, l'énergie reçue est doublée. Or, comme l'a montré le relevé de la Q4, doubler l'énergie ne se traduit que par +3 dB sur le sonomètre.
C'est pour cela que « 70 + 70 » donne 73 dB et non 140 dB : on a doublé l'énergie (donc +3 dB), pas le niveau.
Pour vraiment gagner beaucoup de décibels, il faudrait multiplier le nombre de sources un très grand nombre de fois (chaque doublement n'apportant que 3 dB). C'est ce qui rend impossible d'atteindre 140 dB avec quelques sources.
Question 6 ANA — Application à l'atelier de Léna
Une dégauchisseuse seule fait 80 dB(A) à la position de Léna. On utilise la règle du +3 dB par doublement (Q4) pour compléter le tableau du niveau total selon le nombre de machines identiques en marche :
| Nombre de machines \(N\) | 1 | 2 | 4 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| \(L\) total (dB(A)) | 80 |
a. Compléter le tableau (ajouter +3 dB à chaque doublement).
b. Combien faut-il de machines pour dépasser le seuil réglementaire de 85 dB(A) ? S'appuyer sur le tableau, sans aucun calcul compliqué.
a. En ajoutant +3 dB à chaque doublement :
| \(N\) | 1 | 2 | 4 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| \(L\) total (dB(A)) | 80 | 83 | 86 | 89 |
b. On lit dans le tableau :
- 2 machines → 83 dB(A) : en-dessous des 85 dB.
- 4 machines → 86 dB(A) : au-dessus des 85 dB → casque obligatoire.
C'est donc dès la 4e dégauchisseuse que le poste de Léna dépasse le seuil réglementaire de 85 dB(A). Le patron devra alors : soit fournir des casques (PICB), soit insonoriser l'atelier, soit réorganiser les postes pour les éloigner.
Question 7 VAL — Mesure de contrôle
Pour vérifier la loi en pratique, faire une mesure supplémentaire avec tous les téléphones diffusant la même vidéo désynchronisée. Comparer avec les mesures précédentes (vidéos différentes).
Si les 4 sources jouent la même vidéo en synchronisation parfaite (impossible en pratique), on aurait théoriquement +6 dB par doublement (ondes cohérentes, interférences constructives).
Avec des vidéos identiques mais désynchronisées, on retrouve le comportement de sources incohérentes : +3 dB par doublement. La mesure le confirme.
Avec des vidéos différentes, c'est encore plus net : aucune corrélation entre les signaux, addition d'intensités à la lettre.
Conclusion : la loi +3 dB par doublement s'applique aux sources incohérentes, c'est-à-dire à toutes les situations réelles (machines d'atelier, voitures dans une rue, etc.).
Question 8 COM — Compte rendu et conseil métier
Rédiger en 5 lignes la conclusion du TP et un conseil concret à Léna pour son atelier.
Conclusion TP — Addition de sources sonores
• L'expérience montre que doubler le nombre de sources sonores identiques fait gagner seulement environ +3 dB(A).
• C'est une règle de doublement : les décibels ne s'additionnent pas comme des nombres ordinaires (70 + 70 ≠ 140, mais ≈ 73 dB).
• Conséquence en menuiserie : ajouter une 2e machine identique fait passer de 80 à 83 dB (perception : à peine plus fort). Mais 4 machines = 86 dB → casque obligatoire.
• Comme chaque doublement n'ajoute que 3 dB, le risque acoustique ne croît pas aussi vite qu'on l'imagine en ajoutant des machines.
• Conseil pour Léna : à chaque nouvelle machine, refaire un point au sonomètre. Si on dépasse 85 dB sur 8 h, casque obligatoire (PICB selon code du travail).
Scanne ce QR code pour accéder à la page de correction du TP (Q1 à Q8 + bonus) sur ton smartphone. Après avoir cherché par toi-même !
Ou ouvrir directement : simulations/acoustique-sources-fizziq-corrections.html
Le seuil de douleur auditive est à 120 dB. En partant d'1 smartphone à 75 dB à 1 m et en utilisant uniquement la règle des +3 dB par doublement, combien de doublements faudrait-il pour atteindre ce seuil ? À combien de smartphones cela correspond-il (en gros) ?
Il faut gagner 120 − 75 = 45 dB. Chaque doublement apporte +3 dB, donc il faut 45 ÷ 3 = 15 doublements.
Construisons le tableau en doublant à chaque étape : 1 → 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → … On double 15 fois de suite. Cela donne un nombre énorme de smartphones : doubler 15 fois revient à multiplier par environ 33 000 (l'ordre de grandeur est plusieurs dizaines de milliers).
Il faudrait donc des dizaines de milliers de smartphones identiques à 1 m pour atteindre le seuil de douleur ! C'est impossible en pratique.
Conclusion : il n'y a pas de risque immédiat avec quelques smartphones, mais le seuil 85 dB (casque obligatoire) est atteint avec 8 à 10 sources. Le vrai danger vient des sources individuellement très fortes (machines industrielles à 100-110 dB), pas de l'accumulation de sources modérées.
- Les décibels ne s'additionnent pas comme des nombres ordinaires : une grande variation d'énergie ne donne qu'une petite variation de niveau.
- Règle empirique à connaître : doubler le nombre de sources identiques ajoute environ +3 dB(A).
- On l'applique directement sur un relevé : 1 machine → 80 dB ; 2 → 83 ; 4 → 86 ; 8 → 89 (+3 dB à chaque doublement).
- « 70 dB + 70 dB ≈ 73 dB » (et non 140 dB) — bien retenir cette règle de doublement.
- Sources cohérentes en phase parfaite : +6 dB par doublement (cas exceptionnel et instable, peu rencontré en pratique).
- Pour qu'un sonomètre mesure correctement, la source doit dépasser d'au moins 10 dB le bruit ambiant.
- En atelier, surveiller le cumul de machines avec FizziQ et imposer le PICB (casque) dès que le niveau total atteint 85 dB(A).
📚 Cette activité s'appuie sur §III (Niveau sonore et décibels) du cours Ch09 + lien filière (prévention du bruit en atelier). La règle des +3 dB par doublement est donnée comme un constat de mesure, sans calcul logarithmique.