QCM : Le son et ses caractéristiques (16 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment reconnaît-on qu’un signal sonore est périodique ?

Son intensité reste identique pendant toute la durée de l’enregistrement
Son enregistrement répète régulièrement un même motif élémentaire
Son enregistrement présente une amplitude qui augmente progressivement
Son spectre contient plusieurs fréquences sans organisation particulière

Son enregistrement répète régulièrement un même motif élémentaire

Explication

Un signal sonore est périodique lorsque le même motif élémentaire se répète à intervalles réguliers. Une amplitude constante ou un spectre comportant plusieurs fréquences ne suffit pas à définir la périodicité.

2. Quelle grandeur représente le plus petit intervalle de temps séparant deux répétitions identiques d’un signal périodique ?

La période TT, exprimée en seconde
La fréquence ff, exprimée en hertz
Le niveau sonore LL, exprimé en décibel
L’intensité II, exprimée en watt par mètre carré

La période $$T$$, exprimée en seconde

Explication

La période TT est la plus petite durée au bout de laquelle le motif élémentaire se répète, et elle s’exprime en seconde. La fréquence décrit le nombre de répétitions par seconde et s’exprime en hertz.

3. Un signal sonore périodique a une période de 0,005 s0{,}005\ \mathrm{s}. Quelle est sa fréquence ?

5000 Hz5000\ \mathrm{Hz}
5 Hz5\ \mathrm{Hz}
200 Hz200\ \mathrm{Hz}
0,005 Hz0{,}005\ \mathrm{Hz}

$$200\ \mathrm{Hz}$$

Explication

La relation f=1Tf=\frac{1}{T} donne ici f=10,005=200 Hzf=\frac{1}{0{,}005}=200\ \mathrm{Hz}. La période est une durée en seconde, tandis que la fréquence correspond à son inverse en hertz.

4. Quelle caractéristique permet d’identifier un son pur ?

Une représentation non sinusoïdale et plusieurs pics harmoniques
Une représentation sinusoïdale et plusieurs fréquences fondamentales
Une représentation irrégulière et une fréquence fondamentale variable
Une représentation sinusoïdale et un seul pic à la fréquence fondamentale

Une représentation sinusoïdale et un seul pic à la fréquence fondamentale

Explication

Un son pur possède une représentation temporelle sinusoïdale et un spectre réduit à sa fréquence fondamentale. La présence de plusieurs pics harmoniques caractérise plutôt un son composé.

5. Quelle description correspond à un son composé ?

Un signal périodique non sinusoïdal avec une fondamentale et plusieurs harmoniques
Un signal périodique dont toutes les composantes ont la même fréquence
Un signal sinusoïdal dont le spectre contient une fréquence fondamentale unique
Un signal apériodique dont le spectre ne contient aucune fréquence repérable

Un signal périodique non sinusoïdal avec une fondamentale et plusieurs harmoniques

Explication

Un son composé est associé à un signal périodique non sinusoïdal contenant une fréquence fondamentale et plusieurs harmoniques. Un signal sinusoïdal à fréquence unique correspond à un son pur.

6. Dans le spectre d’un son composé, que désigne la fréquence fondamentale f0f_0 ?

La fréquence obtenue en additionnant toutes les harmoniques
La fréquence correspondant à l’intensité sonore maximale
La fréquence la plus élevée présente dans le son
La fréquence la plus basse présente dans le son

La fréquence la plus basse présente dans le son

Explication

Pour un son composé, f0f_0 est la fréquence la plus basse du spectre; elle est aussi l’unique fréquence d’un son pur. La fréquence fondamentale ne se définit ni par son amplitude ni par sa position la plus élevée.

7. Comment obtient-on les composantes sinusoïdales d’un son composé périodique ?

En le décomposant en signaux dont les fréquences sont toutes inférieures à f0f_0
En remplaçant chaque harmonique par une fréquence choisie indépendamment
En conservant une seule sinusoïde dont la fréquence égale la fréquence maximale
En le décomposant en signaux dont les fréquences sont des multiples entiers de f0f_0

En le décomposant en signaux dont les fréquences sont des multiples entiers de $$f_0$$

Explication

Un signal composé périodique se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fondamentale f0f_0. Les harmoniques ne sont donc pas choisies indépendamment et ne sont pas toutes inférieures à f0f_0.

8. Une source fournit une puissance sonore de 0,20 W0{,}20\ \mathrm{W} sur une surface de 4,0 m24{,}0\ \mathrm{m^2}. Quelle est l’intensité sonore reçue ?

20 W⋅m−220\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
0,050 W⋅m−20{,}050\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
4,20 W⋅m−24{,}20\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
0,80 W⋅m−20{,}80\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}

$$0{,}050\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$$

Explication

Avec I=PSI=\frac{P}{S}, on obtient I=0,204,0=0,050 W⋅m−2I=\frac{0{,}20}{4{,}0}=0{,}050\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}. L’intensité mesure une puissance reçue par unité de surface, tandis que le niveau sonore s’exprime en décibels.

9. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité sonore à partir de l’intensité II ?

L=II0L=\frac{I}{I_0}, avec I0=1,0×10−12 W⋅m−2I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=10(I−I0)L=10\left(I-I_0\right), avec I0=1,0×10−12 W⋅m−2I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=10log⁡(I0I)L=10\log\left(\frac{I_0}{I}\right), avec I0=1,0×10−12 W⋅m−2I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right), avec I0=1,0×10−12 W⋅m−2I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}

$$L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$$, avec $$I_0=1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$$

Explication

Le niveau d’intensité sonore est défini par le logarithme du rapport entre l’intensité mesurée et l’intensité de référence, soit L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right). Inverser le rapport ou supprimer le logarithme ne donne pas la définition du niveau sonore.

10. Deux sources produisent respectivement les intensités I1I_1 et I2I_2. Quelle règle s’applique à leur combinaison ?

Le niveau total vaut la somme des niveaux, tandis que les intensités restent inchangées
L’intensité totale correspond à la plus grande intensité, tandis que les niveaux se soustraient
L’intensité totale vaut I1+I2I_1+I_2, tandis que les niveaux sonores ne s’additionnent pas
L’intensité totale vaut la moyenne des deux intensités, tandis que les niveaux s’additionnent

L’intensité totale vaut $$I_1+I_2$$, tandis que les niveaux sonores ne s’additionnent pas

Explication

Pour plusieurs sources, les intensités individuelles s’additionnent selon I=I1+I2+⋯+InI=I_1+I_2+\cdots+I_n. Les niveaux sonores ne s’additionnent pas directement, car ils sont définis par une relation logarithmique.

11. Quelle relation exprime la fréquence fondamentale f0f_0 d’une corde vibrante en fonction de sa longueur ℓ\ell, de sa tension TT et de sa masse linéique μ\mu ?

f0=12ℓμTf_0=\frac{1}{2\ell}\sqrt{\frac{\mu}{T}}
f0=2ℓTμf_0=2\ell\sqrt{\frac{T}{\mu}}
f0=12ℓTμf_0=\frac{1}{2\ell}\sqrt{\frac{T}{\mu}}
f0=12Tℓμf_0=\frac{1}{2T}\sqrt{\frac{\ell}{\mu}}

$$f_0=\frac{1}{2\ell}\sqrt{\frac{T}{\mu}}$$

Explication

La fréquence fondamentale est proportionnelle à la racine de la tension divisée par la masse linéique et inversement proportionnelle à la longueur. L’expression qui place la masse linéique au numérateur sous la racine inverse ce rapport et donne donc une dépendance incorrecte.

12. À tension et masse linéique constantes, que se passe-t-il lorsqu’on augmente la longueur vibrante d’une corde ?

La fréquence fondamentale devient égale à la tension
La fréquence fondamentale diminue
La fréquence fondamentale reste constante
La fréquence fondamentale augmente

La fréquence fondamentale diminue

Explication

La longueur vibrante figure au dénominateur de la formule de la fréquence fondamentale, donc son augmentation entraîne une diminution de cette fréquence. Une tension constante ne suffit pas à maintenir la fréquence si la longueur varie.

13. Qu’est-ce qu’une harmonique dans un son composé ?

La fréquence la plus basse présente dans le son
Une fréquence indépendante de la fréquence fondamentale
Une vibration produite par la longueur totale de l’instrument
Une fréquence égale à un multiple entier de la fondamentale

Une fréquence égale à un multiple entier de la fondamentale

Explication

Une harmonique est une fréquence du son composé qui correspond à un multiple entier de la fréquence fondamentale. La fréquence la plus basse est la fondamentale, et non une harmonique définie de cette manière.

14. Une corde vibrante a une fréquence fondamentale f0=220 Hzf_0=220\,\text{Hz}. Quelle est la fréquence de l’harmonique de rang n=2n=2 selon fn=(n+1)f0f_n=(n+1)f_0 ?

660 Hz660\,\text{Hz}
220 Hz220\,\text{Hz}
880 Hz880\,\text{Hz}
440 Hz440\,\text{Hz}

$$660\,\text{Hz}$$

Explication

En appliquant la relation, on obtient f2=(2+1)×220=660 Hzf_2=(2+1)\times220=660\,\text{Hz}. La valeur 440 Hz440\,\text{Hz} correspondrait au premier harmonique selon cette numérotation, pas à celui de rang deux.

15. Dans un instrument à vent, quel élément vibre principalement pour produire le son ?

La caisse extérieure qui entoure l’instrument
La colonne d’air contenue dans l’instrument
La corde tendue à l’intérieur de l’instrument
La masse métallique utilisée pour accorder l’instrument

La colonne d’air contenue dans l’instrument

Explication

Le son d’un instrument à vent provient de la vibration d’une colonne d’air, dont la longueur influence la fréquence produite. La vibration d’une corde correspond au principe des instruments à cordes, et non à celui décrit ici.

16. Que produit généralement une colonne d’air plus longue dans un instrument à vent ?

Une amplitude plus faible avec une fréquence plus aiguë
Une fréquence inchangée et un son de même hauteur
Une fréquence plus faible et un son plus grave
Une fréquence plus élevée et un son plus aigu

Une fréquence plus faible et un son plus grave

Explication

Une colonne d’air plus longue produit une fréquence plus faible, perçue comme un son plus grave. Une colonne plus courte est associée à une fréquence plus élevée et à un son plus aigu, plutôt qu’à une fréquence inchangée.

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Mémorisez les réponses avec 33 flashcards sur Le son et ses caractéristiques.

Qu'est-ce qu'un signal sonore périodique ?

Un signal avec répétition régulière d'un même motif élémentaire.

Qu'est-ce que la période TT d'un signal sonore périodique ?

Le plus petit intervalle de temps après lequel le motif se répète.

En quelle unité s'exprime la période TT d'un signal sonore ?

En seconde.

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