QCM : Émission et perception du son (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une corde mise en vibration dans l’air produit un son. Quel mécanisme transmet la perturbation jusqu’aux molécules voisines ?

Le déplacement global du milieu transporte la déformation jusqu’aux molécules voisines.
La gravité attire les molécules et transmet ainsi la déformation.
L’absorption du milieu transforme la déformation en vibration des molécules voisines.
L’élasticité du milieu transmet la déformation de proche en proche.

L’élasticité du milieu transmet la déformation de proche en proche.

Explication

La vibration initiale déforme le milieu, puis son élasticité transmet cette déformation aux molécules voisines de proche en proche. Le transport global de matière, la gravité et l’absorption ne décrivent pas ce mécanisme.

2. Une onde sonore traverse une pièce remplie d’air : que transporte-t-elle et comment se propage-t-elle ?

De l’énergie par des compressions et dilatations tridimensionnelles, sans transport de matière.
De l’énergie par un déplacement permanent des molécules dans les trois dimensions.
De l’énergie par des compressions et dilatations limitées à deux dimensions, sans transport de matière.
De la matière par des compressions et dilatations tridimensionnelles, sans transport d’énergie.

De l’énergie par des compressions et dilatations tridimensionnelles, sans transport de matière.

Explication

Une onde sonore est mécanique et tridimensionnelle : les compressions et dilatations transmettent de l’énergie sans transport de matière. Le transport de matière, la propagation en deux dimensions et le déplacement permanent des molécules correspondent à des confusions différentes.

3. Un haut-parleur fonctionne dans une enceinte où l’air a été retiré pour créer le vide. Que se passe-t-il pour le son émis ?

Il se propage dans le vide, mais avec une intensité nécessairement plus faible.
Il se propage comme une onde lumineuse, même sans support matériel.
Il se propage grâce à l’énergie de la vibration, même sans support matériel.
Il ne se propage pas, car il lui faut un support matériel.

Il ne se propage pas, car il lui faut un support matériel.

Explication

Une onde sonore a besoin d’un milieu matériel pour se propager; elle ne traverse donc pas le vide. La propagation des ondes électromagnétiques dans le vide, l’énergie seule et une simple baisse d’intensité ne suppriment pas ce besoin de support.

4. Dans l’air à 20 °C et sous une pression de 1 atm, quelle vitesse approximative faut-il attribuer à un signal sonore ?

Environ 430 m·s⁻¹.
Environ 300 m·s⁻¹.
Environ 340 m·s⁻¹.
Environ 1 220 m·s⁻¹.

Environ 340 m·s⁻¹.

Explication

Dans les conditions données, la vitesse de propagation du son dans l’air est d’environ 340 m·s⁻¹. Les autres valeurs résultent d’un arrondi inadéquat, d’une valeur altérée ou d’une confusion d’unités.

5. Un signal sonore parcourt 680 m en 2,0 s. Quelle vitesse de propagation obtient-on avec la relation entre distance et durée ?

680 m·s⁻¹.
340 m·s⁻¹.
0,0029 m·s⁻¹.
1 360 m·s⁻¹.

340 m·s⁻¹.

Explication

La vitesse se calcule par v=dΔtv = \frac{d}{\Delta t}, donc v=6802,0=340 m⋅s−1v = \frac{680}{2{,}0} = 340\ \text{m·s}^{-1}. Multiplier donne 1 360, inverser le rapport donne environ 0,0029, et omettre la durée revient à conserver la distance seule.

6. Pour étudier les vibrations d’une cloche, une élève place un microphone près de celle-ci et relie le dispositif à un écran. Quel rôle joue le microphone dans cette analyse ?

Il transforme le son en signal électrique conservant les mêmes caractéristiques.
Il transforme le signal électrique en son audible.
Il mesure directement la fréquence du son et l’affiche.
Il amplifie le son sans le convertir en signal électrique.

Il transforme le son en signal électrique conservant les mêmes caractéristiques.

Explication

Le microphone convertit le signal sonore en signal électrique qui en conserve les caractéristiques, ce qui permet de le visualiser. L’amplification seule ne décrit pas cette conversion, la mesure directe de fréquence attribue au microphone une autre fonction, et la conversion électrique-acoustique inverse le rôle attendu.

7. Sur l’écran d’un oscilloscope, la tension associée à un son atteint au maximum 0,8 V0{,}8\,\text{V}. Quelle valeur correspond à l’amplitude du signal sonore dans cette représentation ?

0,8 V0{,}8\,\text{V}
La différence entre les valeurs maximale et minimale.
La durée d’un motif élémentaire.
La valeur minimale de la tension affichée.

$$0{,}8\,\text{V}$$

Explication

L’amplitude correspond à la valeur maximale de la tension associée au signal électrique. La valeur minimale, l’écart crête-à-crête et la durée d’un motif désignent respectivement d’autres caractéristiques, pas l’amplitude définie ici.

8. Un signal périodique se reproduit après des intervalles réguliers. Sur son enregistrement, quel intervalle faut-il relever pour déterminer sa période ?

Le nombre de motifs élémentaires observés en une seconde.
L’intervalle séparant deux maxima qui ne sont pas consécutifs.
Le plus petit intervalle de temps au bout duquel le signal se répète.
La durée totale pendant laquelle le signal a été enregistré.

Le plus petit intervalle de temps au bout duquel le signal se répète.

Explication

La période est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le signal se répète. La durée totale d’enregistrement n’est pas cette répétition élémentaire, un écart entre maxima non consécutifs couvre plusieurs périodes, et un nombre de motifs par seconde correspond à la fréquence.

9. Un signal présente 250250 motifs élémentaires pendant une seconde. Quelle grandeur décrit cette valeur et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

La période, en secondes (s).
La fréquence, en hertz (Hz).
L’amplitude, en volts (V).
La période, en hertz (Hz).

La fréquence, en hertz (Hz).

Explication

La fréquence est le nombre de périodes ou de motifs élémentaires par seconde et s’exprime en hertz. La période est une durée en secondes, tandis que l’amplitude est une valeur de tension, pas un compte de motifs.

10. Un signal périodique a une période de 0,004 s0{,}004\,\text{s}. Quelle est sa fréquence ?

250 Hz250\,\text{Hz}
0,004 Hz0{,}004\,\text{Hz}
0,25 Hz0{,}25\,\text{Hz}
4 Hz4\,\text{Hz}

$$250\,\text{Hz}$$

Explication

La relation est f=1Tf=\frac{1}{T} : avec T=0,004 sT=0{,}004\,\text{s}, on obtient f=10,004=250 Hzf=\frac{1}{0{,}004}=250\,\text{Hz}. 4 Hz4\,\text{Hz} résulte d’une erreur d’échelle, conserver 0,0040{,}004 confond période et fréquence, et 0,25 Hz0{,}25\,\text{Hz} vient d’une conversion incorrecte.

11. Deux sons audibles ont des fréquences de 180 Hz et de 720 Hz. Quelle comparaison de hauteur est correcte ?

Le son de 180 Hz est plus grave que celui de 720 Hz.
Le son de 180 Hz est plus intense que celui de 720 Hz.
Les deux sons ont la même hauteur malgré leurs fréquences différentes.
Le son de 180 Hz est plus aigu que celui de 720 Hz.

Le son de 180 Hz est plus grave que celui de 720 Hz.

Explication

Une fréquence faible correspond à une sensation grave, tandis qu’une fréquence élevée correspond à une sensation aiguë. Dire que le son de 180 Hz est plus aigu inverse cette relation; le timbre et l’intensité ne déterminent pas la hauteur.

12. Deux sons de même fréquence produisent des sensations auditives différentes : quelle caractéristique explique cette différence ?

Leur vitesse de propagation, qui détermine leur hauteur.
Leur fréquence, qui détermine leur hauteur.
Leur intensité sonore, qui détermine leur timbre.
Leur forme temporelle, qui détermine leur timbre.

Leur forme temporelle, qui détermine leur timbre.

Explication

Le timbre explique les différences de sensation entre des sons de même hauteur et de même fréquence, en raison de leur forme temporelle. La fréquence concerne la hauteur, tandis que l’intensité et la vitesse de propagation n’expliquent pas ici la différence de timbre.

13. Quelle grandeur caractérise l’intensité du signal sonore reçu par l’oreille et en quelle unité s’exprime-t-elle ?

Le niveau sonore L, en W·m⁻².
L’intensité sonore I, en décibels.
La fréquence sonore f, en W·m⁻².
L’intensité sonore I, en W·m⁻².

L’intensité sonore I, en W·m⁻².

Explication

L’intensité sonore I caractérise l’intensité du signal reçu par l’oreille et s’exprime en W·m⁻². Le niveau L est exprimé en décibels; la fréquence mesure une autre caractéristique du signal.

14. À fréquence identique, l’amplitude du signal sonore A est supérieure à celle du signal B. Que peut-on conclure sur leur intensité sonore ?

Les deux intensités sonores sont égales puisque les fréquences le sont.
La hauteur de A est plus aiguë que celle de B.
L’intensité sonore de A est plus faible que celle de B.
L’intensité sonore de A est plus grande que celle de B.

L’intensité sonore de A est plus grande que celle de B.

Explication

Une amplitude plus élevée correspond à une intensité sonore plus grande, donc le signal A est plus intense que le signal B. La fréquence identique n’impose pas une intensité égale, et l’amplitude ne permet pas de conclure que la hauteur diffère.

15. Pour relever le niveau d’intensité sonore dans une salle, quel instrument et quelle unité faut-il utiliser ?

Un microphone, avec une mesure en décibels.
Un sonomètre, avec une mesure en décibels.
Un sonomètre, avec une mesure en W·m⁻².
Un fréquencemètre, avec une mesure en hertz.

Un sonomètre, avec une mesure en décibels.

Explication

Le niveau d’intensité sonore L, lié à l’intensité sonore, se mesure avec un sonomètre et s’exprime en décibels. Le microphone transforme le son en signal électrique; W·m⁻² est l’unité de l’intensité sonore et le hertz celle de la fréquence.

16. Un appareil émet un son de fréquence 18 000 Hz18\,000\ \text{Hz}. Dans quelle catégorie se situe cette fréquence pour l’audition humaine ?

Dans le domaine des infrasons
Hors des domaines définis
Dans le domaine audible
Dans le domaine des ultrasons

Dans le domaine audible

Explication

Le domaine audible s’étend approximativement de 20 Hz à 20 kHz, selon les individus et leur âge ; 18 000 Hz appartient à cet intervalle. La catégorie des ultrasons commence au-dessus de 20 kHz, celle des infrasons se situe sous 20 Hz.

17. Un capteur détecte un son de fréquence 12 Hz12\ \text{Hz}. Comment ce son est-il classé ?

Comme un son audible
Comme un infrason
Comme un son de fréquence indéterminée
Comme un ultrason

Comme un infrason

Explication

Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz, tandis que les ultrasons dépassent 20 kHz ; 12 Hz est donc un infrason. Le domaine audible commence vers 20 Hz, et la limite supérieure des infrasons n’est pas 20 kHz.

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Comment la mise en vibration d’un objet produit-elle un son ?

L’élasticité transmet la déformation aux molécules voisines de proche en proche.

Qu’est-ce qu’une onde sonore ?

Une onde mécanique tridimensionnelle qui transporte de l’énergie sans transporter de matière.

Par quels changements du milieu une onde sonore se propage-t-elle ?

Par une succession de compressions et de dilatations.

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