En février, Les ateliers Soucoupes furent musicaux !
Les Soucoupes ont commencé par découvrir certains principes concernant le son à l'aide d'une série d'expériences.
Merci à Aymeric et Lucas en stage d'observation de 3ème pour les photos et la vidéo !
Le son et le vide
MATÉRIEL
• Une boîte «à vide» et une pompe (Nous n'avons aucun partenariat avec ce site, mais cette boite fonctionne très bien : http://www.habiague.com/boite-hermetique-vacuvin/2565-boite-de-conservation-sous-vide-coffee-saver-vacuum-et-1-pompe-a-vide.html)
• Une radio
• Des ballons (Facultatif)
DÉROULÉ
Placez la radio dans la boite et fermez-la hermétiquement. Faîtes-le vide à l’aide de la pompe. Aspirez le plus d’air possible : lorsque le vide est pratiquement fait, l’aspiration devient plus difficile.
Écoutez la radio placée dans la cloche sous vide, puis faites à nouveau rentrer l’air en inclinant légèrement l’embout en caoutchouc sur le couvercle de la cloche.
QUESTIONS
Qu’observe-t-on ? Pourquoi le son de la radio est-il atténué ? Qu’est ce qui permet au son de se déplacer ? Y a-t-il de l’air dans l’espace ? Y a-t-il des sons dans l’espace ?
OBSERVATION
Vous entendez faiblement le son de la radio placée dans la cloche vidée de son air. Le son devient beaucoup plus fort quand l’air entre à nouveau dans celle-ci.
EXPLICATIONS
Le son voyage dans l’air. S’il y a moins d’air, le son se propage plus difficilement. Vous entendez donc la radio moins fort quand l’air contenu dans la cloche est partiellement vidé. Cependant, la pompe étant manuelle, le vide ne peut se faire complètement... Le son vous parvient toujours faiblement. Les chercheurs utilisent des pompes très puissantes et des cloches très résistantes pour pouvoir faire le vide total.
S’il n’y avait pas d’air autour de nous, nous n’entendrions même pas une fusée décoller à quelques mètres de nous car le son ne pourrait pas se propager jusqu’à nos tympans ! C’est pour cela que dans le vide de l’espace, le silence règne !
RESSOURCES
En suivant ce lien, vous verrez un reportage réalisé dans les ateliers de Focal et découvrirez la chambre anéchoïque (sans écho) dans laquelle Il est possible d’approcher le silence total.
Réalisé en 2013 par Alfonso Cuarón, le film «Gravity» permet d’appréhender la physique du vide.
EXPÉRIENCE OPTIONNELLE
Gonflez légèrement un ballon et le mettez-le dans la boîte puis faites le vide. Le ballon gonfle tout seul !
EXPLICATIONS
Avant de faire le vide, l’air contenu dans le ballon et celui qui l’entoure exercent tous deux une pression sur ses parois. Lorsque l’on fait le vide autour du ballon, on diminue la pression extérieure, alors que la pression qu’il contient à l’intérieur reste la même. L’air présent dans le ballon pousse un peu plus sur les parois... et le ballon grossit !
Faire danser les grains
MATÉRIEL
• Une boite en métal
• Du film plastique
• Du sel
• Un élastique
PRÉPARATION
• Tendez un film plastique sur la boîte métallique.
• Fixez-le, bien tendu, à l’aide d’un élastique.
• Déposez des grains de sel ou d’herbes sur le film plastique.
DÉROULÉ
Demandez aux jeunes de faire danser les grains sans utiliser leurs mains ni souffler dessus.
INDICE
De quoi a-t-on besoin pour danser ? De musique ! Les grains aussi !
QUESTIONS
Comment avez-vous fait ? Qu’avez-vous observé ? Les grains dansent-ils de la même manière si le son est aigu ou grave ? Pourquoi le fait de crier au-dessus des grains les fait-il danser ?
Pour aider à comprendre
Parlez en touchant votre gorge. Que sentez-vous au bout de vos doigts ?
OBSERVATION
Il suffit de créer des sons : chantez (avec vos mains devant la bouche pour être sûr de ne pas souffler sur les grains !), tapez des mains, faites sonner des klaxons et instruments en tout genre... Laissez aller votre imagination, mais attention aux décibels ! Cela peut faire mal aux oreilles !
EXPLICATIONS
Les ondes sonores sont des successions de vibrations qui voyagent dans l’air. Quand vous produisez des sons et bruits à côté des grains, les vibrations que vous créez font vibrer l’air qui, à son tour, fait trembler la membrane plastique, ce qui fait danser les grains ! Les vibrations étant différentes en fonction de la sonorité du son émis (graves ou aigus), les grains dansent de diverses façons.
RESSOURCES
Peut-on voir un son ?
Faire chanter les verres
MATÉRIEL
• 4 verres à pieds (pas besoin de verres en cristal) contenant des volumes d’eau différents
DÉROULÉ
Essayez de faire chanter le verre
QUESTIONS
Que se passe-t-il ? Que ressentez-vous sur le bout de votre doigt ? Le verre peut-il casser ? Le son est-il le même pour les différents verres ?
OBSERVATION
Ce que vous devez faire pour faire chanter le verre :
• Humidifiez votre doigt
• Passez-le sur le bord du verre en faisant un rond
• Vous n’y arrivez pas du premier coup ? C’est normal ! Faites attention à ne pas tourner trop vite et à ne pas trop appuyer sur le verre !
Au bout de quelques secondes, un bruit assez aigu se fait entendre …. Vous êtes en train de faire chanter le verre !!!
Vous pouvez observer l’eau tournant dans le verre et ressentir des chatouilles sur le bout de votre doigt.
EXPLICATIONS
En faisant tourner votre doigt sur le bord du verre, il glisse par à-coups. Alternativement, votre doigt colle « Stick » au verre puis glisse « Slip » sur le verre. Ce phénomène se passe trop rapidement pour que vous puissiez le remarquer : c’est le stick slip.
Vous retrouvez le même phénomène si vous essayez de faire glisser votre doigt sur une table : votre doigt vibre lorsque vous essayez de le déplacer dessus.
L’alternance entre ces deux phases provoque des vibrations dans le verre. La fréquence de ces vibrations dépend de la vitesse à laquelle le doigt passe sur le verre. Il existe une fréquence pour laquelle le son se fait mieux entendre que les autres, c’est la fréquence de résonance du verre. Si vous entendez le son clairement, c’est que vous êtes proche de cette fréquence.
Le coquillage
MATÉRIEL
• 2 coquillages avec ficelle pour une installation facile dans votre lieu.
DÉROULÉ
Portez le coquillage à votre oreille et écoutez.
QUESTIONS
Qu’entendez-vous ? Pourquoi entend-on le bruit de la mer dans un coquillage ? Est-ce vraiment le bruit de la mer ? Qu’est-ce que cela peut-être ?
OBSERVATION
On entend la mer.
EXPLICATIONS
Le coquillage fait office de caisse de résonance, il amplifie les sons qui y pénètrent. Mais ceci peut aussi fonctionner avec un pot vide ou avec les mains !
Les sons amplifiés par les coquillages proviennent des bruits alentours et extérieurs (voix, voitures...). On les identifie aux sons des vagues car le coquillage véhicule l’image de la mer, de la plage et réveille nos souvenirs et notre imagination !
Accordage parfait !
MATÉRIEL
• Deux diapasons
DÉROULÉ
Utilisez un diapason :
• Frappez sur un diapason
• Question : Comment l’arrêter ? Il suffit de le toucher.
La résonance :
• Placez les diapasons l’un face à l’autre
• Réglez le poids (morceau de plastique noir) à la même hauteur.
• Frappez un des diapasons puis arrêtez-le
• Question : que se passe-t-il ?
• Le second diapason émet un son lui aussi sans que l’on ait eu besoin de le toucher !
• Refaites la même expérience mais avec les poids à des hauteurs différentes : ça ne marche plus !
QUESTIONS
Qu’a-t-on observé ? Pourquoi le diapason chante sans que l’on ait eu besoin de le toucher ? A quoi sert le poids ? Pourquoi le phénomène ne se produit plus lorsque l’on déplace le poids ?
OBSERVATION
Le diapason se met à vibrer si le poids est à la même hauteur sur les deux diapasons et ne vibre pas s’il est à une hauteur différente..
Lorsque les poids sont au même niveau, les deux diapasons vibrent à la même fréquence. C’est pour cela qu’ils émettent le même son.
Cette fréquence s’appelle la fréquence de résonance d’un objet. C’est la fréquence à laquelle l’objet va entrer en vibration.
A cette fréquence, chaque nouvelle impulsion va augmenter la vibration de l’objet. Pour comprendre mieux, il suffit de s’imaginer une balançoire. Si vous battez des jambes à des rythmes totalement différentes il vous est impossible de prendre de la vitesse. Mais si vous battez des jambes à un rythme régulier et si ce rythme est celui de la balançoire vous prendrez alors de la vitesse. Dans les cirques par exemples, les professionnels de la balançoire trouvent rapidement la fréquence de résonance et réussissent à « presque toucher le ciel » !
EXPLICATIONS
Pour nos diapasons c’est la même chose, Le premier crée une fréquence de 440 Hz, qui correspond à la fréquence de résonance du second diapason. Elle va donc entraîner la vibration du second diapason qui va se mettre à sonner.
C’est aussi ce phénomène qui permet à certaines cantatrices, grâce à leurs voix, de casser des verres en cristal très fin. Il faut trouver la fréquence de résonance du verre et de tenir la note assez longtemps. Le verre se mettra à vibrer puis il se brisera.
On observe aussi ce phénomène sur certains ponts et cela a posé quelques problèmes dans le passé (effondrements de ponts).
Exemple du pont de Tacoma entrant en résonance.
Nous avons ensuite découvert un objet : Le sonomètre
Le sonomètre sert à mesurer le niveau sonore de différents espaces à disposition (Salle, rue, cour,…).
QUESTIONS
Que mesure cet appareil ? Qu’est-ce qu’un décibel ? Si une machine à laver produit 65 dB, combien de dB sont produits par deux machines ? Quel est le seuil de la douleur ? Combien de temps peut-on passer devant une enceinte de concert (entre 100 et 115 dB) avant de prendre un risque ? Et si l’on recul de quelques mètres, que se passe-t-il ? Qu’est-ce qu’un acouphène ? Peuvent-ils disparaître ?
EXPLICATIONS
Le décibel (dB) est l’unité physique de mesure des niveaux sonores (intensité). Le sonomètre permet de mesurer le nombre de décibels d’un son. Il est par exemple utilisé par les ingénieurs du son lors des concerts.
Le dB(A), unité dite physiologique, est souvent utilisé. Elle tient compte des différences de sensibilité de l’oreille en fonction des fréquences, des niveaux et de la durée d’exposition. Lors de la mesure en dB(A) inférieures à 500 Hz ne sont pas prises en compte.
Quelques exemples de niveaux sonores :
• Tic-tac d’une horloge 30 dB
• Bébé qui pleure 80 dB
• Voiture 80 dB
• Cours de récréation 85 dB
• Chien qui aboie 90 dB
• Dans un concert 105 dB
• Avion au décollage 120 dB (Seuil de la douleur)
• Fusée au décollage 180 dB (Rupture du tympan)
Lorsque l’on double la source d’énergie (en faisant par exemple fonctionner une deuxième machine à laver), la sensation d’intensité ne double pas mais croît seulement de 3 décibels.
Autrement dit, augmenter le son d’une chaîne HI-FI de 3 dB peut sembler léger mais cela revient à ajouter une seconde chaîne !
Autre exemple : 1 marteau piqueur = 100 dB, 2 marteaux piqueurs = 103 dB, ...
Ces puissances sonores peuvent avoir de lourdes conséquences sur vos tympans et cellules de vos cils (cellules ciliées), surtout si vous exposez votre système auditif à de très hautes intensités sonores et/ou sur de longyres durées.
L’échelle Sourdirisque
Une échelle d’exemples sonores, réalisée par le CIDB (Centre d’Information et de Documentation sur le Bruit) est rangée dans la boîte du sonomètre. Cette échelle indique les intensités sonores d’exemples de différents sons perçus dans la vie quotidienne. Sur l’autre face, vous découvrirez la durée d’exposition moyenne conseillée par jour pour chaque intensité. Au-delà de cette durée, vous risquez de mettre votre audition en danger.
Les conséquences possibles
Les lésions de l’oreille (en général des tympans déchirés et/ou des cellules ciliées abîmées) peuvent entraîner certains effets secondaires : des acouphènes temporaires ou permanents, une hyperacousie (hypersensibilité de l’ouïe : tous les sons sont perçus de façon amplifiée et deviennent alors insupportables), une ouïe affectée (baisse des capacités auditives), voire une surdité totale, mais aussi de la fatigue, du stress et des maux de tête...
Les acouphènes sont des sons aigus, stridents, ou des bourdonnements désagréables perçus dans le crâne, ou dans une ou deux oreille(s). Ils peuvent être temporaires ou permanents. Ils sont dus à l’endommagement des cellules ciliées. Il n’existe pas de traitement permettant de guérir des acouphènes.
Un tympan déchiré peut être «réparé» grâce à la chirurgie. Mais c’est très douloureux !
Comment protéger vos oreilles ?
1 - Règle N°1 : Baissez le son
Un son bien réglé* est plus agréable et souvent de meilleure qualité qu’un son fort !
*aigus et graves bien équilibrés
2- Éloignez-vous de la source sonore
100 dB(A) à 1 mètre, passeront à 94 dB(A) à 2 mètres, puis à 88 dB(A) à 4 mètres
3 - Bouchez vos oreilles
Il existe des bouchons d’oreilles, des casques anti-bruit et des casques anti-bruit numériques. Ceux-ci possèdent un programme informatique permettant de supprimer les bruits environnants gênants. Ces équipements sont équipés d’un programme informatique qui, grâce à la production d’une onde sonore particulière (Une sorte de «contre-bruit») supprime ou atténue l’intensité des sons.
La superposition des deux ondes sonores (celle de départ et celle créée par le casque) diminue considérablement le bruit de départ.
4- Limitez vos temps d’exposition au bruit
Faites régulièrement des pauses, vos oreilles ont besoin de repos, de temps de récupération !
5- Ne négligez aucun bruit :
Le bruit subit au travail, lorsqu’on bricole ou qu’on joue de la musique n’est pas à négliger...
Savez-vous qu’une tondeuse peut produire un son d’une intensité de 95 dB (Durée moyenne d’exposition tolérée par jour sans protection : 48 mn) ?
RESSOURCES
Un site réalisé par le Conseil Général des Jeunes du Rhône sur les risques auditifs :
Le site du le CIDB (centre d’information et de documentation sur le bruit), de nombreuses ressources sur la prévention des risques auditifs.
Nous avons aussi fabriqué un Téléphone High-Tech
MATÉRIEL
• 2 gobelets
• Une ficelle
DÉROULÉ
À l’aide d’un pic à brochettes ou d’un outil à pointe fine faites un trou pas trop gros au fond des 2 gobelets. (ATTENTION à vos doigts !)
• Faites passer la ficelle dans le trou
• Faites un nœud à l’intérieur du gobelet (ou plusieurs si le trou est trop gros)
• Procédez de même pour le second gobelet.
Il est possible de fabriquer des téléphone avec 2, 3 ou 4 gobelets, vous pouvez aussi utiliser des pots de yaourt… Soyez fous et testez toutes les possibilités qui vous passent par la tête !
QUESTIONS
Que faut-il faire pour que le téléphone fonctionne ? Pourquoi ne fonctionne-t-il pas pour certains ? Comment couper la conversation en gardant le fil tendu ?
OBSERVATION
Pour que le téléphone fonctionne il faut que le fil soit bien tendu et que personne ne le touche.
EXPLICATIONS
Votre voix fait vibrer le gobelet (particulièrement le fond), les vibrations voyagent ensuite dans le fil bien tendu. L’effet inverse se produit pour le gobelet situé à l’autre bout du fil : le fond du gobelet agit comme une membrane de haut-parleur en vibrant. Le gobelet amplifie ces vibrations et agit comme une caisse de résonance. Les ondes sonores arrivent ensuite jusqu’à votre oreille.
Les vrais téléphones transforment les sons en signaux électriques ou en signaux optiques qui peuvent être transmis sur des câbles ou des fibres optiques de très longues distances.
Le son quant à lui peut voyager dans différents matériaux, de manière plus ou moins efficace et à des vitesses variées
Et pour finir les Soucoupes ont fabriqué un Kazoo à l'aide de 3 élastiques et de deux bâtons de glace.
Pour retrouver le tutoriel de fabrication, il vous suffit de cliquer ici !
Et nous avons fini la séance en apprenant le rythme de la très connue "Cup Song"
La séance fut bien remplie !
Kévin, l'animateur.
