Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Le son : caractéristiques et perception
Ondes sonores, fréquence, niveau sonore et perception auditive — programme de 2nde (lycée général)
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
Le son est une onde :
- A. électromagnétique
- B. mécanique
- C. lumineuse
- D. gravitationnelle
Réponse
B. mécanique — Le son est une onde mécanique qui nécessite un milieu matériel pour se propager.
Le son peut-il se propager dans le vide ?
- A. Oui, toujours
- B. Non, jamais
- C. Oui, mais lentement
- D. Seulement à haute fréquence
Réponse
B. Non, jamais — Sans milieu matériel, il n'y a pas de propagation possible pour une onde mécanique.
L'unité de la fréquence est :
- A. Seconde (s)
- B. Mètre (m)
- C. Hertz (Hz)
- D. Watt (W)
Réponse
C. Hertz (Hz) — La fréquence se mesure en hertz (Hz), qui correspond à des oscillations par seconde.
Un son grave correspond à :
- A. Une fréquence élevée
- B. Une fréquence basse
- C. Une grande amplitude
- D. Une petite période
Réponse
B. Une fréquence basse — Grave = fréquence basse. Aigu = fréquence haute.
La relation entre période et fréquence est :
- A. $f = T$
- B. $f = T^2$
- C. $f = 1/T$
- D. $f = 2T$
Réponse
C. $f = 1/T$ — $f = 1/T$ : période et fréquence sont des inverses l'une de l'autre.
Dans l'air à 20 °C, la vitesse du son est environ :
- A. 3 × 10⁸ m/s
- B. 1500 m/s
- C. 340 m/s
- D. 100 m/s
Réponse
C. 340 m/s — 340 m/s dans l'air à 20 °C. 3 × 10⁸ m/s est la vitesse de la lumière.
Le niveau sonore s'exprime en :
- A. Joule
- B. Watt
- C. Décibel (dB)
- D. Hertz
Réponse
C. Décibel (dB) — Le niveau sonore L se mesure en décibels (dB).
Le seuil d'audibilité de l'oreille humaine est :
- A. 0 dB
- B. 20 dB
- C. 60 dB
- D. 120 dB
Réponse
A. 0 dB — 0 dB est par convention le seuil d'audibilité. À 120 dB, on atteint le seuil de douleur.
Le domaine audible de l'oreille humaine va de :
- A. 0 Hz à 20 Hz
- B. 20 Hz à 20 000 Hz
- C. 20 Hz à 200 000 Hz
- D. 1 Hz à 100 Hz
Réponse
B. 20 Hz à 20 000 Hz — L'oreille humaine perçoit les sons entre 20 Hz et 20 000 Hz (20 kHz).
Un ultrason est un son dont la fréquence est :
- A. inférieure à 20 Hz
- B. comprise entre 20 Hz et 20 kHz
- C. supérieure à 20 kHz
- D. égale à 440 Hz
Réponse
C. supérieure à 20 kHz — Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 000 Hz (20 kHz).
Le timbre d'un son est lié à :
- A. La fréquence fondamentale uniquement
- B. La forme du signal sonore
- C. L'amplitude du son
- D. La vitesse de propagation
Réponse
B. La forme du signal sonore — Le timbre dépend de la forme du signal, c'est-à-dire de la présence d'harmoniques.
Une conversation normale correspond à un niveau sonore de :
- A. 20 dB
- B. 40 dB
- C. 60 dB
- D. 80 dB
Réponse
C. 60 dB — 60 dB est le niveau typique d'une conversation normale.
Niveau moyen — 12 questions
Un son a une période $T = 2\,\text{ms}$. Sa fréquence est :
- A. 200 Hz
- B. 500 Hz
- C. 2000 Hz
- D. 0,002 Hz
Réponse
B. 500 Hz — $f = 1/T = 1/0{,}002 = 500\,\text{Hz}$.
Le tonnerre est entendu 5 s après l'éclair. La distance de l'orage est :
- A. 170 m
- B. 680 m
- C. 1700 m
- D. 3400 m
Réponse
C. 1700 m — $d = v \times \Delta t = 340 \times 5 = 1700\,\text{m}$.
La vitesse du son est la plus grande dans :
- A. L'air
- B. L'eau
- C. L'acier
- D. Le vide
Réponse
C. L'acier — Dans l'acier, v ≈ 5900 m/s, ce qui est bien supérieur à l'eau (1500 m/s) et à l'air (340 m/s).
On double l'intensité sonore $I$. Le niveau sonore $L$ :
- A. Double aussi
- B. Augmente de 3 dB
- C. Augmente de 10 dB
- D. Reste identique
Réponse
B. Augmente de 3 dB — Doubler I correspond à une augmentation de 3 dB (log₁₀(2) ≈ 0,3 → 3 dB).
Un son de fréquence $f = 1000\,\text{Hz}$ se propage dans l'air ($v = 340\,\text{m/s}$). Sa longueur d'onde est :
- A. 0,034 m
- B. 0,34 m
- C. 3,4 m
- D. 340 m
Réponse
B. 0,34 m — $\lambda = v/f = 340/1000 = 0{,}34\,\text{m}$.
Sur un oscilloscope (base de temps 1 ms/div), on lit 2 périodes en 6 divisions. La fréquence du signal est :
- A. 167 Hz
- B. 300 Hz
- C. 600 Hz
- D. 333 Hz
Réponse
D. 333 Hz — Période = 3 divisions × 1 ms/div = 3 ms. $f = 1/0{,}003 \approx 333\,\text{Hz}$.
Un sonar reçoit un écho $\Delta t = 0{,}2\,\text{s}$ après l'émission ($v = 1500\,\text{m/s}$). La distance de l'obstacle est :
- A. 300 m
- B. 150 m
- C. 75 m
- D. 600 m
Réponse
B. 150 m — $d = v \times \Delta t/2 = 1500 \times 0{,}2/2 = 150\,\text{m}$.
La limite réglementaire d'exposition professionnelle au bruit (8 h) est :
- A. 60 dB
- B. 80 dB
- C. 100 dB
- D. 120 dB
Réponse
B. 80 dB — La réglementation française fixe la limite à 80 dB moyen sur 8 h de travail.
Un infrason a une fréquence :
- A. Supérieure à 20 kHz
- B. Entre 20 Hz et 20 kHz
- C. Inférieure à 20 Hz
- D. Exactement égale à 20 Hz
Réponse
C. Inférieure à 20 Hz — Les infrasons ont une fréquence inférieure à 20 Hz, inaudibles pour l'humain.
Deux sons ont la même fréquence mais des formes de signal différentes. Ils ont :
- A. La même hauteur et le même timbre
- B. Le même timbre mais des hauteurs différentes
- C. La même hauteur mais des timbres différents
- D. Des hauteurs et des timbres différents
Réponse
C. La même hauteur mais des timbres différents — Même fréquence → même hauteur. Forme différente → timbre différent.
Un son de 120 dB est-il dangereux ?
- A. Non, c'est un niveau normal
- B. Oui, c'est le seuil de douleur
- C. Non, seulement au-dessus de 140 dB
- D. Oui, mais seulement après 8 h
Réponse
B. Oui, c'est le seuil de douleur — 120 dB est le seuil de douleur ; une exposition même brève peut causer des dommages irréversibles.
Quelle propriété du son change entre deux instruments jouant la même note ?
- A. La hauteur
- B. La fréquence fondamentale
- C. Le timbre
- D. La période
Réponse
C. Le timbre — La hauteur (et donc $f_0$ et $T$) est identique. Seul le timbre (forme du signal) diffère.
Niveau difficile — 12 questions
Un son a une fréquence $f = 250\,\text{Hz}$. Sa période est :
- A. 4 s
- B. 4 ms
- C. 0,4 ms
- D. 25 ms
Réponse
B. 4 ms — $T = 1/250 = 0{,}004\,\text{s} = 4\,\text{ms}$.
On augmente le niveau sonore de 20 dB. L'intensité sonore $I$ est multipliée par :
- A. 2
- B. 10
- C. 100
- D. 20
Réponse
C. 100 — +10 dB → ×10 ; +20 dB → ×100 (car 10² = 100).
Un son de fréquence $f = 500\,\text{Hz}$ se propage dans l'eau ($v = 1500\,\text{m/s}$). Sa longueur d'onde vaut :
- A. 0,68 m
- B. 3 m
- C. 0,34 m
- D. 7,5 m
Réponse
B. 3 m — $\lambda = v/f = 1500/500 = 3\,\text{m}$.
Sur un oscilloscope (base de temps 0,5 ms/div, sensibilité 10 mV/div), une sinusoïde a une période de 4 divisions et une amplitude de 3 divisions. La fréquence et l'amplitude sont :
- A. 500 Hz et 30 mV
- B. 500 Hz et 15 mV
- C. 250 Hz et 30 mV
- D. 250 Hz et 15 mV
Réponse
A. 500 Hz et 30 mV — $T = 4 \times 0{,}5 = 2\,\text{ms}$ → $f = 500\,\text{Hz}$. Amplitude = 3 × 10 = 30 mV.
Une chauve-souris émet à $f = 80\,\text{kHz}$ et reçoit l'écho après $\Delta t = 6\,\text{ms}$ ($v = 340\,\text{m/s}$). La distance de la proie est :
- A. 1,02 m
- B. 2,04 m
- C. 0,51 m
- D. 4,08 m
Réponse
A. 1,02 m — $d = v \times \Delta t/2 = 340 \times 0{,}006/2 = 1{,}02\,\text{m}$.
Un ingénieur du son veut réduire le niveau sonore de 10 dB. Il doit :
- A. Diviser l'amplitude par 2
- B. Diviser l'intensité par 10
- C. Diminuer la fréquence de 10 Hz
- D. Réduire la distance de la source de 10 m
Réponse
B. Diviser l'intensité par 10 — −10 dB correspond à diviser l'intensité $I$ par 10.
Deux signaux A et B ont les mêmes fréquence et amplitude mais des formes différentes. Laquelle de ces affirmations est correcte ?
- A. Ils ont la même hauteur, le même timbre et la même intensité
- B. Ils ont la même hauteur et la même intensité, mais des timbres différents
- C. Ils ont le même timbre mais des hauteurs différentes
- D. Ils ont des hauteurs et des intensités différentes
Réponse
B. Ils ont la même hauteur et la même intensité, mais des timbres différents — Même fréquence → même hauteur. Même amplitude → même intensité. Forme différente → timbre différent.
Un ouvrier travaille à 90 dB pendant 4 h. Par rapport à la limite de 80 dB/8 h, son exposition est :
- A. Inférieure à la limite
- B. Exactement à la limite
- C. Supérieure à la limite
- D. Sans risque car la durée est courte
Réponse
C. Supérieure à la limite — 90 dB est 10 dB au-dessus de la limite, ce qui correspond à ×10 l'intensité ; même réduit à 4 h, l'exposition est excessive.
La longueur d'onde d'un son de 20 Hz dans l'air ($v = 340\,\text{m/s}$) est :
- A. 0,017 m
- B. 1,7 m
- C. 17 m
- D. 170 m
Réponse
C. 17 m — $\lambda = v/f = 340/20 = 17\,\text{m}$.
Quelle propriété différencie la hauteur d'un son du timbre ?
- A. La hauteur dépend de l'amplitude, le timbre de la fréquence
- B. La hauteur dépend de la fréquence fondamentale, le timbre de la forme du signal
- C. La hauteur dépend de la période, le timbre de l'amplitude
- D. Elles dépendent toutes deux de la fréquence fondamentale uniquement
Réponse
B. La hauteur dépend de la fréquence fondamentale, le timbre de la forme du signal — Hauteur → $f_0$. Timbre → forme du signal (harmoniques).
Un microphone capte un son et affiche un signal non sinusoïdal sur l'oscilloscope. Cela signifie que le son :
- A. N'est pas périodique
- B. Contient plusieurs harmoniques
- C. A une fréquence nulle
- D. N'a pas de timbre
Réponse
B. Contient plusieurs harmoniques — Un signal non sinusoïdal est la somme de plusieurs sinusoïdes de fréquences multiples (harmoniques).
Des bouchons d'oreilles atténuent de 25 dB. À un concert à 105 dB, l'oreille protégée reçoit :
- A. 80 dB
- B. 85 dB
- C. 130 dB
- D. 4,2 dB
Réponse
A. 80 dB — 105 − 25 = 80 dB. On soustrait l'atténuation du niveau mesuré.
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