Ressources · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique

Le son, une information à coder

Numérisation (échantillonnage, quantification), fréquence d'échantillonnage, taille d'un fichier, compression (programme d'enseignement scientifique de 1re)

À propos de cette page

Ce QCM sur « Le son, une information à coder » en première teste tes connaissances en enseignement scientifique de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de première. Au programme : L'essentiel, Enregistrer et reproduire un son : de l'analogique au numérique, Échantillonnage : choisir la fréquence d'échantillonnage, Quantification : le nombre de bits. À chaque réponse, une explication détaillée t'aide à comprendre tes erreurs et à mémoriser l'essentiel. Idéal pour s'auto-évaluer rapidement, réviser avant un contrôle ou consolider ses acquis. Quiz gratuit conçu par un professeur particulier à Marseille pour progresser en enseignement scientifique en première.

Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !

Les 24 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 — 8 questions

La numérisation d'un son repose sur deux opérations successives :
- A. amplification puis filtrage
- B. échantillonnage puis quantification
- C. enregistrement analogique puis compression
- D. émission puis réception
Réponse
B. échantillonnage puis quantification — On mesure le signal à intervalles réguliers (échantillonnage), puis on arrondit chaque mesure à un niveau codé en binaire (quantification).
Échantillonner un signal, c'est :
- A. attribuer un code binaire à chaque valeur mesurée
- B. supprimer les sons inaudibles du fichier
- C. convertir l'onde sonore en tension électrique
- D. mesurer le signal à intervalles réguliers
Réponse
D. mesurer le signal à intervalles réguliers — L'échantillonnage prélève la valeur du signal toutes les $T_{e}$ secondes ; le codage binaire relève de la quantification.
Dans quelle unité s'exprime une fréquence d'échantillonnage ?
- A. hertz (Hz)
- B. bit (bit)
- C. octet (o)
- D. décibel (dB)
Réponse
A. hertz (Hz) — C'est un nombre d'échantillons par seconde : $f_{e} = \frac{1}{T_{e}}$ , en hertz.
Un convertisseur quantifie sur $n$ bits. Le nombre de niveaux disponibles vaut :
- A. $n^{2}$
- B. $2 \times n$
- C. $2^{n}$
- D. $n + 2$
Réponse
C. $2^{n}$ — Chaque bit peut valoir 0 ou 1 : $n$ bits donnent $2^{n}$ combinaisons, donc $2^{n}$ niveaux.
Lors d'un enregistrement, le microphone convertit :
- A. un signal électrique en onde sonore
- B. un signal numérique en signal analogique
- C. une onde sonore en signal électrique
- D. une suite de bits en onde sonore
Réponse
C. une onde sonore en signal électrique — Le microphone transforme les variations de pression de l'air en tension électrique ; le haut-parleur fait l'inverse.
Combien de bits contient un octet ?
- A. 8
- B. 2
- C. 10
- D. 16
Réponse
A. 8 — 1 octet = 8 bits : on divise une taille en bits par 8 pour l'obtenir en octets.
Un format de compression « avec perte », comme le MP3 :
- A. conserve toute l'information du fichier initial
- B. est réservé aux fichiers de texte
- C. augmente la taille du fichier numérique
- D. élimine une partie de l'information sonore
Réponse
D. élimine une partie de l'information sonore — Il supprime les informations auxquelles l'oreille est peu sensible ; l'opération est irréversible.
D'après le critère de Shannon, la fréquence d'échantillonnage doit être :
- A. inférieure à la plus haute fréquence du son
- B. au moins double de la plus haute fréquence
- C. égale à la plus basse fréquence du son
- D. exactement égale à 20 kHz, limite de l'oreille
Réponse
B. au moins double de la plus haute fréquence — Il faut $f_{e} \geq 2 f_{max}$ , où $f_{max}$ est la plus haute fréquence contenue dans le son.

Niveau moyen — 8 questions

Un signal est échantillonné à $f_{e}$ = 12,5 kHz. La période d'échantillonnage vaut :
- A. 8 µs
- B. 0,8 ms
- C. 80 µs
- D. 12,5 ms
Réponse
C. 80 µs — $T_{e} = \frac{1}{12 500}$ = 8 × 10⁻⁵ s = 80 µs.
Nombre de niveaux de quantification pour un codage sur 14 bits :
- A. 16 384
- B. 28
- C. 196
- D. 8 192
Réponse
A. 16 384 — $2^{14}$ = 16 384. 28 correspond à $2 n$ , 196 à $n^{2}$ et 8 192 à $2^{13}$ .
Débit binaire d'un enregistrement stéréo à 11,025 kHz sur 16 bits :
- A. 705,6 kbit/s
- B. 35,28 kbit/s
- C. 2 822,4 kbit/s
- D. 352,8 kbit/s
Réponse
D. 352,8 kbit/s — $D$ = 11 025 × 16 × 2 = 352 800 bit/s = 352,8 kbit/s.
Un fichier audio contient $4, 8 \times 10^{7}$ bits. Sa taille vaut :
- A. 48 Mo
- B. 6 Mo
- C. 0,6 Mo
- D. 384 Mo
Réponse
B. 6 Mo — 4,8 × 10⁷ ÷ 8 = 6 × 10⁶ octets = 6 Mo.
Les composantes d'un son ne dépassent pas 7,5 kHz. La fréquence d'échantillonnage minimale est :
- A. 7,5 kHz
- B. 15 kHz
- C. 3,75 kHz
- D. 30 kHz
Réponse
B. 15 kHz — Critère de Shannon : $f_{e} \geq$ 2 × 7,5 = 15 kHz.
Nombre minimal de bits pour disposer d'au moins 300 niveaux :
- A. 8 bits
- B. 300 bits
- C. 150 bits
- D. 9 bits
Réponse
D. 9 bits — $2^{8}$ = 256 < 300 ≤ 512 = $2^{9}$ : 8 bits ne suffisent pas, il en faut 9.
Un fichier de 75 Mo est compressé en un fichier de 6 Mo. Sa taille a été réduite de :
- A. 92 %
- B. 8 %
- C. 12,5 %
- D. 69 %
Réponse
A. 92 % — (1 − 6 ÷ 75) × 100 = 92 %. Le quotient de compression vaut 12,5, ce n'est pas un pourcentage.
Plage d'entrée de 6 V, quantification sur 8 bits : le pas de quantification vaut environ :
- A. 0,75 V
- B. 2,3 mV
- C. 23 mV
- D. 0,19 V
Réponse
C. 23 mV — $q = \frac{6}{2^{8}} = \frac{6}{256}$ ≈ 0,023 V = 23 mV. 0,75 V correspond à l'erreur $\frac{6}{8}$ .

Niveau difficile — 8 questions

Un son contient des composantes jusqu'à 9 kHz ; on l'échantillonne à 12 kHz. Conséquence :
- A. les composantes au-delà de 6 kHz sont faussées
- B. le fichier est deux fois trop volumineux
- C. restitution fidèle, car 12 kHz est supérieur à 9 kHz
- D. la quantification devient impossible
Réponse
A. les composantes au-delà de 6 kHz sont faussées — Seules les fréquences jusqu'à $\frac{f_{e}}{2}$ = 6 kHz sont restituées correctement ; il aurait fallu au moins 18 kHz. Comparer $f_{e}$ à $f_{max}$ sans le facteur 2 est le piège.
On double la fréquence d'échantillonnage et on passe de 16 à 24 bits (mêmes voies, même durée). La taille du fichier est multipliée par :
- A. 2,5
- B. 8
- C. 3
- D. 1,5
Réponse
C. 3 — La taille est proportionnelle à $f_{e}$ et à $n$ : 2 × $\frac{24}{16}$ = 2 × 1,5 = 3.
Passer d'une quantification sur 8 bits à 9 bits :
- A. double la taille du fichier obtenu
- B. double le nombre de niveaux
- C. divise le pas par 9/8
- D. ne modifie pas la taille
Réponse
B. double le nombre de niveaux — On passe de 256 à 512 niveaux (le pas est divisé par 2), mais la taille n'est multipliée que par $\frac{9}{8}$ .
À propos d'une compression sans perte (format FLAC), quelle affirmation est exacte ?
- A. elle supprime les sons sous le seuil d'audibilité
- B. elle exploite l'effet de masquage
- C. elle divise toujours la taille par dix au minimum
- D. le fichier initial est restitué exactement
Réponse
D. le fichier initial est restitué exactement — Sans perte signifie réversible : aucune information n'est supprimée, d'où un gain modeste. Seuil et masquage concernent les formats avec perte.
Un fichier de 4 min encodé à débit constant de 112 kbit/s a une taille de :
- A. 26,88 Mo
- B. 0,056 Mo
- C. 28 Mo
- D. 3,36 Mo
Réponse
D. 3,36 Mo — 112 000 × 240 = 26 880 000 bits, puis ÷ 8 = 3 360 000 octets. 26,88 Mo : division par 8 oubliée ; 0,056 Mo : durée laissée en minutes.
Un son ne contient aucune composante au-delà de 4,5 kHz ; il est échantillonné à 10 kHz. Si l'on double $f_{e}$ :
- A. la fidélité du son restitué est nettement améliorée
- B. la taille double sans gain de fidélité
- C. la taille du fichier est divisée par deux
- D. le son devient deux fois plus aigu
Réponse
B. la taille double sans gain de fidélité — 10 kHz ≥ 2 × 4,5 kHz : le critère était déjà respecté. Doubler $f_{e}$ double la taille sans rien ajouter d'utile.
Un élève calcule la taille d'un enregistrement stéréo en oubliant le nombre de voies. Son résultat est :
- A. deux fois trop grand
- B. exact si le son est mono à l'écoute
- C. deux fois trop petit
- D. huit fois trop petit
Réponse
C. deux fois trop petit — Il manque le facteur $N$ = 2 : le résultat est deux fois trop petit, quelle que soit l'impression d'écoute.
Plage de 10 V quantifiée sur 16 bits : le pas vaut environ :
- A. 0,15 mV
- B. 0,63 V
- C. 1,5 mV
- D. 0,076 mV
Réponse
A. 0,15 mV — $q = \frac{10}{65 536}$ ≈ 1,5 × 10⁻⁴ V = 0,15 mV. 0,63 V provient de la confusion entre $n$ = 16 et $2^{n}$ .

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