QCM : Le son et ses grandeurs physiques — 14 questions

Questions et réponses du QCM

1. Pourquoi une onde sonore ne peut-elle pas se propager dans le vide ?

Elle dépend d’une source lumineuse présente dans le milieu
Elle nécessite un milieu matériel dont la matière peut être déformée
Elle se propage grâce à des particules qui restent immobiles
Elle nécessite un champ électrique pour transmettre ses vibrations

Elle nécessite un milieu matériel dont la matière peut être déformée

Explication

Une onde sonore est une onde mécanique : elle se propage grâce aux déformations successives d’un milieu matériel. L’absence de matière dans le vide empêche donc la transmission de cette vibration, contrairement à une onde électromagnétique.

2. Comment une perturbation sonore se transmet-elle dans un milieu matériel ?

Elle transforme progressivement les zones de faible pression en zones de température élevée
Elle entraîne toute la matière dans un déplacement continu à partir de la source
Elle déplace la matière autour de l’équilibre et crée des variations de pression
Elle produit une pression constante qui se diffuse sans mouvement des particules

Elle déplace la matière autour de l’équilibre et crée des variations de pression

Explication

La perturbation sonore fait osciller la matière de part et d’autre de sa position d’équilibre, ce qui produit alternativement des zones de haute et de faible pression. La matière n’est donc pas transportée durablement avec l’onde.

3. Une vibration sonore a une fréquence de 25 kHz : comment faut-il la classer ?

Comme un son audible, car toute vibration périodique est perceptible
Comme un infrason, car sa fréquence dépasse la limite audible
Comme un ultrason, car sa fréquence dépasse 20 kHz
Comme un son pur, car sa fréquence est supérieure à 20 kHz

Comme un ultrason, car sa fréquence dépasse 20 kHz

Explication

La bande de fréquences généralement audible s’étend de 20 Hz à 20 kHz ; une fréquence de 25 kHz appartient donc aux ultrasons. Un son pur décrit la forme sinusoïdale du signal, et non sa position dans cette bande.

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

Un signal temporel sinusoïdal produit par une vibration sinusoïdale
Un signal temporel périodique non sinusoïdal composé de plusieurs fréquences
Une vibration irrégulière dont la fréquence change à chaque période
Un signal constitué de plusieurs fréquences sans composante fondamentale

Un signal temporel sinusoïdal produit par une vibration sinusoïdale

Explication

Un son pur résulte d’une vibration sinusoïdale des molécules du milieu et possède un signal temporel sinusoïdal. Un signal périodique non sinusoïdal correspond plutôt à un son complexe.

5. Quelle description correspond à un son composé ou complexe ?

Il correspond à une vibration non périodique dépourvue de fréquence définie
Il possède un signal périodique qui n’a pas une forme sinusoïdale
Il est produit par une seule vibration sinusoïdale du milieu
Il présente une fréquence qui reste constante sans répétition du signal

Il possède un signal périodique qui n’a pas une forme sinusoïdale

Explication

Un son complexe est associé à un signal périodique non sinusoïdal, généralement décomposable en plusieurs composantes sinusoïdales. Une vibration sinusoïdale unique caractérise au contraire un son pur.

6. Pour un son complexe dont la fréquence fondamentale vaut ff, que représentent les harmoniques ?

Des fréquences supplémentaires égales à des fractions entières de ff
Des amplitudes relatives qui indiquent la puissance de la fréquence fondamentale
Des variations de pression qui remplacent la fréquence de base du son
Des fréquences supplémentaires égales à des multiples entiers de ff

Des fréquences supplémentaires égales à des multiples entiers de $$f$$

Explication

La fréquence fondamentale est la fréquence de base, tandis que les harmoniques sont des fréquences multiples de celle-ci. Les amplitudes relatives décrivent l’importance des composantes, mais ne constituent pas les harmoniques elles-mêmes.

7. Quelle grandeur physique s’exprime en watts par mètre carré ?

La puissance sonore, qui correspond à une énergie totale émise par la source
La pression sonore, qui caractérise la déformation locale du milieu
L’intensité sonore, qui est une puissance reçue par unité de surface
La fréquence sonore, qui mesure le nombre de vibrations par unité de temps

L’intensité sonore, qui est une puissance reçue par unité de surface

Explication

L’intensité sonore est la puissance sonore reçue par unité de surface et s’exprime en W m−2\mathrm{W\,m^{-2}}. La puissance sonore seule s’exprime en watts, tandis que la fréquence s’exprime en hertz.

8. Une source émet uniformément une puissance PP dans toutes les directions. Quelle intensité mesure-t-on à la distance rr ?

I=P×4πr2I=P\times 4\pi r^2
I=4πr2PI=\frac{4\pi r^2}{P}
I=P4πr2I=\frac{P}{4\pi r^2}
I=P4πrI=\frac{P}{4\pi r}

$$I=\frac{P}{4\pi r^2}$$

Explication

La puissance se répartit sur la surface sphérique de rayon rr, dont l’aire vaut 4πr24\pi r^2 ; l’intensité est donc I=P4πr2I=\frac{P}{4\pi r^2}. Une dépendance en rr plutôt qu’en r2r^2 ne décrit pas cette propagation sphérique.

9. Si la distance à une source sonore est multipliée par 3, comment évolue l’intensité sonore ?

Elle est divisée par 3
Elle est divisée par 9
Elle est multipliée par 3
Elle reste inchangée

Elle est divisée par 9

Explication

L’intensité sonore est inversement proportionnelle au carré de la distance : un facteur 3 sur la distance entraîne donc une division par 32=93^2=9. La diminution n’est pas simplement proportionnelle à la distance elle-même.

10. Quelle grandeur traduit la perception logarithmique d’un son et s’exprime en décibels ?

La puissance acoustique, indépendante de l’intensité sonore
L’intensité sonore, exprimée en watts par mètre carré
Le niveau sonore, qui dépend de l’intensité sonore
La fréquence sonore, exprimée en décibels

Le niveau sonore, qui dépend de l’intensité sonore

Explication

Le niveau sonore décrit la perception logarithmique d’un son et se mesure en décibels, tandis qu’il dépend de l’intensité sonore. L’intensité sonore est une grandeur distincte, exprimée directement en W⋅m−2\mathrm{W\cdot m^{-2}}, et ne correspond donc pas au niveau en décibels.

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

L=10log⁡(I0×I)L=10\log\left(I_0\times I\right), avec I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=I×I0L=I\times I_0, avec I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right), avec I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
L=I10I0L=\frac{I}{10I_0}, avec I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}

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

Explication

Le niveau sonore compare l’intensité mesurée à l’intensité de référence au moyen d’un logarithme, selon L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right). Le produit ou le quotient direct entre les intensités ne rend pas compte de cette relation logarithmique.

12. Deux sources sonores produisent respectivement 60 dB et 60 dB au même endroit ; quelle grandeur faut-il additionner pour déterminer leur effet combiné ?

Leurs niveaux sonores en décibels
Leurs intensités sonores
Leurs fréquences exprimées en hertz
Leurs durées d’émission en secondes

Leurs intensités sonores

Explication

Les niveaux sonores ne s’additionnent pas directement : ce sont les intensités sonores qui peuvent être additionnées. Additionner les deux valeurs en décibels donnerait une procédure incorrecte, car le décibel repose sur une échelle logarithmique.

13. À partir de quel niveau sonore une exposition prolongée peut-elle présenter un risque pour l’audition ?

À partir de 1000 Hz
À partir de 85 dB
À partir de 60 dB
À partir de 75 dB

À partir de 85 dB

Explication

Une exposition prolongée peut devenir risquée pour l’audition à partir de 85 dB. La fréquence, exprimée en hertz, ne constitue pas le seuil indiqué pour cette règle, et les niveaux de 60 ou 75 dB ne correspondent pas à la valeur donnée.

14. Comment évolue généralement le risque auditif lorsqu’une personne reste plus longtemps exposée à un son de niveau donné ?

Il augmente avec la durée d’exposition
Il diminue lorsque la durée d’exposition augmente
Il dépend de la durée, mais pas du niveau sonore
Il reste fixé par le niveau sonore mesuré au départ

Il augmente avec la durée d’exposition

Explication

Le risque auditif augmente avec la durée d’exposition et dépend également du niveau sonore. Affirmer que le niveau sonore suffit à déterminer le risque néglige l’effet cumulatif de la durée.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 27 flashcards sur Le son et ses grandeurs physiques.

Qu'est-ce qu'une onde sonore ?

Une vibration qui se propage dans un milieu matériel et est une onde mécanique.

Que crée une perturbation sonore dans la matière ?

Des zones successives de haute et de faible pression.

Quelle est la plage de fréquence d'un son audible ?

Entre 20 Hz et 20 kHz.

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