QCM : Le son, phénomène vibratoire (17 questions)

Explication

Une onde mécanique a besoin d’un milieu de propagation pour se déplacer, par exemple l’air. Une source lumineuse, un tympan ou un espace vide ne remplace pas ce milieu matériel.

Explication

La vibration de la source crée des variations de pression qui se propagent dans l’air sous forme de compressions et de dépressions. Le déplacement global de l’air et la vibration du tympan ne constituent pas le mécanisme de propagation décrit.

Explication

Un phénomène est périodique lorsque son évolution se répète à intervalles de temps égaux. Une forme sinusoïdale ou une amplitude constante ne définit pas à elle seule la périodicité.

Explication

La période est la plus petite durée au bout de laquelle le phénomène se répète : ici, elle vaut $0{,}004\ \text{s}$. $0{,}008\ \text{s}$ correspond à deux périodes, $0{,}002\ \text{s}$ est trop court et le hertz est une unité de fréquence.

Explication

La fréquence correspond au nombre de vibrations, ou de motifs élémentaires, par seconde. La durée d’un motif est la période, l’amplitude mesure l’ampleur des vibrations et le nombre total dépend de la durée du son.

Explication

Une note plus aiguë correspond à une fréquence plus élevée ; une note grave a une fréquence plus faible. Inverser ce lien confond aigu et grave, tandis que l’amplitude ne détermine pas la hauteur.

Explication

La relation est $f=\frac{1}{T}$ ; ainsi, $f=\frac{1}{0{,}004}=250\,\text{Hz}$. La valeur $4\,\text{Hz}$ omet la conversion implicite liée à l’inversion, tandis que $0{,}004\,\text{Hz}$ confond période et fréquence.

Explication

Le timbre distingue des sources jouant une même note lorsque leur fréquence fondamentale est identique mais que les amplitudes de leurs harmoniques diffèrent. Une fondamentale différente modifierait la hauteur, et non le cas décrit.

Explication

Un son complexe possède plusieurs fréquences dans son spectre, contrairement à un son pur qui n’en possède qu’une. Plusieurs fréquences ne signifient pas nécessairement plusieurs notes, et la hauteur ne se déduit pas du seul nombre de fréquences.

Explication

L’augmentation du nombre de sources sonores identiques accroît l’amplitude du signal, et une amplitude plus grande correspond à un son plus fort. L’augmentation de fréquence confond hauteur et intensité, l’amplitude plus faible inverse l’effet, et la hausse du niveau en décibels ne remplace pas la relation donnée pour l’amplitude.

Explication

L’intensité sonore correspond à la puissance transférée par l’onde à travers une surface, divisée par cette surface. La puissance seule omet le rapport à la surface, la surface rapportée à la puissance inverse les grandeurs, et les décibels désignent le niveau sonore.

Explication

On applique $I = \frac{P}{S}$ : $0,24 \div 0,08 = 3\ \mathrm{W/m^2}$. Le produit donne $0,0192$, le rapport inversé donne environ $0,33$, et reprendre la puissance ne tient pas compte de la surface.

Explication

La variation vaut $10\log(100)=10\times2=20\ \mathrm{dB}$, puisque le logarithme de $100$ en base dix est $2$. Répondre $100\ \mathrm{dB}$ confond rapport et niveau, environ $46\ \mathrm{dB}$ vient du logarithme naturel, et $2\ \mathrm{dB}$ omet le facteur dix.

Explication

Un niveau de $92\ \mathrm{dB}$ dépasse le seuil de danger indiqué à $90\ \mathrm{dB}$ et reste inférieur au seuil de douleur de $120\ \mathrm{dB}$. $85\ \mathrm{dB}$ correspond au risque auditif, tandis que $70\ \mathrm{dB}$ est le niveau approximatif d’une salle de classe.

Explication

L’exposition aux sons peut causer des dommages auditifs parfois irréversibles, en particulier lorsqu’elle est prolongée ou que le niveau sonore est important. Une gêne sans séquelle minimise ce risque, l’amélioration auditive en inverse l’effet, et l’atteinte visuelle ne concerne pas le dommage décrit.

Explication

La période vaut $11{,}38/5 = 2{,}276$ ms, soit $0{,}002276$ s, et $f=1/T\approx 440$ Hz. La valeur 88 Hz traite les cinq périodes comme une seule, 0,44 Hz reflète une erreur de conversion et 2 200 Hz multiplie par cinq au lieu de diviser.

Explication

La période est $6{,}81/3 = 2{,}27$ ms, soit $0{,}00227$ s ; la relation $f=1/T$ donne environ 440 Hz. La valeur 147 Hz ne divise pas la durée par trois, 0,44 Hz résulte d’une conversion erronée et 1 320 Hz multiplie la fréquence par trois.