Lycée · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique
Son et musique
Ondes sonores, hauteur, timbre et numérisation — programme d'Enseignement scientifique de 1re générale
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
Dans quel milieu le son ne peut-il PAS se propager ?
- A. L'air
- B. L'eau
- C. Le vide
- D. L'acier
Réponse
C. Le vide — Le son est une onde mécanique et nécessite un milieu matériel pour se propager. Il ne peut pas se propager dans le vide.
Quelle est la vitesse approximative du son dans l'air à 20 °C ?
- A. 3 × 10⁸ m/s
- B. 1 480 m/s
- C. 340 m/s
- D. 5 100 m/s
Réponse
C. 340 m/s — Dans l'air à 20 °C, le son se propage à environ 340 m/s.
La fréquence d'un son est la grandeur qui détermine sa :
- A. Intensité
- B. Hauteur
- C. Timbre
- D. Durée
Réponse
B. Hauteur — La hauteur d'un son (aigu/grave) est directement liée à sa fréquence fondamentale.
L'oreille humaine perçoit les sons entre :
- A. 0 et 20 Hz
- B. 20 Hz et 20 kHz
- C. 20 kHz et 100 kHz
- D. 0 et 1 Hz
Réponse
B. 20 Hz et 20 kHz — Le domaine audible humain s'étend de 20 Hz (graves) à 20 000 Hz = 20 kHz (aigus).
La relation entre fréquence f et période T est :
- A. f = T
- B. f = T²
- C. f = 1/T
- D. T = f²
Réponse
C. f = 1/T — Par définition : f = 1/T. Si T = 0,01 s alors f = 100 Hz.
Un son de fréquence inférieure à 20 Hz est appelé :
- A. Ultrason
- B. Son audible
- C. Infrason
- D. Son musical
Réponse
C. Infrason — Les infrasons ont une fréquence en dessous du seuil d'audibilité (< 20 Hz). Les ultrasons sont au-dessus de 20 kHz.
La note La standard a une fréquence de :
- A. 261,6 Hz
- B. 392 Hz
- C. 440 Hz
- D. 520 Hz
Réponse
C. 440 Hz — Le La (A4) est fixé à 440 Hz par convention internationale.
Le niveau sonore s'exprime en :
- A. Watts
- B. Hertz
- C. Décibels
- D. Pascals
Réponse
C. Décibels — Le niveau sonore L s'exprime en décibels (dB).
Dans quel milieu le son va-t-il le plus vite ?
- A. L'air
- B. L'eau douce
- C. L'eau de mer
- D. L'acier
Réponse
D. L'acier — Dans les solides (acier : ~5100 m/s), le son se propage plus vite que dans les liquides ou les gaz.
Quelle grandeur physique est liée à l'intensité sonore d'un son ?
- A. Sa fréquence
- B. Sa période
- C. L'amplitude de la vibration
- D. Sa longueur d'onde
Réponse
C. L'amplitude de la vibration — L'intensité sonore est liée à l'amplitude de la vibration : plus l'amplitude est grande, plus le son est fort.
Le son est une onde :
- A. Électromagnétique et transversale
- B. Mécanique et longitudinale
- C. Électromagnétique et longitudinale
- D. Mécanique et transversale
Réponse
B. Mécanique et longitudinale — Le son est une onde mécanique (besoin d'un milieu) et longitudinale (la vibration est dans la direction de propagation).
Quel instrument émet un son dont le spectre est presque pur (peu d'harmoniques) ?
- A. Violon
- B. Piano
- C. Flûte
- D. Guitare
Réponse
C. Flûte — La flûte traversière produit un son quasi sinusoïdal avec peu d'harmoniques, ce qui lui donne un timbre doux.
Niveau moyen — 12 questions
Un son a une fréquence de 500 Hz dans l'air (v = 340 m/s). Quelle est sa longueur d'onde ?
- A. 1,47 m
- B. 0,68 m
- C. 170 m
- D. 340 m
Réponse
B. 0,68 m — λ = v/f = 340/500 = 0,68 m.
Le La est à 440 Hz. Le La de l'octave supérieure est à :
- A. 480 Hz
- B. 660 Hz
- C. 880 Hz
- D. 1320 Hz
Réponse
C. 880 Hz — Une octave correspond à un doublement de la fréquence : 440 × 2 = 880 Hz.
L'intensité d'un son est multipliée par 100. Le niveau sonore augmente de :
- A. 2 dB
- B. 10 dB
- C. 20 dB
- D. 100 dB
Réponse
C. 20 dB — ΔL = 10 log(100) = 10 × 2 = 20 dB.
Deux instruments jouent la même note. Ce qui les distingue à l'écoute est leur :
- A. Hauteur
- B. Intensité
- C. Timbre
- D. Fréquence fondamentale
Réponse
C. Timbre — La fréquence fondamentale est identique (même note = même hauteur). Ce qui diffère est le spectre des harmoniques, c'est-à-dire le timbre.
Le théorème de Shannon impose que la fréquence d'échantillonnage fe vérifie :
- A. fe ≥ fmax
- B. fe ≥ fmax/2
- C. fe ≥ 2 fmax
- D. fe ≤ fmax
Réponse
C. fe ≥ 2 fmax — Pour reconstruire fidèlement un signal de fréquence maximale fmax, il faut fe ≥ 2 fmax.
Un signal est quantifié sur 8 bits. Le nombre de niveaux de quantification est :
- A. 8
- B. 16
- C. 64
- D. 256
Réponse
D. 256 — 2^8 = 256 niveaux.
Un son de 60 dB correspond à une intensité I = 10⁻⁶ W/m². À 40 dB, l'intensité vaut :
- A. 10⁻⁴ W/m²
- B. 10⁻⁸ W/m²
- C. 10⁻¹⁰ W/m²
- D. 5 × 10⁻⁷ W/m²
Réponse
B. 10⁻⁸ W/m² — ΔL = -20 dB → I divisée par 10^(20/10) = 100 : I = 10⁻⁶/100 = 10⁻⁸ W/m².
Un sonar envoie une impulsion à t=0 et reçoit l'écho à t=0,10 s. Avec v=1480 m/s, la distance à l'obstacle est :
- A. 148 m
- B. 74 m
- C. 296 m
- D. 740 m
Réponse
B. 74 m — d = v × Δt/2 = 1480 × 0,10/2 = 74 m.
Le premier harmonique d'un son de fréquence fondamentale f₀ = 220 Hz est à :
- A. 110 Hz
- B. 220 Hz
- C. 440 Hz
- D. 660 Hz
Réponse
C. 440 Hz — Le premier harmonique (ou deuxième partielle) est à 2f₀ = 2 × 220 = 440 Hz.
Quel paramètre de numérisation détermine la fidélité des fréquences reproduites ?
- A. Le nombre de bits n
- B. La fréquence d'échantillonnage fe
- C. Le débit binaire D
- D. La durée d'enregistrement
Réponse
B. La fréquence d'échantillonnage fe — C'est la fréquence d'échantillonnage fe qui détermine les fréquences reproductibles (théorème de Shannon).
Un son pur à 1 kHz et un son riche à 1 kHz ont forcément la même :
- A. Timbre
- B. Spectre harmonique
- C. Hauteur perçue
- D. Amplitude des harmoniques
Réponse
C. Hauteur perçue — Même fréquence fondamentale = même hauteur perçue. Le timbre et le spectre harmonique peuvent différer.
La longueur d'onde λ d'un son est liée à la vitesse v et à la fréquence f par :
- A. λ = f/v
- B. λ = v × f
- C. λ = v/f
- D. λ = 1/(v × f)
Réponse
C. λ = v/f — Par définition : λ = v/f = v × T.
Niveau difficile — 13 questions
Un CD audio stéréo (fe = 44100 Hz, n = 16 bits, 2 canaux) a un débit binaire de :
- A. 705 600 bits/s
- B. 1 411 200 bits/s
- C. 882 000 bits/s
- D. 2 822 400 bits/s
Réponse
B. 1 411 200 bits/s — D = 44100 × 16 × 2 = 1 411 200 bits/s.
Deux sons ont des fréquences fondamentales de 200 Hz et 400 Hz. Le rapport de leurs fréquences est 2, ce qui correspond à :
- A. Une quinte
- B. Un unisson
- C. Une octave
- D. Une tierce
Réponse
C. Une octave — Un rapport de fréquences égal à 2 correspond exactement à une octave en musique.
L'intensité sonore I₀ = 10⁻¹² W/m² correspond à :
- A. Le seuil de douleur
- B. Le seuil d'audibilité
- C. Une conversation normale
- D. Un chuchotement
Réponse
B. Le seuil d'audibilité — I₀ = 10⁻¹² W/m² est le seuil d'audibilité, le son le plus faible perceptible par l'oreille humaine.
Si on quantifie un son sur n bits, augmenter n de 1 bit :
- A. Double la fréquence maximale reproductible
- B. Double le nombre de niveaux de quantification
- C. Diminue de moitié la durée du fichier
- D. Divise le débit binaire par 2
Réponse
B. Double le nombre de niveaux de quantification — Passer de n à n+1 bits double le nombre de niveaux : 2^(n+1) = 2 × 2^n.
Un son complexe contient les fréquences 300, 600, 900 et 1200 Hz. La fréquence fondamentale est :
- A. 300 Hz
- B. 150 Hz
- C. 600 Hz
- D. 1200 Hz
Réponse
A. 300 Hz — Les harmoniques sont 600 = 2×300, 900 = 3×300, 1200 = 4×300. La fondamentale est f₀ = 300 Hz.
Dans la formule L = 10 log(I/I₀), si I = I₀, le niveau sonore vaut :
- A. 1 dB
- B. 10 dB
- C. 0 dB
- D. Indéfini
Réponse
C. 0 dB — L = 10 log(I₀/I₀) = 10 log(1) = 10 × 0 = 0 dB. C'est le seuil d'audibilité.
Une compression MP3 supprime prioritairement :
- A. Les harmoniques de haute amplitude
- B. Les sons proches du La 440 Hz
- C. Les composantes inaudibles ou masquées perceptuellement
- D. Les fréquences inférieures à 100 Hz
Réponse
C. Les composantes inaudibles ou masquées perceptuellement — Le MP3 exploite le masquage auditif : les sons peu ou non perçus par l'oreille sont supprimés pour réduire le débit.
Un signal audio de fmax = 20 kHz est échantillonné à fe = 30 kHz. Est-ce suffisant selon Shannon ?
- A. Oui, car 30 > 20
- B. Non, car il faut fe ≥ 2 × fmax = 40 kHz
- C. Oui, car 30 > 20/2
- D. Non, car il faut fe ≥ 10 × fmax
Réponse
B. Non, car il faut fe ≥ 2 × fmax = 40 kHz — Le théorème de Shannon exige fe ≥ 2 × fmax = 40 kHz. Avec fe = 30 kHz, on ne peut pas reproduire fidèlement les fréquences entre 15 et 20 kHz.
Le troisième harmonique d'une note de fondamentale f₀ est à :
- A. 2f₀
- B. 3f₀
- C. f₀/3
- D. 4f₀
Réponse
B. 3f₀ — Les harmoniques sont numérotés : 1er harmonique = 2f₀, 2e = 3f₀, 3e = 4f₀... Certains auteurs appellent le 3e harmonique la composante à 3f₀ (usage variable).
Lorsque la distance à la source sonore double, l'intensité sonore est divisée par :
- A. 2
- B. 4
- C. 8
- D. 10
Réponse
B. 4 — L'intensité d'une onde sphérique suit une loi en 1/r² : si r double, I est divisée par 4.
Quel est le niveau sonore d'un son d'intensité I = 10⁻⁹ W/m² ?
- A. 9 dB
- B. 30 dB
- C. 90 dB
- D. 3 dB
Réponse
B. 30 dB — L = 10 log(10⁻⁹/10⁻¹²) = 10 log(10³) = 10 × 3 = 30 dB.
Le phénomène par lequel un son fort masque un son plus faible de fréquence proche est appelé :
- A. Résonance
- B. Réverbération
- C. Masquage auditif
- D. Écho
Réponse
C. Masquage auditif — Le masquage auditif est la capacité d'un son fort à rendre un son plus faible imperceptible. C'est ce principe qu'exploite le codec MP3.
Un signal sonore de période T = 2 ms se propage dans l'air (v = 340 m/s). Sa longueur d'onde est :
- A. 680 m
- B. 0,68 m
- C. 0,68 mm
- D. 170 m
Réponse
B. 0,68 m — T = 2 ms = 0,002 s. λ = v × T = 340 × 0,002 = 0,68 m.
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