Exercices corrigés — Intensité et niveau d'intensité sonore
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- Exercice 1 : Passer de l'intensité sonore au niveau en décibels
- Exercice 2 : Atténuation géométrique et atténuation par absorption
- Exercice 3 : Le niveau d'intensité sonore et l'atténuation en un paragraphe
- Exercice 4 : Calculer une intensité sonore et un niveau d'intensité sonore à distance
- Exercice 5 : Calculer une atténuation en décibels : géométrique, puis par absorption
- Les trois réflexes à retenir
Un sonomètre affiche des décibels, mais ce que le son transporte, c’est une puissance, reçue sur chaque mètre carré : l’intensité sonore. Entre les deux, il y a un logarithme décimal. Et quand on s’éloigne d’une éolienne, ou qu’un signal de brume doit porter jusqu’au large, le niveau baisse pour deux raisons bien différentes : l’énergie s’étale, et le milieu en absorbe une partie. Le programme demande d’exploiter l’expression du niveau d’intensité sonore, de passer de l’intensité au niveau et inversement, et d’illustrer l’atténuation géométrique et l’atténuation par absorption. Les trois premiers exercices vérifient que le cours est compris, sans calcul : deux quiz et un texte à trous, corrigés dès que tu valides. Les deux suivants se rédigent : le bruit d’une éolienne à plusieurs distances, puis, comme en contrôle, la portée d’un signal de brume avec un tableau d’absorption de l’air.
L'intensité et le niveau
L'intensité sonore I
I = P / S
La puissance P transportée par l'onde, reçue par une surface S : l'intensité s'exprime en W·m⁻².
C'est elle qui s'ajoute : deux sources indépendantes donnent la somme de leurs intensités, pas de leurs niveaux.
Le niveau d'intensité sonore L
L = 10 log(I / I0)
Il s'exprime en décibels (dB), sans dimension, et se mesure avec un sonomètre. L'intensité de référence, I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W·m⁻², est voisine du seuil d'audibilité d'un son de 1 kHz.
« log » est le logarithme décimal : la touche log de la calculatrice, pas ln.
Du niveau à l'intensité
I = I0 × 10L/10
On divise L par 10, puis on applique la fonction réciproque du logarithme décimal, x ↦ 10x.
Intensité × 10 : + 10 dB. Intensité × 100 : + 20 dB. Intensité × 2 : environ + 3 dB.
L'atténuation, en décibels
Chaque doublement de la distance retire 6 dB ; la paroi retire en plus son atténuation par absorption.
L'atténuation géométrique
L'atténuation A = L₁ − L₂ est la diminution du niveau, en dB. Pour une source ponctuelle qui émet de façon identique dans toutes les directions, sans obstacle, la puissance s'étale sur une sphère d'aire 4πd² :
I = P / (4πd²)
Distance × 2 : intensité ÷ 4, soit − 6 dB. Distance × 10 : intensité ÷ 100, soit − 20 dB. Entre deux distances quelconques, Agéo = 20 log(d₂ / d₁).
L'atténuation par absorption
Le milieu traversé (air, paroi, tissu…) absorbe une partie de l'énergie sonore, qu'il convertit en énergie thermique. Aabs dépend du matériau, de son épaisseur et de la fréquence : en général, les aigus sont plus absorbés que les graves.
Une atténuation de A décibels divise l'intensité par 10A/10 : 10 dB, un dixième de l'intensité passe ; 30 dB, un millième.
Les atténuations en dB s'ajoutent : L₂ = L₁ − Agéo − Aabs.
Avant de te lancer : pour les exercices 4 et 5, cherche au brouillon avant d’ouvrir le corrigé : c’est en te trompant que tu progresses. Garde ta calculatrice à portée de main, et vérifie que tu utilises la touche log, et non ln. Les exercices réussis se cochent au fur et à mesure, et la page retient où tu en es.
Passer de l'intensité sonore au niveau en décibels
★★★Quiz : intensité, niveau et logarithme décimal
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Juste. La bonne réponse : Le niveau d'intensité sonore, qui compare l'intensité sonore reçue à l'intensité de référence I0. Le décibel est l'unité du niveau d'intensité sonore, L = 10 log(I / I0) : dix fois le logarithme du rapport de deux intensités, une grandeur sans dimension. L'intensité sonore I, elle, s'exprime en W·m−2, et la puissance sonore d'un appareil en watts. Un sonomètre mesure ce qui arrive sur son microphone, à l'endroit où il se trouve : il ne dit rien de la puissance émise par chaque appareil, qui se répartit dans toute la pièce.
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Juste. La bonne réponse : Elle a été multipliée par 100. Le niveau a augmenté de 75 dB − 55 dB = 20 dB. Chaque fois que l'intensité est multipliée par 10, le niveau gagne 10 dB, puisque 10 log(10) = 10 : deux facteurs 10 successifs donnent 20 dB, et l'intensité a été multipliée par 10 × 10 = 100. On retrouve ce facteur avec la fonction réciproque du logarithme décimal : 1020/10 = 102 = 100. Le rapport des niveaux, 75 / 55, n'a pas de sens physique : sur une échelle logarithmique, c'est l'écart entre deux niveaux qui se traduit en rapport d'intensités.
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Juste. La bonne réponse : Il a utilisé la touche ln de sa calculatrice au lieu de la touche log. Le rapport vaut I / I0 = (1,0 × 10−6 W·m−2) / (1,0 × 10−12 W·m−2) = 1,0 × 106. Avec le logarithme décimal, log(106) = 6, donc L = 60 dB, le niveau d'une conversation. Avec le logarithme népérien, ln(106) ≈ 13,8, d'où les 138 dB de l'élève. Sans la division par I0, il aurait trouvé 10 log(10−6) = −60 dB, et sans le facteur 10, log(106) = 6 dB. Le niveau d'intensité sonore se calcule avec le logarithme décimal, celui de la touche log.
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Juste. La bonne réponse : L'intensité sonore reçue est égale à l'intensité de référence I0 : il reste un son, très faible. Un niveau nul signifie que log(I / I0) = 0, donc que I / I0 = 1 : l'intensité reçue est égale à I0 = 1,0 × 10−12 W·m−2, une valeur voisine du seuil d'audibilité d'un son de 1 kHz. Ce n'est pas le silence : une intensité nulle conduirait au logarithme de zéro, qui n'existe pas. Quant à 1 W·m−2, cette intensité donne I / I0 = 1012, soit 120 dB, au voisinage du seuil de douleur : c'est le rapport des intensités qui vaut 1, pas l'intensité elle-même.
Atténuation géométrique et atténuation par absorption
★★★Quiz : pourquoi un son s'affaiblit
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Juste. La bonne réponse : De 20 dB, car l'intensité y est divisée par 100. L'intensité s'écrit I = P / (4πd2) : elle est inversement proportionnelle au carré de la distance. Quand la distance est multipliée par 10, d2 est multiplié par 100 et l'intensité est divisée par 100 : le niveau perd 10 log(100) = 20 dB. La réponse « 10 dB » oublie le carré de la distance. Les 6 dB, eux, correspondent à un seul doublement de la distance : de 2,0 m à 20 m, il y en a un peu plus de trois, de 2 m à 4 m, à 8 m, puis à 16 m.
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Juste. La bonne réponse : Le son réfléchi par les murs, le sol et le plafond s'ajoute au son qui arrive directement du haut-parleur. Les 6 dB par doublement supposent que toute la puissance s'étale sur des sphères de plus en plus grandes, sans revenir vers le microphone : c'est le modèle d'une source dans un espace dégagé. Dans un gymnase, les parois réfléchissent une grande partie du son. Loin du haut-parleur, le microphone reçoit, en plus du son direct, le son renvoyé par les parois, qui varie peu d'un endroit à l'autre de la salle : le niveau baisse donc moins vite que prévu. L'absorption par l'air, elle, est très faible sur quelques dizaines de mètres. Pour observer la baisse de 6 dB par doublement, il faut se placer en plein air, ou dans une salle dont les parois absorbent le son.
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Juste. La bonne réponse : Sur plusieurs kilomètres, l'air absorbe bien davantage les sons aigus que les sons graves. L'atténuation par absorption dépend de la fréquence : dans l'air, elle est faible pour les graves et nettement plus forte pour les aigus. Négligeable sur quelques mètres, elle efface presque toutes les composantes aiguës du bruit du tonnerre sur plusieurs kilomètres, et il ne reste que les graves. L'atténuation géométrique, elle, ne dépend pas de la fréquence : la puissance s'étale de la même façon sur une sphère, quel que soit le son. Enfin, la fréquence d'une onde est fixée par sa source et ne change pas au cours de la propagation : ce qui change, c'est la part de chaque fréquence qui arrive jusqu'à l'oreille.
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Juste. La bonne réponse : Par 10. Une atténuation de A décibels divise l'intensité par 10A/10. L'ancienne fenêtre la divisait par 103 = 1 000, la nouvelle la divise par 104 = 10 000. L'écart, 40 dB − 30 dB = 10 dB, correspond donc à une intensité divisée par 1010/10 = 10 par rapport à l'ancienne fenêtre. La réponse « 10 000 » compare la nouvelle fenêtre à l'absence de fenêtre, et non à l'ancienne. Une fenêtre affaiblit le son surtout en en renvoyant une grande partie vers la rue, et en partie en l'absorbant : dans un exercice, son effet se résume en une atténuation en décibels, qui se retranche du niveau comme une atténuation par absorption.
Le niveau d'intensité sonore et l'atténuation en un paragraphe
★★★Le cours en un texte à trous
L'intensité sonore est la puissance transportée par une onde sonore, reçue par unité de surface ; elle s'exprime en W·m⁻² . Le niveau d'intensité sonore, mesuré par un sonomètre , vaut L = 10 log(I / I₀), où log est la fonction logarithme décimal : multiplier l'intensité par 1 000 augmente le niveau de 30 dB . L'atténuation entre deux points est la diminution du niveau d'intensité sonore , exprimée en décibels. Pour une source ponctuelle dans un espace dégagé, la puissance s'étale sur une sphère d'aire 4πd² : multiplier la distance par 10 retire 20 dB , c'est l'atténuation géométrique. L'atténuation par absorption dépend du milieu traversé, de son épaisseur et de la fréquence du son ; une atténuation de 20 dB laisse passer un centième de l'intensité sonore. Quand un son subit les deux, les atténuations exprimées en décibels s'additionnent .
L'intensité sonore se rapporte à une surface : I = P / S, en W·m−2, alors que le décibel est l'unité du niveau. Un oscilloscope affiche la tension d'un microphone en fonction du temps, un fréquencemètre une fréquence : c'est le sonomètre qui donne le niveau. Avec le logarithme décimal, log(1 000) = 3, d'où 10 × 3 = 30 dB. L'atténuation porte sur le niveau ; la fréquence, fixée par la source, et la célérité, fixée par le milieu, ne changent pas. L'aire d'une sphère de rayon d vaut 4πd2 : distance × 10, aire × 100, intensité ÷ 100, soit 20 dB de moins. L'absorption dépend de la fréquence, les aigus étant en général plus absorbés, mais pas de la puissance de la source ni du nombre de sources : une même paroi retire le même nombre de décibels à un son faible qu'à un son fort. Une atténuation de 20 dB divise l'intensité par 1020/10 = 100. Enfin, chaque atténuation divise l'intensité par un facteur : les facteurs se multiplient, et leurs logarithmes, donc les décibels, s'additionnent.
Calculer une intensité sonore et un niveau d'intensité sonore à distance
★★★Application directe : le bruit d'une éolienne
En fonctionnement, une éolienne terrestre émet une puissance sonore d’environ , due surtout au souffle de ses pales dans l’air. On modélise l’éolienne par une source ponctuelle, placée au niveau de sa nacelle, qui émet de façon identique dans toutes les directions : aux distances étudiées, plusieurs fois plus grandes que la longueur des pales, ce modèle est raisonnable. On néglige l’absorption du son par l’air et sa réflexion sur le sol.
Données :
- intensité sonore de référence : ;
- aire d’une sphère de rayon : ;
- en France, une éolienne terrestre doit être implantée à au moins des habitations ;
- la nuit, dans une campagne calme, le niveau d’intensité sonore ambiant est souvent compris entre et .
- Expliquer pourquoi, à la distance de la nacelle, l’intensité sonore s’écrit . Calculer l’intensité sonore sur un chemin de randonnée situé à de la nacelle.
- Calculer le niveau d’intensité sonore sur ce chemin.
- Une maison se trouve à de la nacelle, à peu près la distance minimale prévue par la loi. Calculer l’intensité sonore et le niveau devant cette maison.
- Calculer l’atténuation géométrique entre le chemin et la maison. Retrouver cette valeur à partir du rapport des intensités .
- À quelle distance de la nacelle le niveau dû à l’éolienne descend-il à ? L’absorption du son par l’air, négligée ici, rendrait-elle cette distance plus grande ou plus petite ?
Voir le corrigé
1. L’intensité sonore est la puissance reçue par unité de surface : . La source émet de façon identique dans toutes les directions, et rien n’absorbe ni ne renvoie le son : à la distance , toute la puissance traverse une sphère centrée sur la nacelle, de rayon , dont l’aire vaut . D’où :
Sur le chemin de randonnée, à :
2. On applique la définition du niveau d’intensité sonore :
Le rapport est un quotient de deux intensités : il n’a pas d’unité, et c’est de ce nombre qu’on prend le logarithme décimal.
3. Devant la maison, à :
4. L’atténuation géométrique est la diminution du niveau :
Le rapport des intensités ne dépend que des distances, puisque et se simplifient :
soit à l’unité près, comme les niveaux. La distance a été multipliée par , l’intensité divisée par plus de , et pourtant le niveau n’a perdu que : c’est l’effet du logarithme.
5. On part du niveau visé et on remonte à l’intensité, avec la fonction réciproque du logarithme décimal :
Puis on isole la distance dans , ce qui donne :
Dans ce modèle, il faut s’éloigner à environ de la nacelle pour que le bruit de l’éolienne descende au niveau d’une campagne calme la nuit, en haut de la fourchette des données.
L’air absorbe en réalité une partie de l’énergie sonore : à une distance donnée, l’intensité reçue est un peu plus faible que celle du modèle. Le niveau de serait donc atteint un peu plus près de l’éolienne. La réflexion sur le sol, elle aussi négligée, agit en sens inverse : le son renvoyé par le sol s’ajoute au son qui arrive directement de la nacelle.
Réflexe à retenir : pour aller d’un niveau à une distance, on passe par l’intensité. On remonte de à avec , puis on isole dans .
Calculer une atténuation en décibels : géométrique, puis par absorption
★★★Type contrôle : la portée d'un signal de brume, avec deux documents
Sur une côte rocheuse, un phare est équipé d’un signal de brume : par temps de brouillard, quand sa lumière ne se voit plus, il émet un son puissant qui avertit les navires de la présence de la côte. On cherche jusqu’à quelle distance ce signal reste perçu, et pourquoi il émet un son grave.
Document 1 - Extrait de la fiche technique du signal de brume. « Fréquence du son émis : . Niveau d’intensité sonore mesuré à du pavillon : . Mise en service : par visibilité réduite. »
Document 2 - Atténuation par absorption dans l’air, par kilomètre parcouru, à et pour une humidité relative de (valeurs arrondies, calculées selon la méthode de la norme internationale ISO 9613-1).
| Fréquence du son () | Atténuation par absorption ( par ) |
|---|---|
Données :
- intensité sonore de référence : ; aire d’une sphère de rayon : ;
- on modélise le signal par une source ponctuelle qui émet de façon identique dans toutes les directions, et on néglige l’effet du vent et les réflexions sur la mer ;
- sur une distance , l’atténuation par absorption vaut , où est l’atténuation par kilomètre lue dans le document 2 ;
- on admet que, sur le pont d’un navire, le signal est nettement perçu si son niveau d’intensité sonore atteint au moins ;
- règles de calcul du logarithme décimal : ; ; .
- Calculer l’intensité sonore à du pavillon, puis la puissance sonore émise par le signal.
- On néglige d’abord l’absorption. Montrer que le niveau à la distance s’écrit , où est le niveau à . En déduire l’atténuation géométrique entre et , puis le niveau à .
- À l’aide du document 2, calculer l’atténuation par absorption subie par le son du signal sur , puis le niveau reçu par un navire situé à . Le signal y est-il perçu ?
- Quelle fraction de l’intensité sonore l’absorption laisse-t-elle subsister sur ces ?
- Un signal plus aigu, de fréquence , aurait le même niveau à . Reprendre les questions 3 et 4 pour ce signal. Expliquer pourquoi les signaux de brume émettent des sons graves.
- Sans absorption, à quelle distance le niveau du signal de descendrait-il à ? En tenant compte de l’absorption, le signal est-il encore perçu à ? Conclure sur la portée du signal.
Voir le corrigé
1. Le document 1 donne un niveau ; pour obtenir une intensité, on utilise la fonction réciproque du logarithme décimal :
À , toute la puissance traverse une sphère de rayon , donc :
2. Pour une source ponctuelle qui émet de façon identique dans toutes les directions, et . En divisant membre à membre, et se simplifient :
On remplace dans la définition du niveau, puis on applique la règle :
Le premier terme est le niveau à . Pour le second, la règle donne , et la règle permet de retourner la fraction, puisque est l’inverse de :
Le terme est l’atténuation géométrique entre et . Avec :
3. Le son du signal a une fréquence de : le document 2 donne par kilomètre.
Les deux atténuations se retranchent du niveau à :
Ce niveau dépasse le seuil de : le signal est perçu à .
4. Une atténuation de décibels divise l’intensité par : la fraction qui subsiste vaut .
Sur , l’absorption laisse subsister environ de l’intensité sonore : elle compte peu devant l’atténuation géométrique, qui divise l’intensité par , soit environ .
5. À , le document 2 donne par kilomètre. L’atténuation géométrique ne dépend pas de la fréquence : elle vaut encore .
Ce niveau est inférieur à : à , ce signal aigu ne serait pas perçu. La fraction d’intensité qui subsiste après l’absorption vaut :
soit environ de l’intensité, contre pour le son de .
D’après le document 2, l’atténuation par absorption dans l’air augmente avec la fréquence. À niveau égal au départ, un son grave porte donc plus loin qu’un son aigu : c’est la raison pour laquelle les signaux de brume émettent des sons graves.
6. Sans absorption, on cherche tel que , c’est-à-dire :
La fonction réciproque du logarithme décimal donne :
Sans absorption, le signal porterait jusqu’à environ . À , en tenant compte de l’absorption :
Ce niveau est inférieur à : le signal n’est plus nettement perçu à . Sa portée est donc comprise entre et , plus courte que les prévus sans absorption. Le graphique ci-dessous, tracé avec le même modèle, la situe vers .
En mer, le vent, les réflexions sur l’eau et le bruit à bord modifient ces valeurs : le calcul donne un ordre de grandeur de la portée, pas une garantie.
Réflexe à retenir : écris la chaîne complète avant de calculer, , avec un terme par cause d’atténuation. Chaque terme se calcule à part, en décibels, puis on compare le résultat au seuil.
Les trois réflexes à retenir
- Regarde l’unité avant de choisir la formule. Des désignent une intensité, des décibels un niveau. De vers : , avec la touche log. De vers : . Et pour une distance ou une puissance, on repasse par l’intensité, puisque c’est elle qui vaut .
- Les atténuations se retranchent du niveau, en décibels. Écris , puis calcule chaque terme à part : pour l’éloignement, une valeur donnée ou lue dans un tableau pour l’absorption. Pour revenir à l’intensité, une atténuation de décibels la divise par .
- Vérifie les conditions du modèle. Les par doublement de la distance supposent une source ponctuelle, qui émet de façon identique dans toutes les directions, sans réflexion ni absorption ; l’absorption, elle, dépend du milieu et de la fréquence, les aigus étant en général plus absorbés. La carte en haut de page rassemble ces relations.
L’addition de sources indépendantes, et les gagnés quand l’intensité double, se travaillent dans l’exercice corrigé sur le niveau sonore d’une intensité qui double. Les sons graves qui contournent les obstacles relèvent de la diffraction, et le son d’une sirène qui change en passant devant toi, de l’effet Doppler.
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Ce chapitre au bac 2026
Il est tombé dans ces exercices de la session 2026, corrigés en ligne question par question :
- Bac 2026 Antilles-Guyane — Jour 2 : exercice 1, Sécurité incendie (11 points)
- Bac 2026 Asie — Jour 1 : exercice 3, Sécurité acoustique (5 points)