Lycée · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique
La musique et les sons
Sons, ondes et perception : physique de la musique (programme de 1re générale)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 12 questions
Un son est une onde...
- A. électromagnétique
- B. mécanique
- C. lumineuse
- D. gravitationnelle
Réponse
B. mécanique — Le son est une onde mécanique : il nécessite un milieu matériel pour se propager.
La hauteur d'un son dépend de sa...
- A. amplitude
- B. timbre
- C. fréquence fondamentale
- D. longueur d'onde
Réponse
C. fréquence fondamentale — La hauteur (grave/aigu) est directement liée à la fréquence fondamentale f₀.
Le domaine des fréquences audibles par l'humain est :
- A. 0 Hz – 20 Hz
- B. 20 Hz – 20 000 Hz
- C. 100 Hz – 100 000 Hz
- D. 20 Hz – 200 Hz
Réponse
B. 20 Hz – 20 000 Hz — L'oreille humaine perçoit les sons entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Le timbre d'un son dépend :
- A. de son volume
- B. de sa durée
- C. du contenu en harmoniques
- D. de la vitesse de propagation
Réponse
C. du contenu en harmoniques — Le timbre est la signature sonore d'un instrument, liée aux amplitudes relatives des harmoniques.
La période T et la fréquence f sont liées par :
- A. $T = f$
- B. $T = f^2$
- C. $T = 1/f$
- D. $T = 2f$
Réponse
C. $T = 1/f$ — T = 1/f : si f = 440 Hz, alors T ≈ 2,27 ms.
Un ultrason a une fréquence...
- A. inférieure à 20 Hz
- B. comprise entre 20 et 20 000 Hz
- C. supérieure à 20 000 Hz
- D. inférieure à 1 Hz
Réponse
C. supérieure à 20 000 Hz — Les ultrasons ont f > 20 000 Hz et ne sont pas perçus par l'oreille humaine.
Dans quel milieu le son ne peut-il pas se propager ?
- A. l'air
- B. l'eau
- C. le vide
- D. le métal
Réponse
C. le vide — Le son est une onde mécanique ; il ne se propage pas dans le vide (absence de matière).
Deux notes séparées d'une octave ont un rapport de fréquences de :
- A. 1
- B. 2
- C. 3
- D. 10
Réponse
B. 2 — Une octave = rapport 2 : La 440 Hz et La 880 Hz sont séparés d'une octave.
La célérité du son dans l'air à 20°C est approximativement :
- A. 300 000 km/s
- B. 340 m/s
- C. 1 500 m/s
- D. 150 m/s
Réponse
B. 340 m/s — v ≈ 340 m/s dans l'air à 20°C ; v ≈ 300 000 km/s est la vitesse de la lumière.
Le seuil d'audibilité est $I_0$ = ...
- A. $10^{-12}\,\text{W·m}^{-2}$
- B. $10^{-6}\,\text{W·m}^{-2}$
- C. $1\,\text{W·m}^{-2}$
- D. $10^{-3}\,\text{W·m}^{-2}$
Réponse
A. $10^{-12}\,\text{W·m}^{-2}$ — I₀ = 10⁻¹² W·m⁻² est la plus petite intensité perceptible (0 dB).
La longueur d'onde d'un son de fréquence 170 Hz (v = 340 m/s) est :
- A. 0,5 m
- B. 2 m
- C. 170 m
- D. 0,02 m
Réponse
B. 2 m — λ = v/f = 340/170 = 2 m.
Quel organe de l'oreille transforme les vibrations en influx nerveux ?
- A. le tympan
- B. les osselets
- C. la cochlée
- D. le pavillon
Réponse
C. la cochlée — La cochlée (oreille interne) analyse les fréquences et génère l'influx nerveux via le nerf auditif.
Niveau moyen — 12 questions
Un son de fréquence fondamentale 330 Hz. Quelle est la fréquence de son 3e harmonique ?
- A. 330 Hz
- B. 660 Hz
- C. 990 Hz
- D. 1 320 Hz
Réponse
C. 990 Hz — f₃ = 3 × f₀ = 3 × 330 = 990 Hz.
Un son a une intensité $I = 10^{-5}\,\text{W·m}^{-2}$. Son niveau sonore est :
- A. 50 dB
- B. 70 dB
- C. 100 dB
- D. 5 dB
Réponse
B. 70 dB — L = 10 log(10⁻⁵/10⁻¹²) = 10 × 7 = 70 dB.
Quand l'intensité est multipliée par 100, le niveau sonore augmente de :
- A. 10 dB
- B. 20 dB
- C. 100 dB
- D. 3 dB
Réponse
B. 20 dB — log(100) = 2, donc ΔL = 10 × 2 = 20 dB.
Pour une corde vibrante de longueur L, la fréquence fondamentale est $f_1 = v/(2L)$. Si on double L, $f_1$ devient :
- A. $2f_1$
- B. $f_1/2$
- C. $f_1/4$
- D. $f_1$
Réponse
B. $f_1/2$ — f₁ = v/(2L) → doubler L divise f₁ par 2 (son plus grave).
Un tuyau d'orgue ouvert aux deux extrémités a une longueur L = 0,5 m et v = 340 m/s. Sa fréquence fondamentale est :
- A. 170 Hz
- B. 340 Hz
- C. 680 Hz
- D. 85 Hz
Réponse
B. 340 Hz — f₁ = v/(2L) = 340/(2 × 0,5) = 340 Hz.
Que représente la transformée de Fourier d'un signal sonore ?
- A. L'amplitude en fonction du temps
- B. Le niveau sonore en décibels
- C. L'amplitude des composantes fréquentielles
- D. La vitesse de propagation
Réponse
C. L'amplitude des composantes fréquentielles — La transformée de Fourier donne le spectre : amplitude (ou puissance) en fonction de la fréquence.
Un instrument produit les fréquences 300, 600, 900 Hz. Sa fondamentale est :
- A. 300 Hz
- B. 600 Hz
- C. 150 Hz
- D. 900 Hz
Réponse
A. 300 Hz — La fondamentale est la plus petite fréquence : 300 Hz. Les autres sont ses harmoniques.
L'oreille est la plus sensible dans la plage :
- A. 20-100 Hz
- B. 1 000-4 000 Hz
- C. 10 000-20 000 Hz
- D. 100-500 Hz
Réponse
B. 1 000-4 000 Hz — La sensibilité maximale est entre 1 000 et 4 000 Hz, plage de la voix humaine.
Deux sources identiques émettent chacune 60 dB. Le niveau total vaut environ :
- A. 120 dB
- B. 60 dB
- C. 63 dB
- D. 30 dB
Réponse
C. 63 dB — Doubler l'intensité augmente L de 3 dB : 60 + 3 = 63 dB.
Une corde de guitare vibre à 220 Hz en fondamentale. La fréquence de l'harmonique de rang 2 est :
- A. 110 Hz
- B. 220 Hz
- C. 440 Hz
- D. 880 Hz
Réponse
C. 440 Hz — f₂ = 2 × f₁ = 2 × 220 = 440 Hz (octave supérieure).
La longueur d'onde dans l'eau (v = 1 500 m/s) d'un son de 500 Hz est :
- A. 0,33 m
- B. 3 m
- C. 300 m
- D. 750 m
Réponse
B. 3 m — λ = v/f = 1 500/500 = 3 m.
Quel paramètre d'un son reste inchangé lors du passage air → eau ?
- A. Longueur d'onde
- B. Célérité
- C. Fréquence
- D. Amplitude
Réponse
C. Fréquence — La fréquence est imposée par la source et ne change pas lors d'un changement de milieu.
Niveau difficile — 12 questions
Un signal contient les fréquences 150 Hz, 300 Hz et 450 Hz. La fréquence fondamentale est :
- A. 150 Hz
- B. 50 Hz
- C. 300 Hz
- D. 75 Hz
Réponse
A. 150 Hz — La fondamentale est le PGCD des fréquences présentes : PGCD(150, 300, 450) = 150 Hz.
Un tuyau fermé à une extrémité produit la fondamentale à 100 Hz. Sa prochaine résonance est à :
- A. 200 Hz
- B. 300 Hz
- C. 400 Hz
- D. 150 Hz
Réponse
B. 300 Hz — Tuyau fermé : harmoniques impairs seulement. f₁ = 100 Hz → f₂ = 300 Hz (rang 3).
Le niveau sonore passe de 80 dB à 50 dB. L'intensité a été divisée par :
- A. 30
- B. 100
- C. 1 000
- D. 10
Réponse
C. 1 000 — ΔL = -30 dB → ΔI = 10^(-30/10) = 10^(-3) = 1/1 000.
Sur une corde, on pince au 1/3 de la longueur depuis un bout. Quel harmonique est supprimé ?
- A. 2e harmonique
- B. 3e harmonique
- C. fondamentale
- D. 4e harmonique
Réponse
B. 3e harmonique — Pincer au 1/3 impose un nœud à ce point. L'harmonique de rang 3 (qui a un ventre au 1/3) est supprimé.
La clarinette produit surtout des harmoniques impairs car elle est assimilée à :
- A. un tuyau ouvert aux deux bouts
- B. une corde vibrante libre
- C. un tuyau cylindrique fermé à une extrémité
- D. un résonateur de Helmholtz
Réponse
C. un tuyau cylindrique fermé à une extrémité — Tuyau fermé d'un côté → seuls les harmoniques impairs sont produits, donnant le timbre caractéristique de la clarinette.
Un guitariste resserre la corde (augmentation de la tension). Quel effet sur le son ?
- A. Son plus grave
- B. Son plus doux
- C. Son plus aigu
- D. Aucun changement
Réponse
C. Son plus aigu — v = √(T/μ) augmente avec la tension T ; donc f₁ = v/(2L) augmente → son plus aigu.
Deux cordes identiques ont des longueurs L et 2L. Le rapport de leurs fréquences fondamentales $f_1/f_2$ vaut :
- A. 1/2
- B. 2
- C. 4
- D. 1/4
Réponse
B. 2 — f = v/(2L) → f₁/f₂ = (v/2L)/(v/4L) = 2 : la corde la plus courte sonne une octave plus haut.
Si la célérité du son dans l'air augmente (température plus élevée), la longueur d'onde d'un son de fréquence fixe...
- A. diminue
- B. reste constante
- C. augmente
- D. est divisée par 2
Réponse
C. augmente — λ = v/f : si v augmente et f reste constant, alors λ augmente proportionnellement.
Un son à 70 dB est ressenti combien de fois plus intense qu'un son à 40 dB ?
- A. 30 fois
- B. 300 fois
- C. 1 000 fois
- D. 10 fois
Réponse
C. 1 000 fois — ΔL = 30 dB → facteur = 10^(30/10) = 10³ = 1 000.
Le battement entre deux sons de fréquences 440 Hz et 442 Hz produit un battement à...
- A. 440 Hz
- B. 442 Hz
- C. 882 Hz
- D. 2 Hz
Réponse
D. 2 Hz — Fréquence du battement = |f₁ - f₂| = |440 - 442| = 2 Hz.
Pour un tuyau ouvert aux deux extrémités, l'harmonique de rang n correspond à :
- A. $n$ ventres et $n+1$ nœuds
- B. $n$ nœuds et $n+1$ ventres
- C. $n$ demi-longueurs d'onde dans le tuyau
- D. $n$ longueurs d'onde dans le tuyau
Réponse
C. $n$ demi-longueurs d'onde dans le tuyau — Tuyau ouvert-ouvert : L = n × λ/2, soit n demi-longueurs d'onde pour le rang n.
La transformée de Fourier d'un son pur (une seule fréquence) donne un spectre :
- A. large et continu
- B. en peigne (multiples d'une fondamentale)
- C. avec un seul pic
- D. sans fréquences
Réponse
C. avec un seul pic — Un son pur (sinusoïde) correspond à un spectre avec un seul pic à la fréquence f₀.
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