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Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

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Son : émission, propagation et perception

Émission par une vibration et caisse de résonance ; propagation dans un milieu matériel ; vitesse du son et sa mesure ; période et fréquence d’un signal sonore, microcontrôleur ; hauteur, timbre, domaines de fréquences ; intensité, niveau d’intensité sonore et risques auditifs.

À propos de cette page
Un QCM sur le son en trois niveaux de douze questions : les repères (vitesse, fréquence, hauteur, timbre, décibels), les applications (conversions, écho, octave, durée d’exposition), puis les raisonnements (amplitude, mesure, microcontrôleur, oscilloscope, fonction périodique). Chaque réponse est expliquée.

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

  1. À quoi sert la caisse d’une guitare classique ?

    • A. À changer la note jouée
    • B. À protéger les cordes des chocs
    • C. À mettre plus d’air en mouvement
    • D. À ralentir la vibration des cordes
    Réponse

    C. À mettre plus d’air en mouvement — La caisse de résonance vibre avec les cordes : sa grande surface met beaucoup plus d’air en mouvement, ce qui amplifie le son. Elle ne change pas la note jouée.

  2. Un son pur correspond à un signal…

    • A. sinusoïdal
    • B. en créneaux
    • C. non périodique
    • D. en dents de scie
    Réponse

    A. sinusoïdal — Un son pur, comme celui d’un diapason, donne un signal sinusoïdal. Un signal périodique d’une autre forme correspond à un son complexe ; un bruit n’est pas périodique.

  3. Dans l’air à 20 °C, la vitesse du son vaut environ…

    • A. 1 480 m/s
    • B. 34 m/s
    • C. 3,00 × 10⁸ m/s
    • D. 343 m/s
    Réponse

    D. 343 m/s — Dans l’air à 20 °C, le son va à 343 m/s. 1 480 m/s est sa vitesse dans l’eau, 3,00 × 10⁸ m/s celle de la lumière.

  4. La fréquence f d’un son de période T vaut…

    • A. f = 2 × T
    • B. f = 1 ÷ T
    • C. f = T ÷ 2
    • D. f = T × 1 000
    Réponse

    B. f = 1 ÷ T — La fréquence est le nombre de périodes par seconde : f = 1 ÷ T, avec T en secondes et f en hertz. Plus la période est courte, plus la fréquence est élevée.

  5. Un son est d’autant plus aigu que…

    • A. sa période est grande
    • B. son amplitude est grande
    • C. son niveau sonore est élevé
    • D. sa fréquence est élevée
    Réponse

    D. sa fréquence est élevée — La hauteur dépend de la fréquence : une fréquence élevée donne un son aigu. Une grande période correspond au contraire à un son grave ; l’amplitude règle la force.

  6. Le niveau d’intensité sonore se mesure avec…

    • A. un oscilloscope
    • B. un sonomètre
    • C. un voltmètre
    • D. un chronomètre
    Réponse

    B. un sonomètre — Le sonomètre affiche directement le niveau d’intensité sonore, en décibels. L’oscilloscope montre la tension délivrée par un micro au cours du temps.

  7. Deux instruments jouent la même note avec la même force. On les distingue par…

    • A. leur timbre
    • B. leur hauteur
    • C. leur fréquence
    • D. leur période
    Réponse

    A. leur timbre — Même note : même fréquence, donc même période et même hauteur. Ce qui diffère est la forme du signal, c’est-à-dire le timbre.

  8. Une exposition prolongée à plus de 85 dB…

    • A. est sans danger si le son est grave
    • B. provoque aussitôt une vive douleur
    • C. peut abîmer l’oreille pour toujours
    • D. n’abîme l’oreille que chez l’enfant
    Réponse

    C. peut abîmer l’oreille pour toujours — Au-delà d’environ 85 dB, une exposition prolongée détruit des cellules ciliées de l’oreille interne, qui ne se régénèrent pas. La douleur n’apparaît que vers 120 dB.

  9. Dans une chaîne de mesure, le microphone transforme…

    • A. une tension électrique en son
    • B. la pression de l’air en tension
    • C. le son en signal lumineux
    • D. une fréquence en amplitude
    Réponse

    B. la pression de l’air en tension — Le microphone est un capteur : il convertit les variations de pression de l’air en une tension électrique, que l’interface d’acquisition enregistre.

  10. Une oreille humaine jeune entend les sons dont la fréquence est comprise entre…

    • A. 20 Hz et 2 kHz
    • B. 2 Hz et 20 kHz
    • C. 200 Hz et 200 kHz
    • D. 20 Hz et 20 kHz
    Réponse

    D. 20 Hz et 20 kHz — Une oreille jeune perçoit les sons de 20 Hz à 20 kHz environ : en dessous, ce sont des infrasons ; au-dessus, des ultrasons.

  11. Monter d’une octave revient à…

    • A. doubler la période
    • B. ajouter 2 Hz à la fréquence
    • C. doubler la fréquence
    • D. doubler l’amplitude
    Réponse

    C. doubler la fréquence — Une octave plus haut, la fréquence est multipliée par 2 et la période divisée par 2. L’amplitude n’a rien à voir avec la hauteur.

  12. Le son ne se propage pas dans le vide, car…

    • A. rien n’y transmet la vibration
    • B. le vide est bien trop froid
    • C. la lumière l’y arrête
    • D. il y va bien trop vite
    Réponse

    A. rien n’y transmet la vibration — Le son est une onde mécanique : il faut un milieu matériel dont chaque tranche pousse la suivante. Dans le vide, il n’y a rien pour transmettre la vibration.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Un signal a une période de 0,625 ms. Sa fréquence vaut…

    • A. 1,6 kHz
    • B. 1,6 Hz
    • C. 625 Hz
    • D. 16 kHz
    Réponse

    A. 1,6 kHz — f = 1 ÷ (0,625 × 10⁻³) = 1 600 Hz = 1,6 kHz. Oublier de convertir les ms en s donnerait 1,6 Hz.

  2. Sur un enregistrement, 6 périodes occupent 8,4 ms. La fréquence vaut environ…

    • A. 119 Hz
    • B. 0,71 Hz
    • C. 1,4 kHz
    • D. 714 Hz
    Réponse

    D. 714 Hz — T = 8,4 ÷ 6 = 1,4 ms, donc f = 1 ÷ 0,0014 ≈ 714 Hz. 119 Hz correspond à l’oubli de la division par 6 (1 ÷ 0,0084).

  3. Un coup frappé sur une longue canalisation en acier parcourt 1,03 km en 0,20 s. La vitesse du son dans cet acier vaut…

    • A. 5,15 m/s
    • B. 5 150 m/s
    • C. 206 m/s
    • D. 0,19 m/s
    Réponse

    B. 5 150 m/s — v = d ÷ Δt = 1 030 ÷ 0,20 = 5 150 m/s. Garder les kilomètres donne 5,15 ; multiplier au lieu de diviser donne 206.

  4. Dans l’eau de mer (environ 1 500 m/s), le bruit du moteur d’un navire atteint un nageur en 0,24 s. Le nageur est à…

    • A. 6 250 m
    • B. 3,6 km
    • C. 360 m
    • D. 36 m
    Réponse

    C. 360 m — d = v × Δt = 1 500 × 0,24 = 360 m. 6 250 m correspond au calcul faux v ÷ Δt.

  5. Une note a une fréquence de 415 Hz. Une octave plus haut, sa fréquence vaut…

    • A. 207,5 Hz
    • B. 830 Hz
    • C. 417 Hz
    • D. 1 245 Hz
    Réponse

    B. 830 Hz — Monter d’une octave multiplie la fréquence par 2 : 2 × 415 = 830 Hz. 207,5 Hz correspond à l’octave en dessous.

  6. Un son a une période de 40 ms. Ce son est…

    • A. un infrason (25 Hz)
    • B. un ultrason (25 kHz)
    • C. audible et grave (25 Hz)
    • D. audible et aigu (25 kHz)
    Réponse

    C. audible et grave (25 Hz) — f = 1 ÷ 0,040 = 25 Hz : c’est juste au-dessus de 20 Hz, donc un son audible, très grave. 25 kHz viendrait d’une période de 40 µs.

  7. Un écho revient 0,60 s après un cri, avec v = 345 m/s. L’obstacle est à environ…

    • A. 207 m
    • B. 52 m
    • C. 575 m
    • D. 104 m
    Réponse

    D. 104 m — Le son parcourt l’aller-retour 2d : d = 345 × 0,60 ÷ 2 ≈ 104 m. 207 m est la distance totale parcourue par le son.

  8. Le niveau passe de 85 dB à 95 dB. L’intensité sonore est…

    • A. multipliée par 10
    • B. multipliée par 2
    • C. augmentée de 10 %
    • D. multipliée par 1,1
    Réponse

    A. multipliée par 10 — Ajouter 10 dB revient à multiplier l’intensité par 10 ; la doubler n’ajoute que 3 dB. L’échelle des décibels n’est pas proportionnelle.

  9. À 85 dB, on admet 8 h d’exposition par jour, durée divisée par 2 tous les 3 dB. À 115 dB, la durée maximale est d’environ…

    • A. 4 minutes
    • B. 15 minutes
    • C. 28 secondes
    • D. 1 heure
    Réponse

    C. 28 secondes — 115 − 85 = 30 dB, soit 10 tranches : 8 h ÷ 2¹⁰ = 8 h ÷ 1 024 ≈ 0,0078 h, soit environ 28 s.

  10. Un élève lit T = 2,5 ms et écrit f = 1 ÷ 2,5 = 0,4 Hz. Son erreur :

    • A. T est en ms : f = 400 Hz
    • B. il fallait écrire f = 2,5 Hz
    • C. il fallait multiplier T par 2
    • D. aucune erreur : f = 0,4 Hz
    Réponse

    A. T est en ms : f = 400 Hz — La période doit être en secondes : f = 1 ÷ 0,0025 = 400 Hz, un son audible ; 0,4 Hz serait un infrason.

  11. Deux micros sont à 0,68 m l’un de l’autre ; le son atteint le second 2,0 ms après le premier. Vitesse du son :

    • A. 0,34 m/s
    • B. 340 m/s
    • C. 1,36 m/s
    • D. 2,9 m/s
    Réponse

    B. 340 m/s — v = d ÷ Δt = 0,68 ÷ 0,0020 = 340 m/s. Garder les ms donne 0,34 ; multiplier d par Δt donne 1,36 ; diviser Δt par d donne environ 2,9.

  12. Un son a une fréquence de 2,5 kHz. Sa période vaut…

    • A. 2,5 ms
    • B. 4,0 ms
    • C. 0,40 s
    • D. 0,40 ms
    Réponse

    D. 0,40 ms — T = 1 ÷ 2 500 = 0,0004 s = 0,40 ms. 0,40 s oublie le facteur 1 000 de la conversion des kHz.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. On double l’amplitude d’un signal sonore sans changer sa période. Alors…

    • A. le son devient plus aigu et plus fort
    • B. le timbre change forcément
    • C. la fréquence est doublée aussi
    • D. le son est plus fort, de même hauteur
    Réponse

    D. le son est plus fort, de même hauteur — La période, donc la fréquence et la hauteur, ne change pas ; seule l’amplitude augmente : le son est perçu plus fort.

  2. Un élève affirme : « Le son transporte l’air de la source jusqu’à l’oreille. » C’est…

    • A. vrai : l’air va jusqu’au tympan
    • B. faux : l’énergie avance, pas l’air
    • C. vrai dans l’air, faux dans l’eau
    • D. faux : le son passe dans le vide
    Réponse

    B. faux : l’énergie avance, pas l’air — Chaque tranche d’air oscille autour de sa position puis y revient : le son transfère de l’énergie sans transport de matière.

  3. Avec l’âge, la limite haute des fréquences audibles…

    • A. monte jusqu’à 40 kHz
    • B. reste fixée à 20 kHz
    • C. diminue nettement
    • D. descend sous 20 Hz
    Réponse

    C. diminue nettement — La valeur de 20 kHz vaut pour une oreille jeune ; avec l’âge et les expositions au bruit, les sons les plus aigus ne sont plus perçus.

  4. Un diapason donne un son pur de 440 Hz ; un saxophone joue un son complexe de période 4,54 ms. Le saxophone joue…

    • A. une octave plus grave, avec un autre timbre
    • B. la même note, avec un autre timbre
    • C. une octave plus aiguë, avec le même timbre
    • D. une octave plus aiguë, avec un autre timbre
    Réponse

    A. une octave plus grave, avec un autre timbre — f = 1 ÷ 0,00454 ≈ 220 Hz, la moitié de 440 Hz : une octave plus grave. Son pur (sinusoïdal) contre son complexe : les formes diffèrent, donc les timbres aussi.

  5. Pour calculer une distance à partir du retard entre ce que l’on voit et ce que l’on entend, on néglige la durée de trajet de la lumière, car…

    • A. la lumière se propage en une durée nulle
    • B. la lumière et le son vont aussi vite
    • C. la lumière va près d’un million de fois plus vite
    • D. la détonation part après la lumière
    Réponse

    C. la lumière va près d’un million de fois plus vite — La lumière (3,00 × 10⁸ m/s) va près d’un million de fois plus vite que le son : sa durée de trajet, quelques microsecondes, est négligeable, mais pas nulle.

  6. Le niveau d’intensité sonore passe de 80 dB à 90 dB, puis de 90 dB à 93 dB. Au total, l’intensité sonore est…

    • A. multipliée par 20
    • B. multipliée par 12
    • C. multipliée par 13
    • D. multipliée par 1,16
    Réponse

    A. multipliée par 20 — + 10 dB multiplie l’intensité par 10, puis + 3 dB la multiplie par 2 : au total × 10 × 2 =  × 20. Les facteurs se multiplient ; on n’ajoute pas 10 et 2.

  7. Pour mesurer une période avec précision, on mesure plusieurs périodes et on divise, car…

    • A. la période change d’un motif à l’autre
    • B. l’erreur de lecture est alors partagée
    • C. une seule période ne se voit pas
    • D. l’amplitude grandit sur plusieurs motifs
    Réponse

    B. l’erreur de lecture est alors partagée — L’erreur de lecture (une fraction de division) est la même sur une ou plusieurs périodes ; divisée par le nombre de périodes, elle pèse beaucoup moins sur T.

  8. Un sonomètre placé à 1 m d’une enceinte affiche plus qu’à 10 m, car…

    • A. la fréquence baisse avec la distance
    • B. le son ralentit en s’éloignant
    • C. le timbre change avec la distance
    • D. l’intensité baisse quand on s’éloigne
    Réponse

    D. l’intensité baisse quand on s’éloigne — L’intensité sonore, puissance reçue par unité de surface, diminue quand on s’éloigne de la source : le niveau en dB baisse. La fréquence et la vitesse ne changent pas.

  9. Une carte à microcontrôleur met sa sortie à 5 V pendant 625 µs, puis à 0 V pendant 625 µs, en boucle. Le son émis a une fréquence de…

    • A. 800 Hz
    • B. 1 600 Hz
    • C. 1,25 kHz
    • D. 400 Hz
    Réponse

    A. 800 Hz — La période est le motif complet : T = 625 + 625 = 1 250 µs = 0,00125 s, donc f = 1 ÷ 0,00125 = 800 Hz. Prendre 625 µs pour la période donnerait 1 600 Hz.

  10. Deux micros à 1,20 m l’un de l’autre enregistrent un claquement avec un retard de 3,5 ms. À 0,60 m l’un de l’autre, le retard serait…

    • A. d’environ 7,0 ms
    • B. toujours de 3,5 ms
    • C. d’environ 1,75 ms
    • D. d’environ 0,88 ms
    Réponse

    C. d’environ 1,75 ms — Le retard est proportionnel à la distance entre les micros : distance divisée par 2, retard divisé par 2, soit 1,75 ms.

  11. Sur un oscilloscope de 10 divisions, on veut voir au moins 2 périodes d’un son de 50 Hz. Le plus petit balayage qui convient est…

    • A. 2 ms/div
    • B. 0,4 ms/div
    • C. 10 ms/div
    • D. 4 ms/div
    Réponse

    D. 4 ms/div — T = 1 ÷ 50 = 0,02 s, soit 20 ms ; 2 périodes durent 40 ms, à répartir sur 10 divisions : 4 ms/div au moins. À 2 ms/div, l’écran ne montre que 20 ms, une seule période.

  12. Une tension vérifie u(t + 1,8 ms) = u(t) pour tout instant t, et aucune durée plus courte ne convient. Ce signal…

    • A. est périodique, de fréquence ≈ 278 Hz
    • B. est périodique, de fréquence ≈ 556 Hz
    • C. est périodique, de fréquence ≈ 0,56 Hz
    • D. n’est pas périodique, car u varie
    Réponse

    B. est périodique, de fréquence ≈ 556 Hz — u(t + T) = u(t) pour tout t définit une fonction périodique ; la plus petite durée qui convient est la période : T = 1,8 ms = 0,0018 s, donc f = 1 ÷ 0,0018 ≈ 556 Hz. 0,56 Hz oublie la conversion ; 278 Hz prend 2T pour la période.

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