Émission et perception d'un son

Pour chaque proposition, indique la (ou les) bonne(s) réponse(s).

1. La vitesse de propagation du son dans l'air à 20 °C est environ :

   • (a) 340 km·h⁻¹ ;
   • (b) 340 m·s⁻¹ ;
   • (c) 340 km·s⁻¹.

2. La vitesse des ultrasons est :

   • (a) supérieure à celle des sons audibles ;
   • (b) égale à celle des sons audibles ;
   • (c) inférieure ;
   • (d) différente.

3. Un signal sonore peut se propager dans :

   • (a) un gaz ;
   • (b) un liquide ;
   • (c) un solide ;
   • (d) le vide.

4. L'oreille humaine est sensible aux fréquences comprises entre :

   • (a) 20 Hz et 200 Hz ;
   • (b) 20 Hz et 2000 Hz ;
   • (c) 20 Hz et 20 000 Hz.

5. L'unité du niveau sonore est :

   • (a) hertz (Hz) ;
   • (b) seconde (s) ;
   • (c) décibel (dB) ;
   • (d) volt (V).

La pyramide maya de Kukulcán au Mexique renvoie un écho particulier qui ressemble au cri d'un oiseau. Un touriste placé à une distance d de la pyramide entend l'écho $30\ \text{ms}$ après avoir claqué dans ses mains.

1. Identifier la distance parcourue par le son entre le claquement et l'écho perçu.
2. Calculer la distance d qui sépare le touriste de la pyramide.

Donnée : vitesse du son dans l'air $v = 340\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$.

Lors d'un orage, Marion compte $5\ \text{s}$ entre l'observation de l'éclair et le grondement du tonnerre.

1. Évalue la distance séparant Marion de l'orage en mètres puis en kilomètres.
2. Calculer la durée mise par la lumière de l'éclair pour atteindre Marion. Donnée : vitesse de la lumière $c = 3{,}00 \times 10^{8}\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$.
3. Expliquer pourquoi on néglige la durée de propagation de la lumière.

Donnée : vitesse du son dans l'air $v = 340\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$.

Un musicien joue un « la » avec sa flûte. Le signal sonore est enregistré à l'oscilloscope :

1. Le signal est-il périodique ? Justifier.
2. Si oui, mesure la période T de la note.
3. Calculer la fréquence f du son émis.
4. Ce son est-il audible par l'oreille humaine ? Justifier.

Un haut-parleur de qualité doit pouvoir reproduire les sons à diverses fréquences avec une intensité convenable : le niveau sonore acceptable doit être d'au moins $L_\text{seuil} = 95\ \text{dB}$. La courbe ci-dessous représente le niveau sonore (en dB) émis par le haut-parleur en fonction de la fréquence (en Hz).

1. Pour un son de fréquence $f = 200\ \text{Hz}$, relève le niveau sonore émis par le haut-parleur.
2. Pour $f = 40\ \text{Hz}$, quel est le niveau sonore atteint ? Est-ce acceptable ?
3. Sur quel intervalle de fréquences ce haut-parleur est-il acceptable ?

On enregistre trois sons (A), (B) et (C) à l'oscilloscope. L'axe des temps est gradué en ms et l'axe des tensions en V.

1. Identifier les sons de même hauteur et le (ou les) son(s) le(s) plus aigu(s).
2. Indiquer la caractéristique qui permet de distinguer le son A du son B.

Le violon est un instrument à cordes frottées par un archet, solidaire d'une caisse de résonance en bois. La figure 1 (en haut) représente l'enregistrement du son émis par un violon de niveau $L = 60\ \text{dB}$. La figure 2 (en bas) représente le son émis par un diapason de même fréquence que le violon, la période lue est $T = 1{,}136\ \text{ms}$.

Donnée : à chaque fois qu'on double le nombre d'instruments jouant à la même intensité, le niveau sonore augmente de 3 dB.

1. Indiquer le rôle des cordes et de la caisse de résonance dans le violon.
2. Expliquer comment l'air participe à la propagation du signal sonore du violon vers l'oreille.
3. Montrer que la fréquence du son émis par le diapason vaut $880\ \text{Hz}$ (le la₄, une octave au-dessus du la 440). Quelle est alors la fréquence du son du violon ?
4. Expliquer pourquoi les sons du violon et du diapason sont perçus différemment par l'oreille.
5. L'exposition prolongée à un seul violon (60 dB) est-elle dangereuse ?
6. Un orchestre symphonique compte 64 premiers violons jouant avec la même intensité (60 dB chacun). Calculer le niveau sonore total. Est-ce dangereux ?