Exercices — Émission et perception d'un son

1. Le son se propage dans le vide à 340 m/s.
2. Plus la fréquence d'un son est grande, plus il est aigu.
3. Deux instruments qui jouent la même note produisent des signaux de même forme.
4. Un son de 25 kHz est un ultrason.
5. Un niveau sonore de 60 dB est deux fois plus dangereux qu'un niveau de 30 dB.

1. Calculer la fréquence d'un signal de période \(T = 2{,}5\ \text{ms}\). Le son est-il audible ?
2. Même question pour \(T = 50\ \mu\text{s}\) (\(1\ \mu\text{s} = 10^{-6}\ \text{s}\)).
3. Calculer la période du son de fréquence 50 Hz émis par un transformateur.

Léo voit un éclair, puis entend le tonnerre 4,5 s plus tard.

1. Pourquoi peut-on considérer que la lumière arrive instantanément ?
2. Calculer la distance entre Léo et l'endroit où la foudre est tombée.
3. Vérifier avec la « règle des 3 secondes par kilomètre ».

Un microphone capte un son. Sur l'oscillogramme, réglé à 0,5 ms/div, on compte 3 périodes complètes sur 8,0 divisions.

1. Calculer la durée de 3 périodes, puis la période \(T\).
2. En déduire la fréquence du son.
3. Pourquoi mesure-t-on plusieurs périodes plutôt qu'une seule ?

Un sondeur, fixé sous la coque d'un bateau, émet une brève salve d'ultrasons vers le fond. L'écho revient 0,80 s plus tard.

1. Quelle distance le son a-t-il parcourue pendant 0,80 s ?
2. En déduire la profondeur de l'eau sous le bateau.
3. Un banc de poissons renvoie un écho au bout de 0,12 s. À quelle profondeur se trouve-t-il ?

Deux microphones sont placés en ligne, à \(d = 1{,}00\ \text{m}\) l'un de l'autre. Un claquement sec est produit devant le premier. Un système d'acquisition mesure un décalage de \(\Delta t = 2{,}92\ \text{ms}\) entre les signaux des deux micros. La salle est à 20 °C ; la valeur de référence est alors \(343\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}\).

1. Calculer la vitesse du son mesurée.
2. Calculer l'écart relatif avec la valeur de référence.
3. Proposer une modification du protocole pour améliorer la précision.

On a enregistré trois sons avec le même réglage :

• Son A : signal sinusoïdal, période 2,0 ms, amplitude 3 divisions ;
• Son B : signal non sinusoïdal (avec des « bosses » dans chaque motif), période 2,0 ms, amplitude 3 divisions ;
• Son C : signal sinusoïdal, période 1,0 ms, amplitude 1 division.

1. Calculer la fréquence de chaque son.
2. Quels sons ont la même hauteur ? Lequel est le plus aigu ?
3. Lequel peut provenir d'un diapason ? d'un instrument de musique ?
4. Le son C est-il plus fort que le son A ?

Dans la fosse d'un concert, le niveau sonore atteint 100 dB. Inès y reste 2 heures.

1. De combien de fois 3 dB le niveau dépasse-t-il 85 dB ? En déduire la durée d'exposition sans danger à 100 dB.
2. Inès est-elle exposée à un risque ? Justifier.
3. Des bouchons d'oreille atténuent le son de 20 dB. Quel niveau parvient à ses tympans ? Est-ce sans danger pour 2 h ?
4. Deux enceintes produisent chacune 97 dB au même endroit. Quel est le niveau total ?

En musique, monter d'une octave revient à multiplier la fréquence par 2. Le la₃ du diapason a pour fréquence 440 Hz.

1. Calculer les fréquences du la₂ (une octave plus bas) et du la₄ (une octave plus haut), puis leurs périodes.
2. Combien d'octaves faut-il monter à partir du la₃ pour dépasser 20 kHz ?
3. Certaines sonneries de téléphone utilisent un son de 17,4 kHz. Avec l'âge, la fréquence maximale audible diminue : environ 18 kHz à 20 ans, 12 kHz à 50 ans. Qui peut entendre cette sonnerie ? Pourquoi l'appelle-t-on « anti-adultes » ?

Une chauve-souris chasse dans le noir. Elle émet de brefs cris d'ultrasons de fréquence 50 kHz, d'une durée de 2,0 ms chacun, et écoute l'écho renvoyé par ses proies.

1. Calculer la période des ultrasons émis. Combien de périodes contient un cri ?
2. L'écho d'un insecte revient 6,0 ms après le début du cri. À quelle distance se trouve l'insecte ?
3. En approchant, la chauve-souris raccourcit ses cris. Expliquer pourquoi un cri de 2,0 ms devient gênant lorsque l'insecte est à moins de 34 cm.