QCM : Acoustique et signaux périodiques (29 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une règle flexible est écartée puis relâchée et se met à vibrer. Quel phénomène peut en résulter ?

La règle peut produire un son sous forme d’onde sonore.
La règle peut seulement déplacer l’air sans créer d’onde sonore.
La règle peut transmettre une onde lumineuse dans l’air.
La règle peut produire un son sans vibration de sa part.

La règle peut produire un son sous forme d’onde sonore.

Explication

Un objet qui vibre peut produire un son sous la forme d’une onde sonore. L’onde lumineuse relève d’un autre phénomène, et les autres réponses dissocient à tort l’émission sonore de la vibration.

2. Un musicien souffle dans un saxophone dont le corps est métallique. Quelle partie vibre pour produire le son, et à quelle famille l’instrument appartient-il ?

La colonne d’air vibre ; le saxophone appartient aux cuivres.
Le corps métallique vibre ; le saxophone appartient aux cuivres.
L’anche vibre ; le saxophone appartient aux bois.
Les lèvres vibrent ; le saxophone appartient aux bois.

L’anche vibre ; le saxophone appartient aux bois.

Explication

Dans un saxophone, le musicien fait vibrer l’anche en soufflant dessus ; l’instrument appartient donc aux bois malgré son corps métallique. Classer l’instrument par son matériau confond apparence et famille, tandis que la colonne d’air transmet la vibration et les lèvres caractérisent les cuivres.

3. Une caisse acoustique entre en résonance avec une source sonore. Quel effet cette résonance produit-elle sur le son émis ?

Elle diminue l’amplitude de la vibration et l’intensité sonore.
Elle modifie la direction de la vibration sans renforcer le son.
Elle augmente la fréquence de la vibration et la hauteur du son.
Elle amplifie l’amplitude de la vibration et l’intensité sonore.

Elle amplifie l’amplitude de la vibration et l’intensité sonore.

Explication

La résonance amplifie l’amplitude d’une vibration et, par conséquent, l’intensité sonore émise. Modifier la fréquence ou la direction ne correspond pas à cet effet, et l’atténuation inverse le mécanisme.

4. Comment caractérise-t-on un son qui se propage entre un émetteur et un récepteur ?

Une perturbation du milieu transmise de proche en proche
Une amplification produite par la résonance du récepteur
Une vibration qui reste confinée à l’émetteur
Un objet qui se déplace directement de l’émetteur au récepteur

Une perturbation du milieu transmise de proche en proche

Explication

Le son est une perturbation du milieu qui se transmet de proche en proche entre l’émetteur et le récepteur. Le déplacement d’un objet confond le son avec une matière transportée, la vibration confinée néglige sa propagation, et la résonance concerne l’amplification du son.

5. Une cloche contenant presque plus d’air abrite un réveil en sonnerie, mais le sonomètre n’y mesure pas de son. Quelle conclusion explique cette observation ?

La lumière présente dans la cloche transmet le son au sonomètre
Le son nécessite un support matériel et ne se propage pas dans le vide
Le réveil cesse de vibrer dès que l’air est retiré de la cloche
Le sonomètre constitue le support matériel nécessaire à la propagation

Le son nécessite un support matériel et ne se propage pas dans le vide

Explication

La propagation sonore exige un support matériel ; lorsque l’air est presque retiré, le son ne se propage pas dans le vide. L’arrêt supposé du réveil confond émission et propagation, la lumière n’est pas le support du son, et le sonomètre est un récepteur, non le milieu de propagation.

6. Un signal sonore parcourt 680 m680\,\text{m} en 2 s2\,\text{s}. Quelle est sa vitesse moyenne de propagation ?

340 m⋅s−1340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
0,0029 m⋅s−10{,}0029\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
678 m⋅s−1678\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
1 360 m⋅s−11\,360\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}

$$340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$$

Explication

La vitesse se calcule par v=DΔtv=\frac{D}{\Delta t} : 6802=340 m⋅s−1\frac{680}{2}=340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}. Le produit donne 1 3601\,360, le rapport inversé donne une unité incorrecte et la soustraction ne correspond pas à la formule.

7. Dans l’air à environ 20 ∘C20\,^{\circ}\text{C} et 1 atm1\,\text{atm}, quelle valeur approchée faut-il retenir pour la vitesse du son ?

Environ 340 m⋅s−1340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Environ 34 m⋅s−134\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Environ 1 500 m⋅s−11\,500\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Plus de 5 000 m⋅s−15\,000\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}

Environ $$340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$$

Explication

Aux conditions usuelles précisées, la vitesse du son dans l’air est d’environ 340 m⋅s−1340\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}. 1 5001\,500 correspond approximativement à l’eau, plus de 5 0005\,000 à l’acier, et 3434 est dix fois trop faible.

8. Deux sons de fréquences différentes se propagent dans le même air, à température, densité et humidité identiques. Quelle conclusion découle des facteurs qui déterminent la vitesse du son ?

Le son de fréquence plus élevée se propage plus vite
Le son le plus intense se propage plus vite
Leur vitesse diffère parce que leurs sons sont distincts
Leur vitesse de propagation est la même

Leur vitesse de propagation est la même

Explication

La vitesse du son dépend des caractéristiques du milieu, notamment sa densité, sa température et son humidité, et non des caractéristiques du son. La fréquence et l’intensité ne déterminent donc pas ici une différence de vitesse, et changer de son ne change pas le milieu.

9. Un capteur enregistre un signal dont la forme se répète identiquement après chaque intervalle de 0,4 s. Comment classer ce signal ?

Un signal périodique
Un signal à motif unique
Un signal à répétition irrégulière
Un signal non périodique

Un signal périodique

Explication

Un signal est périodique lorsque sa forme se reproduit à l’identique à intervalles de temps égaux. Un signal non périodique n’a pas cette répétition, un motif unique ne se répète pas et une répétition irrégulière ne respecte pas des intervalles égaux.

10. Sur l’enregistrement d’un signal périodique, la durée d’un motif complet est de 0,025 s. Quelle grandeur cette durée représente-t-elle ?

La durée de plusieurs périodes, exprimée en secondes
L’amplitude, exprimée en secondes
La période, exprimée en secondes
La fréquence, exprimée en secondes

La période, exprimée en secondes

Explication

La période est la durée d’un motif élémentaire et s’exprime en secondes. La fréquence est l’inverse de cette durée, l’amplitude décrit une variation verticale et plusieurs périodes couvrent plusieurs motifs.

11. Un signal comporte 6 motifs identiques pendant une durée totale de 18 ms. Quelle est sa période ?

108 ms
18 ms
0,33 ms
3,0 ms

3,0 ms

Explication

La période est la durée totale divisée par le nombre de motifs : T=18 ms6=3,0 msT=\frac{18\,\mathrm{ms}}{6}=3{,}0\,\mathrm{ms}. Le produit donne 108 ms, 18 ms correspond à toute la succession et 0,33 ms inverse le rapport.

12. Un signal périodique a une période de 2,0 ms. Quelle est sa fréquence ?

250 Hz
0,002 Hz
500 Hz
2,0 Hz

500 Hz

Explication

La fréquence est l’inverse de la période, exprimée en secondes : 2,0 ms=0,0020 s2{,}0\,\mathrm{ms}=0{,}0020\,\mathrm{s}, donc f=10,0020 s=500 Hzf=\frac{1}{0{,}0020\,\mathrm{s}}=500\,\mathrm{Hz}. 0,002 Hz reprend la valeur de la période, 2,0 Hz omet l’inversion et 250 Hz ajoute un facteur deux erroné.

13. Deux sons audibles sont comparés : le son X a une fréquence plus élevée et une période plus courte que le son Y. Quelle comparaison de hauteur en découle ?

X a le même son que Y.
X est plus aigu que Y.
X est plus intense que Y.
X est plus grave que Y.

X est plus aigu que Y.

Explication

Pour un son audible, une fréquence plus élevée et une période plus courte correspondent à une hauteur plus aiguë. « Plus grave » inverse ce lien, « plus intense » confond hauteur et intensité, et « même son » ignore la différence de fréquence.

14. Une note jouée à 330 Hz est transposée à l’octave suivante. Quelle fréquence lui correspond alors ?

990 Hz
165 Hz
330 Hz
660 Hz

660 Hz

Explication

À l’octave suivante, la fréquence d’une note double : 330×2=660330 \times 2 = 660 Hz. 330 Hz ne change pas la fréquence, 990 Hz la triple et 165 Hz la divise par deux.

15. Dans quelle plage de fréquences se situe le domaine des sons audibles par l’être humain ?

De 0 Hz à 20 Hz
De 20 kHz à 200 kHz
De 20 Hz à 20 kHz
De 200 Hz à 2 kHz

De 20 Hz à 20 kHz

Explication

Le domaine audible s’étend de 20 Hz à 20 kHz. La plage de 0 à 20 Hz correspond aux infrasons, celle de 20 à 200 kHz dépasse la limite haute audible, et 200 Hz à 2 kHz est une plage trop restreinte.

16. Quelle grandeur physique désigne l’intensité sonore, et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

La puissance totale de la source, en watts
Le niveau sonore, en décibels
La puissance sonore par unité de surface, en watts par mètre carré
La puissance sonore par unité de volume, en watts par mètre cube

La puissance sonore par unité de surface, en watts par mètre carré

Explication

L’intensité sonore est la puissance sonore répartie par unité de surface, et son unité est le watt par mètre carré. Les watts seuls mesurent une puissance, les décibels un niveau sonore, et les watts par mètre cube ne sont pas l’unité indiquée pour l’intensité.

17. À puissance sonore inchangée, un observateur s’éloigne d’une source ponctuelle : il se trouve désormais à une distance double. Comment évolue l’intensité sonore reçue ?

Elle est multipliée par quatre.
Elle est divisée par deux.
Elle est divisée par quatre.
Elle reste inchangée.

Elle est divisée par quatre.

Explication

L’intensité est inversement proportionnelle au carré de la distance ; en doublant la distance, elle est donc divisée par 22=42^2 = 4. La réponse « inchangée » ignore la distance, « divisée par deux » omet le carré et « multipliée par quatre » inverse la relation.

18. Une source émet un son dont l’intensité est doublée. Quelle variation du niveau d’intensité sonore faut-il prévoir ?

Un niveau sonore doublé
Une hausse de 3 dB, sans doublement du niveau
Une hausse de 6 dB
Aucune variation du niveau sonore

Une hausse de 3 dB, sans doublement du niveau

Explication

Le niveau sonore est logarithmique : doubler l’intensité augmente le niveau de 3 dB, sans le doubler. « Niveau doublé » traite la relation comme proportionnelle, « aucune variation » nie l’augmentation et 6 dB correspond à une hausse plus grande.

19. Deux personnes d’âges différents écoutent un même son. Pourquoi leur seuil d’audibilité peut-il différer ?

Le seuil varie avec la durée du son et le niveau sonore moyen.
Le seuil varie avec la fréquence du son et l’âge de l’auditeur.
Le seuil varie avec l’intensité émise et la distance à la source.
Le seuil varie avec le timbre du son et l’environnement d’écoute.

Le seuil varie avec la fréquence du son et l’âge de l’auditeur.

Explication

Le son le plus faible perceptible par une oreille normale dépend à la fois de sa fréquence et de l’âge de l’auditeur. L’intensité émise ou la durée d’écoute ne remplacent pas ces facteurs.

20. Une personne a subi des expositions sonores fortes et répétées pendant plusieurs années. Quelle évolution de son ouïe est conforme au mécanisme décrit ?

Une détérioration peut survenir avec l’âge, mais pas avec le bruit.
Une baisse temporaire peut apparaître puis disparaître avec le repos.
Une détérioration irréversible peut être causée par ces expositions.
Une perte peut être réparée en augmentant l’intensité des sons.

Une détérioration irréversible peut être causée par ces expositions.

Explication

Les expositions sonores importantes ou répétées peuvent détériorer l’ouïe de manière irréversible, tout comme l’âge. Une amplification rend les sons plus audibles, mais ne répare pas l’audition.

21. Dans un atelier, une machine produit un son de 88 dB. Quelle mesure concernant l’exposition est justifiée ?

Limiter l’exposition, car ce niveau présente des risques auditifs.
Considérer ce niveau comme sans risque, car il respecte le maximum légal.
Ne pas limiter l’exposition, car le risque commence à 140 dB.
Surveiller le niveau, car il atteint seulement le seuil de pénibilité.

Limiter l’exposition, car ce niveau présente des risques auditifs.

Explication

Au-delà de 85 dB, un son présente des risques pour l’audition et l’exposition doit être limitée. Le seuil de 75 à 80 dB correspond à la pénibilité, tandis que 140 dB désigne des niveaux dangereux particulièrement élevés.

22. Un ouvrier doit entendre deux machines, dont l’une produit un son plus fort que l’autre. Pour la machine la plus bruyante, que faut-il prévoir quant à la durée d’exposition limite ?

Une durée limite identique.
Une durée limite plus longue.
Une durée limite fixée à 85 dB.
Une durée limite plus courte.

Une durée limite plus courte.

Explication

Plus le niveau sonore est élevé, plus la durée d’exposition limite est courte. Une durée indépendante du niveau ou plus longue pour le son le plus fort inverse cette relation.

23. Un musicien cherche une protection pratique pour ses oreilles lors d’une répétition bruyante et envisage d’ajouter une protection de chantier. Quel équipement correspond à cette situation ?

Des bouchons filtrants, éventuellement associés à un casque d’écoute amplifié.
Des dispositifs d’amplification, éventuellement associés à un casque de chantier isolant.
Des bouchons de type filtre, éventuellement associés à un casque de chantier isolant.
Un casque de chantier isolant utilisé à la place de bouchons filtrants.

Des bouchons de type filtre, éventuellement associés à un casque de chantier isolant.

Explication

Les bouchons de type filtre protègent les oreilles et peuvent être associés à un casque de chantier isolant. L’amplification sert à rendre un son audible, et un casque d’écoute n’est pas la protection décrite.

24. Dans une pièce, une alarme atteint 92 dB tandis qu’un appareil émet un son de 80 dB. Comment le son de l’appareil est-il perçu en présence de l’alarme ?

Il reste perçu séparément, car l’écart est inférieur à 10 dB.
Il masque l’alarme parce que son niveau est inférieur.
Il s’ajoute à l’alarme pour former un niveau de 172 dB.
Il est considéré comme masqué par l’alarme.

Il est considéré comme masqué par l’alarme.

Explication

Quand l’écart entre deux niveaux dépasse 10 dB, le son inférieur est considéré comme masqué par le son supérieur ; ici, l’écart est de 12 dB. Dire que l’appareil masque l’alarme inverse les niveaux, tandis qu’additionner les décibels ou affirmer que l’écart est inférieur à 10 dB méconnaît la règle.

25. Une course automobile atteint 140 dB. Quelle intensité sonore correspond à ce niveau par rapport au seuil de référence de 0 dB ?

1,0×102 W⋅m−21{,}0 \times 10^{2}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
1,0×100 W⋅m−21{,}0 \times 10^{0}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
1,0×10−26 W⋅m−21{,}0 \times 10^{-26}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
1,0×1014 W⋅m−21{,}0 \times 10^{14}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}

$$1{,}0 \times 10^{2}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$$

Explication

Le niveau de 140 dB correspond à une intensité multipliée par 101410^{14} par rapport à l’intensité de référence 1,0×10−12 W⋅m−21{,}0 \times 10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}, soit 1,0×102 W⋅m−21{,}0 \times 10^{2}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}. L’exposant négatif traduit une inversion du facteur, 101410^{14} seul est le facteur plutôt que l’intensité finale, et 10010^{0} résulte d’un mauvais calcul des puissances.

26. Deux sons ont la même fréquence et la même amplitude, mais leurs signaux n’ont pas la même forme. Quel paramètre sonore permet de les distinguer ?

La hauteur, liée à la forme du signal.
Le niveau sonore, lié à la forme du signal.
Le timbre, lié à la forme du signal.
La fréquence fondamentale, liée à l’amplitude.

Le timbre, lié à la forme du signal.

Explication

Le timbre est lié à la forme du signal, alors que la hauteur dépend de la fréquence et le niveau sonore de l’amplitude. La hauteur et le niveau sonore sont donc associés à d’autres caractéristiques, et la fréquence fondamentale ne remplace pas le timbre dans cette distinction.

27. Un diapason produit un signal sinusoïdal. À quelle catégorie de son ce signal correspond-il ?

À un son harmonique.
À un son pur.
À un son apériodique.
À un son complexe.

À un son pur.

Explication

Un son pur est caractérisé par un signal sinusoïdal, comme celui que peut produire un diapason. Un signal périodique d’aspect quelconque caractérise un son complexe ; les harmoniques ne définissent pas à elles seules la catégorie demandée.

28. Un son enregistré présente un motif périodique qui n’est pas sinusoïdal et possède une fréquence fondamentale. Comment le classer ?

Comme un son pur.
Comme un son complexe.
Comme un son apériodique.
Comme une harmonique isolée.

Comme un son complexe.

Explication

Un son complexe possède un signal périodique d’aspect quelconque et une fréquence fondamentale. Un son pur requiert un signal sinusoïdal, tandis qu’un motif apériodique ne répond pas au critère de périodicité décrit.

29. Un diapason produit un son peu audible lorsqu’il est tenu seul. On le pose ensuite sur un support en bois creux qui vibre avec lui. Quel effet observe-t-on ?

Le son est amplifié et devient audible dans toutes les directions.
La hauteur du son augmente, mais sa directivité reste inchangée.
Le son est amplifié, mais reste audible dans une direction précise.
Le son s’atténue et devient audible dans toutes les directions.

Le son est amplifié et devient audible dans toutes les directions.

Explication

Le support creux vibre avec le diapason et joue le rôle de caisse de résonance : il amplifie le son et le rend audible dans toutes les directions. Modifier la hauteur confond amplification et fréquence, tandis que l’atténuation ou le maintien d’une forte directivité contredit l’effet de la caisse.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 78 flashcards sur Acoustique et signaux périodiques.

Que peut produire un objet qui vibre ?

Un son sous la forme d’une onde sonore.

Comment le musicien fait-il vibrer l’anche d’un saxophone ?

En soufflant dessus.

À quelle famille appartient le saxophone malgré son corps métallique ?

À la famille des bois.

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Approfondir avec la fiche

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