Quiz: Acoustique et ondes sonores — 19 questions

1. Quelle définition décrit correctement une onde mécanique ?

A. La répétition locale d’un mouvement sans transmission de proche en proche

B. Le déplacement permanent de matière d’un point vers un autre, sans déformation du milieu

C. La propagation d’une perturbation dans le vide avec transport d’énergie et de matière

D. La propagation d’une déformation de proche en proche sans transport de matière, dans un milieu matériel

Answer: (D)

Explanation

Une onde mécanique correspond à la propagation d’une déformation de proche en proche, sans transport global de matière, et nécessite un milieu matériel.

2. Comment une onde sonore se propage-t-elle dans un milieu matériel ?

A. Par une émission successive de particules sonores dans le milieu

B. Par un déplacement global du milieu dans la direction du son

C. Par une variation de pression transmise de proche en proche

D. Par une variation de température indépendante de la pression

Answer: (C)

Explanation

Une onde sonore est une onde mécanique constituée d’une variation de pression qui se transmet de proche en proche dans un milieu matériel.

3. Quelle distinction caractérise les ondes acoustiques dans les fluides et les solides ?

A. Elles sont transversales dans les fluides et longitudinales dans tous les solides

B. Elles sont longitudinales dans les fluides et peuvent être longitudinales ou transversales dans les solides

C. Elles sont longitudinales dans les deux milieux, sans possibilité de mouvement transversal

D. Elles sont transversales dans les deux milieux, avec une exception pour les gaz

Answer: (B)

Explanation

Dans les fluides, les ondes acoustiques sont longitudinales. Dans les solides, elles peuvent être longitudinales ou transversales.

4. Que représente la période temporelle T d’une onde ?

A. La distance parcourue par l’onde pendant une oscillation

B. La plus petite durée au bout de laquelle un point du milieu retrouve le même état physique

C. L’élongation maximale d’une particule par rapport à l’équilibre

D. Le nombre de répétitions du phénomène pendant une seconde

Answer: (B)

Explanation

La période est une durée, exprimée en secondes, correspondant au plus petit intervalle au bout duquel un point retrouve le même état physique. La fréquence mesure, elle, un nombre de répétitions par seconde.

5. Une onde a une période de 0,002 s. Quelle est sa fréquence ?

A. 0,0005 Hz

B. 2 Hz

C. 500 Hz

D. 2000 Hz

Answer: (C)

Explanation

On utilise la relation f = 1/T. Ainsi, f = 1/0,002 = 500 Hz.

6. Une onde se propage à 340 m·s⁻¹ avec une fréquence de 680 Hz. Quelle est sa longueur d’onde ?

A. 340 m

B. 1 020 m

C. 2,0 m

D. 0,50 m

Answer: (D)

Explanation

La longueur d’onde vaut λ = c/f, donc λ = 340/680 = 0,50 m.

7. Quelle relation permet de calculer la célérité d’une onde acoustique dans un milieu ?

A. c = k + ρ

B. c = √(k/ρ)

C. c = kρ

D. c = √(ρ/k)

Answer: (B)

Explanation

La célérité acoustique se calcule par c = √(k/ρ), où k est le module de compressibilité et ρ la masse volumique du milieu.

8. À 25 °C, dans quel milieu le son se propage-t-il avec la plus grande célérité parmi l’air, l’eau et l’acier ?

A. Dans l’acier, avec une célérité d’environ 5 500 m·s⁻¹

B. Dans l’eau, avec une célérité d’environ 1 500 m·s⁻¹

C. Les trois milieux présentent la même célérité, car elle ne dépend pas du milieu

D. Dans l’air, avec une célérité d’environ 347 m·s⁻¹

Answer: (A)

Explanation

À 25 °C, la célérité vaut environ 347 m·s⁻¹ dans l’air, 1 500 m·s⁻¹ dans l’eau et 5 500 m·s⁻¹ dans l’acier. Elle est donc maximale dans l’acier.

9. Laquelle de ces descriptions distingue correctement un son pur, un son complexe et un bruit ?

A. Un son pur possède une seule fréquence, un son complexe plusieurs fréquences périodiques et un bruit un grand nombre de fréquences non périodiques

B. Un son pur rassemble un grand nombre de fréquences, tandis qu’un son complexe et un bruit sont sinusoïdaux

C. Un son pur possède plusieurs fréquences, un son complexe une seule fréquence et un bruit quelques fréquences périodiques

D. Un son pur et un son complexe sont non périodiques, tandis qu’un bruit est sinusoïdal

Answer: (A)

Explanation

Un son pur est sinusoïdal et ne comporte qu’une fréquence. Un son complexe est périodique et constitué de plusieurs fréquences, tandis qu’un bruit n’est pas périodique et rassemble de nombreuses fréquences.

10. Un signal sonore est périodique avec une période de 5 ms. Quelle est sa fréquence fondamentale ?

A. 500 Hz

B. 200 Hz

C. 100 Hz

D. 50 Hz

Answer: (B)

Explanation

La fréquence fondamentale vérifie f₀ = 1/T. Avec T = 0,005 s, on obtient f₀ = 1/0,005 = 200 Hz.

11. Un son possède une fréquence fondamentale de 250 Hz. À quelle fréquence se situe son harmonique de rang 4 ?

A. 1 000 Hz

B. 62,5 Hz

C. 500 Hz

D. 250 Hz

Answer: (A)

Explanation

La fréquence de l’harmonique de rang k est fₖ = k × f₀. Ainsi, f₄ = 4 × 250 = 1 000 Hz ; une harmonique est donc un multiple entier de la fondamentale.

12. Comment classe-t-on un son de fréquence 18 000 Hz ?

A. Comme un bruit nécessairement non périodique

B. Comme un son audible

C. Comme un ultrason

D. Comme un infrason

Answer: (B)

Explanation

Les sons audibles se situent entre 20 Hz et 20 000 Hz. Une fréquence de 18 000 Hz appartient donc au domaine audible.

13. Une source ponctuelle isotrope émet une puissance acoustique P à une distance r. Quelle expression donne l’intensité acoustique reçue ?

A. I = P/r

B. I = P/(4πr)

C. I = P/(4πr²)

D. I = 4πPr²

Answer: (C)

Explanation

Pour une source ponctuelle isotrope, la puissance se répartit sur une sphère de surface 4πr². L’intensité vaut donc I = P/(4πr²).

14. Quelle relation relie l’intensité acoustique I à la pression acoustique p dans un milieu de masse volumique ρ et de célérité c ?

A. I = p²/(ρc)

B. I = p/(ρc)

C. I = ρc/p²

D. I = ρcp²

Answer: (A)

Explanation

La relation entre intensité et pression acoustiques est I = p²/(ρc). La pression intervient donc au carré dans cette expression.

15. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité acoustique à partir de l’intensité I ?

A. Lᵢ = 10 log(I₀/I)

B. Lᵢ = 20 log(I/I₀)

C. Lᵢ = I/I₀

D. Lᵢ = 10 log(I/I₀)

Answer: (D)

Explanation

Le niveau d’intensité acoustique est défini par Lᵢ = 10 log(I/I₀), avec I₀ = 10⁻¹² W·m⁻². Le facteur 20 concerne le niveau de pression acoustique.

16. Deux sources sonores indépendantes produisent des niveaux N₁ et N₂. Quelle formule permet de calculer leur niveau total ?

A. NTotal = N₁ + N₂

B. NTotal = 10 log(10ᴺ¹⧸¹⁰ + 10ᴺ²⧸¹⁰)

C. NTotal = 10 log(10ᴺ¹ + 10ᴺ²)

D. NTotal = 20 log(10ᴺ¹⧸²⁰ + 10ᴺ²⧸²⁰)

Answer: (B)

Explanation

Les contributions de sources indépendantes doivent être additionnées sur une échelle linéaire avant de revenir aux décibels : NTotal = 10 log(Σ10ᴺⁱ⧸¹⁰).

17. Une source sonore est observée à deux distances, sans obstacle entre la source et l’observateur. Quelle grandeur décrit la diminution du niveau due à cet éloignement ?

A. L’atténuation géométrique, A géo = L₁ − L₂ = 10 log(I₁/I₂)

B. La réflexion, A géo = L₁ + L₂

C. La diffraction, A géo = 20 log(I₁/I₂)

D. La pondération fréquentielle, A géo = 10 log(I₂/I₁)

Answer: (A)

Explanation

L’atténuation géométrique correspond à la diminution du niveau liée à l’éloignement en l’absence d’obstacle. Elle vérifie A géo = L₁ − L₂ = 10 log(I₁/I₂).

18. Quel effet une exposition prolongée à des niveaux sonores supérieurs à 90 dB peut-elle provoquer ?

A. Une perte d’audition temporaire ou durable, potentiellement irréversible

B. Une modification de la célérité du son dans l’air

C. Une diminution systématique de la fréquence des sons perçus

D. Une amélioration durable de la sensibilité auditive

Answer: (A)

Explanation

Une exposition prolongée au-dessus de 90 dB peut entraîner une perte d’audition temporaire ou durable, parfois irréversible. Le risque augmente avec l’intensité, la fréquence et la durée d’exposition.

19. Quelle distinction caractérise correctement le bruit blanc et le bruit rose ?

A. Le bruit blanc a une énergie constante par bande d’octave, tandis que le bruit rose est constant à chaque fréquence

B. Le bruit blanc est périodique, tandis que le bruit rose est sinusoïdal

C. Le bruit blanc a une énergie spectrale constante quelle que soit la fréquence, tandis que le bruit rose diminue de 3 dB par bande d’octave

D. Le bruit blanc diminue de 3 dB par bande d’octave, tandis que le bruit rose a une énergie spectrale constante à chaque fréquence

Answer: (C)

Explanation

Le bruit blanc possède une énergie spectrale constante à toutes les fréquences. Le bruit rose possède une énergie constante par bande d’octave, avec une diminution de 3 dB de l’énergie spectrale par bande.