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Enseignement scientifique 1ʳᵉ

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Son et musique

Ondes sonores, hauteur, timbre et numérisation — programme d'Enseignement scientifique de 1re générale

À propos de cette page
Cette activité de compréhension sur « Son et musique » en première entraîne à lire, analyser et répondre à des questions en enseignement scientifique. Elle suit le programme officiel de première. Au programme : Nature et propagation du son, Caractéristiques d'un son : fréquence et période, Hauteur et gamme musicale, Intensité sonore et niveau sonore. Lis le document, réponds puis vérifie immédiatement tes réponses pour progresser. Un bon moyen de travailler la méthode, d'enrichir son vocabulaire et de préparer les contrôles. Ressource gratuite proposée par un professeur particulier à Marseille pour réussir en enseignement scientifique en première.
1Lis le texte suivant, puis réponds aux questions.

Le chant des baleines à bosse est l'un des phénomènes acoustiques les plus remarquables du règne animal. Ces cétacés émettent des séquences complexes de sons, dont les fréquences s'étendent de 20 Hz à environ 10 kHz, avec une intensité pouvant atteindre 180 dB sous l'eau (à 1 mètre). Ces sons se propagent dans l'océan à environ 1 480 m/s et peuvent être entendus à des centaines de kilomètres de distance grâce à la couche SOFAR (Sound Fixing and Ranging Channel), une zone de l'océan où la vitesse du son est minimale et où les ondes sont « piégées », leur permettant de se propager sur de très longues distances avec peu d'atténuation.

Les scientifiques ont numérisé ces chants en utilisant des hydrophones (microphones sous-marins). Ils enregistrent le signal avec une fréquence d'échantillonnage de 22 kHz, ce qui permet de capturer fidèlement toutes les fréquences émises par les baleines. L'analyse spectrale révèle que chaque baleine possède un « chant » unique, caractérisé par une combinaison particulière de fréquences et d'harmoniques, comparable au timbre d'un instrument de musique.

2Questions
Q1 Dans quel milieu se propage le chant des baleines ? Pourquoi le son peut-il y voyager si loin ?
Q2 Calcule la longueur d'onde d'un son émis par une baleine à 440 Hz, sachant que v = 1480 m/s dans l'eau.
Q3 La fréquence d'échantillonnage utilisée est 22 kHz. Quelle est la fréquence maximale fidèlement enregistrée selon le théorème de Shannon ?
Q4 Qu'est-ce qui rend le « chant » de chaque baleine unique, selon le texte ? Quel terme acoustique cela rappelle-t-il ?
Q5 Le niveau sonore du chant est 180 dB (sous l'eau, à 1 m). Est-ce dangereux pour l'oreille humaine ? Justifie.
Voir le corrigé
  1. Réponse libre — exemple : Le chant se propage dans l'eau de mer (milieu liquide). La couche SOFAR piège les ondes sonores et limite leur atténuation, permettant une propagation sur des centaines de kilomètres.
  2. 3,36 — λ = v/f = 1480/440 ≈ 3,36 m.
  3. 11 — fmax = fe/2 = 22000/2 = 11 000 Hz = 11 kHz.
  4. Réponse libre — exemple : Chaque baleine possède une combinaison particulière de fréquences et d'harmoniques. Cela rappelle le concept de timbre en acoustique musicale, qui dépend du spectre des harmoniques.
  5. Réponse libre — exemple : Oui, 180 dB est extrêmement élevé : le seuil de douleur de l'oreille humaine est de 120-130 dB. Un tel niveau causerait des dommages auditifs immédiats et graves.
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