Lycée · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique
L'enregistrement et la reproduction du son
Numérisation, compression et stockage du signal audio — programme d'Enseignement scientifique de 1re (lycée général)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 37 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
Quel appareil convertit le son en signal électrique ?
- A. Haut-parleur
- B. Microphone
- C. Amplificateur
- D. CNA
Réponse
B. Microphone — Le microphone est le capteur qui convertit les vibrations sonores en signal électrique analogique.
Un signal analogique est :
- A. Discret et codé en bits
- B. Continu et variant de façon continue
- C. Une suite de 0 et de 1
- D. Toujours sinusoïdal
Réponse
B. Continu et variant de façon continue — Un signal analogique prend des valeurs continues, contrairement au signal numérique.
Quelle est la première étape de la numérisation d'un son ?
- A. La compression
- B. La quantification
- C. L'échantillonnage
- D. La décompression
Réponse
C. L'échantillonnage — L'échantillonnage consiste à mesurer la valeur du signal à intervalles réguliers.
Quelle fréquence d'échantillonnage est utilisée pour le CD audio ?
- A. 8 000 Hz
- B. 22 050 Hz
- C. 44 100 Hz
- D. 96 000 Hz
Réponse
C. 44 100 Hz — La norme CD audio (Red Book) impose 44 100 Hz.
Combien de niveaux de quantification offre une résolution de 8 bits ?
- A. 8
- B. 64
- C. 256
- D. 65 536
Réponse
C. 256 — $2^8 = 256$ niveaux.
Quelle est la résolution utilisée pour le CD audio ?
- A. 8 bits
- B. 12 bits
- C. 16 bits
- D. 24 bits
Réponse
C. 16 bits — Le CD audio utilise 16 bits, soit 65 536 niveaux.
Que signifie « stéréo » pour un enregistrement audio ?
- A. Un seul canal audio
- B. Deux canaux audio
- C. Quatre canaux audio
- D. Une fréquence doublée
Réponse
B. Deux canaux audio — La stéréo utilise deux canaux (gauche et droit) pour créer une spatialisation sonore.
Le MP3 est un format de compression :
- A. Sans perte
- B. Avec perte
- C. Mécanique
- D. Analogique
Réponse
B. Avec perte — Le MP3 utilise une compression avec perte : des informations sont supprimées de façon irréversible.
Quel appareil convertit le signal numérique en signal analogique lors de la reproduction ?
- A. Microphone
- B. CAN
- C. CNA
- D. Amplificateur
Réponse
C. CNA — Le Convertisseur Numérique-Analogique (CNA) reconstitue le signal analogique à partir des données numériques.
Le FLAC est un format de compression :
- A. Avec perte
- B. Sans perte
- C. Analogique
- D. Non compressé
Réponse
B. Sans perte — Le FLAC (Free Lossless Audio Codec) est sans perte : la décompression redonne exactement le fichier d'origine.
Quelle est la limite de perception sonore de l'oreille humaine (en fréquence) ?
- A. 2 000 Hz
- B. 10 000 Hz
- C. 20 000 Hz
- D. 44 100 Hz
Réponse
C. 20 000 Hz — L'oreille humaine perçoit en général de 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz).
Combien de niveaux de quantification offre une résolution de 16 bits ?
- A. 256
- B. 1 024
- C. 32 768
- D. 65 536
Réponse
D. 65 536 — $2^{16} = 65\,536$ niveaux.
Niveau moyen — 12 questions
D'après le théorème de Shannon, pour restituer fidèlement un signal à 10 000 Hz, la fréquence d'échantillonnage minimale est :
- A. 5 000 Hz
- B. 10 000 Hz
- C. 20 000 Hz
- D. 44 100 Hz
Réponse
C. 20 000 Hz — $f_e \geq 2 \times 10\,000 = 20\,000$ Hz.
Quelle est la taille en bits d'un enregistrement mono de 10 s à 8 000 Hz et 8 bits ?
- A. 8 000 bits
- B. 64 000 bits
- C. 640 000 bits
- D. 8 000 000 bits
Réponse
C. 640 000 bits — $8\,000 \times 8 \times 1 \times 10 = 640\,000$ bits.
En passant de 8 bits à 16 bits, le nombre de niveaux de quantification est :
- A. Doublé
- B. Multiplié par 8
- C. Multiplié par 256
- D. Multiplié par 65 536
Réponse
C. Multiplié par 256 — $2^{16} / 2^8 = 2^8 = 256$ fois plus de niveaux.
Le débit binaire d'un signal CD stéréo (44 100 Hz, 16 bits, 2 canaux) est :
- A. 44 100 bit/s
- B. 176 400 bit/s
- C. 705 600 bit/s
- D. 1 411 200 bit/s
Réponse
D. 1 411 200 bit/s — $44\,100 \times 16 \times 2 = 1\,411\,200$ bit/s.
Si on échantillonne à 30 000 Hz un signal de fréquence 20 000 Hz, que se passe-t-il ?
- A. La reproduction est fidèle
- B. Il y a repliement spectral (aliasing)
- C. Le son est amplifié
- D. La résolution diminue
Réponse
B. Il y a repliement spectral (aliasing) — $30\,000 < 2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz : la condition de Shannon n'est pas vérifiée → aliasing.
Quel est le principal avantage de la compression MP3 par rapport au WAV ?
- A. Meilleure qualité sonore
- B. Fichier plus petit
- C. Plus de canaux audio
- D. Fréquence d'échantillonnage plus élevée
Réponse
B. Fichier plus petit — Le MP3 réduit considérablement la taille du fichier (facteur ~10) grâce à la compression avec perte.
La psychoacoustique utilisée par le MP3 s'appuie sur :
- A. La vitesse du son
- B. L'effet de masque de l'oreille
- C. La réflexion des ondes
- D. L'amplitude des basses fréquences
Réponse
B. L'effet de masque de l'oreille — Le MP3 exploite l'effet de masque : l'oreille ne perçoit pas les sons masqués par des sons plus forts proches en fréquence.
Un fichier audio stéréo de 60 s à 44 100 Hz et 16 bits pèse environ :
- A. 5 Mo
- B. 10 Mo
- C. 20 Mo
- D. 50 Mo
Réponse
B. 10 Mo — $44\,100 \times 16 \times 2 \times 60 / 8 = 10\,584\,000$ octets ≈ 10 Mo.
Quelle est la fréquence maximale restituée fidèlement par un échantillonnage à 48 000 Hz ?
- A. 20 000 Hz
- B. 24 000 Hz
- C. 48 000 Hz
- D. 96 000 Hz
Réponse
B. 24 000 Hz — $f_{max} = 48\,000 / 2 = 24\,000$ Hz.
Lors de la reproduction d'un fichier numérique, l'ordre correct des éléments est :
- A. CNA → microphone → haut-parleur
- B. CAN → CNA → haut-parleur
- C. Fichier numérique → CNA → haut-parleur
- D. Fichier numérique → CAN → amplificateur
Réponse
C. Fichier numérique → CNA → haut-parleur — Le fichier numérique passe par le CNA qui reconstruit le signal analogique, envoyé ensuite vers l'amplificateur et le haut-parleur.
Le bruit de quantification est :
- A. Le son capté par le microphone
- B. L'erreur due à l'arrondi de chaque échantillon
- C. La distorsion due au haut-parleur
- D. Le bruit de fond ambiant
Réponse
B. L'erreur due à l'arrondi de chaque échantillon — La quantification arrondit chaque mesure au niveau entier le plus proche : la différence entre la valeur réelle et la valeur arrondie constitue le bruit de quantification.
Un fichier audio MP3 à 128 kbit/s pendant 1 min pèse environ :
- A. 96 ko
- B. 960 ko
- C. 9,6 Mo
- D. 96 Mo
Réponse
B. 960 ko — $128\,000$ bit/s × 60 s = $7\,680\,000$ bits = $960\,000$ octets ≈ 960 ko.
Niveau difficile — 13 questions
On veut enregistrer un signal biologique dont la fréquence maximale est 500 Hz. La fréquence d'échantillonnage minimale est :
- A. 250 Hz
- B. 500 Hz
- C. 1 000 Hz
- D. 2 000 Hz
Réponse
C. 1 000 Hz — $f_e \geq 2 \times 500 = 1\,000$ Hz d'après Shannon.
Un enregistrement de 2 heures en stéréo (44 100 Hz, 16 bits) pèse environ :
- A. 380 Mo
- B. 760 Mo
- C. 1,5 Go
- D. 3 Go
Réponse
C. 1,5 Go — $44\,100 \times 16 \times 2 \times 7\,200 / 8 = 1\,270\,080\,000$ octets ≈ 1,27 Go. La réponse la plus proche parmi les options est 1,5 Go, mais le calcul donne ~1,27 Go. Correction : 1,5 Go est la plus proche.
Quelle affirmation est FAUSSE concernant la compression sans perte ?
- A. Elle ne supprime aucune information
- B. Elle permet de retrouver exactement le fichier d'origine
- C. Elle réduit la taille autant que le MP3
- D. Elle est utilisée par le format FLAC
Réponse
C. Elle réduit la taille autant que le MP3 — La compression sans perte réduit la taille de 30 à 50 %, bien moins que le MP3 (80-90 %).
On double la résolution de 16 à 32 bits. Le fichier résultant est :
- A. 2 fois plus grand
- B. 4 fois plus grand
- C. 16 fois plus grand
- D. De même taille
Réponse
A. 2 fois plus grand — La résolution passe de 16 à 32 bits : le nombre de bits par échantillon double, donc la taille du fichier double également.
Lequel de ces formats offre la meilleure qualité pour l'archivage professionnel ?
- A. MP3 320 kbit/s
- B. AAC 256 kbit/s
- C. FLAC 24 bits / 96 kHz
- D. WAV 16 bits / 44 100 Hz
Réponse
C. FLAC 24 bits / 96 kHz — Le FLAC 24/96 kHz est sans perte et à haute résolution : il offre la meilleure qualité pour l'archivage studio.
Que se passe-t-il si on convertit un fichier MP3 en fichier WAV ?
- A. La qualité est restaurée à celle d'un CD
- B. Le fichier WAV sera plus grand mais la qualité MP3 reste inchangée
- C. Le fichier WAV sera identique à l'original non compressé
- D. La fréquence d'échantillonnage augmente
Réponse
B. Le fichier WAV sera plus grand mais la qualité MP3 reste inchangée — La conversion MP3 → WAV crée un fichier plus volumineux mais ne récupère pas les données supprimées lors de l'encodage MP3.
Quel paramètre influe sur le nombre de niveaux de quantification disponibles ?
- A. La fréquence d'échantillonnage
- B. La durée de l'enregistrement
- C. La résolution (nombre de bits)
- D. Le nombre de canaux
Réponse
C. La résolution (nombre de bits) — Le nombre de niveaux = $2^n$ où $n$ est le nombre de bits (résolution).
Pour un signal audio enregistré à 48 000 Hz / 24 bits / stéréo, le débit binaire est :
- A. 576 kbit/s
- B. 1 152 kbit/s
- C. 2 304 kbit/s
- D. 4 608 kbit/s
Réponse
C. 2 304 kbit/s — $48\,000 \times 24 \times 2 = 2\,304\,000$ bit/s = 2 304 kbit/s.
L'effet de masque en psychoacoustique signifie :
- A. Un son fort empêche la perception d'un son faible proche
- B. Un son grave cache un son aigu
- C. Le bruit blanc masque tous les sons
- D. La réverbération masque les fréquences hautes
Réponse
A. Un son fort empêche la perception d'un son faible proche — L'effet de masque fréquentiel : un son intense à une fréquence donnée empêche l'oreille de percevoir un son faible à une fréquence proche.
Quelle fréquence d'échantillonnage est associée à la téléphonie numérique standard ?
- A. 4 000 Hz
- B. 8 000 Hz
- C. 16 000 Hz
- D. 44 100 Hz
Réponse
B. 8 000 Hz — La téléphonie numérique utilise 8 000 Hz, adapté à la bande de la voix humaine (300–3 400 Hz).
On veut stocker 1 heure de musique stéréo au format CD dans un fichier compressé sans perte (FLAC, gain de 40 %). La taille approximative est :
- A. ~380 Mo
- B. ~230 Mo
- C. ~120 Mo
- D. ~760 Mo
Réponse
A. ~380 Mo — Taille brute : $44\,100 \times 16 \times 2 \times 3\,600 / 8 = 635\,040\,000$ octets ≈ 635 Mo. Avec 40 % de réduction : 635 × 0,6 ≈ 381 Mo. La réponse la plus proche est ~380 Mo.
Lequel de ces éléments n'est PAS une conséquence d'une fréquence d'échantillonnage trop basse ?
- A. Aliasing (repliement spectral)
- B. Distorsion du signal
- C. Bruit de quantification élevé
- D. Perte des fréquences aigues
Réponse
C. Bruit de quantification élevé — Le bruit de quantification dépend de la résolution (nombre de bits), non de la fréquence d'échantillonnage.
Qu'appelle-t-on « repliement spectral » (aliasing) ?
- A. Un écho dans l'enregistrement
- B. Une distorsion produite quand f_e < 2 f_max
- C. Un bruit de fond dû aux bits
- D. Une erreur de lecture du haut-parleur
Réponse
B. Une distorsion produite quand f_e < 2 f_max — L'aliasing est la distorsion produite quand la condition de Shannon ($f_e \geq 2 f_{max}$) n'est pas respectée : les hautes fréquences apparaissent comme de fausses basses fréquences.
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