QCM : Ondes stationnaires et acoustique musicale — 32 questions

Explication

Une onde correspond à la propagation d’une perturbation et certaines ondes peuvent se propager sans support matériel. Le déplacement global durable du support ne décrit pas le phénomène ondulatoire.

Explication

Sur une corde à extrémité fixe, la perturbation se propage jusqu’à cette extrémité puis se réfléchit. L’onde incidente se dirige vers l’obstacle, tandis que l’onde réfléchie s’en éloigne.

Explication

Le principe de superposition établit que la déformation résultante est la somme des déformations incidente et réfléchie. Elle ne dépend donc pas de la seule onde ayant la plus grande amplitude.

Explication

Une onde stationnaire résulte de deux ondes progressives sinusoïdales de même nature se propageant en sens inverses. Cette superposition fait disparaître le phénomène de propagation, contrairement à une onde progressive.

Explication

Au nœud, les deux élongations sont toujours opposées et leur somme reste nulle. Le point d’amplitude maximale est au contraire un ventre, où les élongations sont égales.

Explication

Un ventre est un point où les élongations incidente et réfléchie sont toujours égales, ce qui produit une amplitude maximale. Un point immobile correspond à un nœud, et non à un ventre.

Explication

La relation $v=\sqrt{\frac{F}{\mu}}$ montre qu’une tension multipliée par quatre multiplie la célérité par $\sqrt{4}=2$. La fréquence est imposée par le vibreur, mais elle ne détermine pas directement la célérité de la corde.

Explication

La masse linéique se calcule par $\mu=\frac{m}{L}$, donc $\mu=\frac{0,24}{3,0}=0,080\ \text{kg·m}^{-1}$. La masse totale de la corde est 0,24 kg, tandis que la masse linéique exprime une masse par unité de longueur.

Explication

Pour une corde comportant $n$ fuseaux, la relation est $\lambda=\frac{2L}{n}$, donc $\lambda=\frac{2\times1,2}{3}=0,80\ \text{m}$. La valeur $0,40\ \text{m}$ correspondrait à une division par $n$ sans prendre en compte le facteur 2.

Explication

Les deux extrémités fixes imposent une longueur égale à un nombre entier de demi-longueurs d’onde, soit $L=\frac{n\lambda}{2}$. La relation $L=n\lambda$ correspondrait à une autre condition spatiale et ne décrit pas la règle générale des modes d’une corde fixée aux deux extrémités.

Explication

La relation $f_n=\frac{nv}{2L}$ montre que la fréquence augmente avec n, tandis que la condition spatiale impose une longueur d’onde plus petite. L’idée d’une fréquence décroissante inverse la dépendance donnée par cette formule.

Explication

Une extrémité fixe ne peut pas se déplacer : elle constitue donc un nœud, et le mode d’ordre n comprend n fuseaux égaux entre les deux extrémités. L’affirmation utilisant des ventres aux extrémités contredit directement la condition de fixation.

Explication

Les nœuds de pression correspondent aux amplitudes minimales et les ventres aux amplitudes maximales ; un microphone permet donc de repérer ces variations dans la colonne d’air. La température, le débit ou une fréquence nulle ne constituent pas le critère décrit pour cette détection.

Explication

Deux ventres de pression successifs sont séparés par une demi-longueur d’onde, donc $l=\frac{\lambda}{2}$. Le quart de longueur d’onde décrit plutôt l’écart entre un nœud et un ventre voisins.

Explication

La fréquence mesure le nombre de vibrations par seconde et détermine principalement la hauteur perçue. L’intensité sonore est liée à la puissance reçue par unité de surface, et non principalement à la hauteur.

Explication

L’oreille humaine perçoit approximativement les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 kHz. Les fréquences inférieures à 20 Hz sont des infrasons, tandis que celles supérieures à 20 kHz sont des ultrasons.

Explication

L’intensité sonore est la puissance reçue par unité de surface, ce qui donne $I=\frac{P}{S}$ et s’exprime en W·m⁻². Multiplier la puissance par la surface ne représente pas une puissance répartie par unité de surface.

Explication

Un son pur est représenté par une onde parfaitement sinusoïdale et ne contient qu’une seule fréquence. Une onde composée de plusieurs fréquences correspond plutôt à un son complexe comportant des harmoniques.

Explication

Une harmonique possède une fréquence qui est un multiple entier de la fréquence fondamentale ; trois fois cette fréquence correspond donc à la troisième harmonique. La deuxième et la quatrième harmoniques ont respectivement des fréquences deux et quatre fois supérieures à la fondamentale.

Explication

Le timbre dépend des amplitudes relatives des harmoniques et permet de distinguer des instruments jouant une même note. La fréquence fondamentale fixe principalement la hauteur, tandis que les intensités ne suffisent pas à caractériser le timbre.

Explication

Le niveau sonore est une grandeur logarithmique définie par $L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$, avec $I_0=10^{-12}\ \mathrm{W·m^{-2}}$. L’intensité sonore, elle, est une grandeur physique exprimée en $\mathrm{W·m^{-2}}$ et ne se confond pas avec le niveau en décibels.

Explication

Un doublement de l’intensité sonore entraîne une augmentation du niveau sonore de 3 dB. Cette relation provient du caractère logarithmique de la définition du niveau sonore.

Explication

La relation $I=\frac{P}{4\pi d^2}$ montre que l’intensité est inversement proportionnelle au carré de la distance. En doublant la distance, le dénominateur est multiplié par quatre, tandis que la puissance de la source reste constante.

Explication

Les pistons de la trompette modifient la longueur efficace du tube, ce qui permet d’obtenir huit notes entre Do3 et Do4. Le clairon ne possède pas ce mécanisme et n’en produit que deux dans cette plage.

Explication

Dans un tube ouvert aux deux extrémités, les modes propres vérifient $L=\frac{n\lambda}{2}$. La relation comportant un multiple impair de $\lambda/4$ correspond plutôt à un tube présentant une extrémité fermée dans le modèle usuel.

Explication

La caisse en bois transmet les vibrations des cordes à l’air et assure leur couplage acoustique avec celui-ci. Elle participe donc au rayonnement sonore, mais ne remplace pas les cordes et ne fixe pas à elle seule leur fréquence fondamentale.

Explication

Le diapason fournit une fréquence de référence utilisée pour accorder les instruments, avec un La3 fixé à 440 Hz depuis 1953. Le timbre dépend plutôt de la composition harmonique du son.

Explication

Chaque demi-ton de la gamme chromatique tempérée multiplie la fréquence par $2^{1/12}\approx1{,}05946$. Le facteur $2$ correspond au rapport de fréquences d’une octave, et non d’un demi-ton.

Explication

Une octave correspond à un rapport de fréquences égal à $2$, donc le La4 vaut $2\times440=880$ Hz. Une fréquence de 220 Hz correspondrait à une octave plus basse que le La3.

Explication

L’intensité sonore résultante est obtenue en additionnant les intensités de toutes les sources simultanées. Les niveaux sonores en décibels ne s’additionnent pas directement de cette manière.

Explication

Pour un sifflement proche de 3500 Hz, le double vitrage 8-12-4 mm offre la meilleure atténuation parmi les vitrages proposés. Cette solution réduit la nuisance sans la supprimer totalement.

Explication

Le seuil de danger est associé à un niveau sonore de 90 dB. Le niveau de 120 dB correspond au seuil de douleur, tandis que 60 dB désigne un bruit gênant.