1)- Qu’est-ce qu’une onde progressive ?

2)- Que transporte une onde ?

3)- Une onde se propage d’un point A à un point B.

Comment appelle-t-on la durée que l’onde met pour se propager de A à B ?

1)- Onde progressive :

-  Une onde progressive correspond au déplacement d’une perturbation dans un milieu.

2)- Une onde transporte de l’énergie sans déplacement de matière.

3)- Durée que l’onde met pour se propager de A à B :

-  Chaque point du milieu reproduit la perturbation de la source S.

-  La perturbation au point B reproduit la perturbation au point A avec un retard τ,

-  car la perturbation met un certain temps pour progresser de A à B.

-  L’onde se propage avec la célérité v.

-  Cette durée est appelée retard, notée τ.

On déclenche le chronomètre au début de la perturbation provoquée en S.

1)- À quelle date t_A la perturbation atteint-elle le point A ?

2)- Pendant quelle durée Δt le point A est-il en mouvement ?

3)- Quelle est la célérité v de la perturbation ?

1)- Date t_A à laquelle la perturbation atteint le point A :

-  La courbe représente les variations de l’élongation de la perturbation en fonction du temps.

-  L’onde arrive au point A, à l’instant t_A ≈ 0,20 s, l’élongation est maximale au temps t_B ≈ 0,30 s

puis l’élongation s’annule au temps t_C ≈  0,25 s.

-  Le point A reprend sa position initiale.

-  En conséquence : le début de la perturbation atteint le point A à la date :

-  t_A ≈ 0,20 s (lecture graphique).

2)- Durée Δt du mouvement du point A :

-  Par lecture graphique : Δt ≈ 0,050 s

3)- Célérité v de la perturbation :

-  l’onde parcourt la distance d = 1,50 m pendant la durée :

-  Δt = t_A – t₀ = t_A ≈ 0,20 s

-   

Un haut-parleur, relié à un générateur basses fréquences, émet un signal sonore.

Ce signal est capté par deux microphones identiques M₁ et M₂ situés le long de l’axe du haut-parleur.

Ces deux microphones sont reliés à un oscilloscope dont les deux voies ont la même sensibilité verticale et horizontale.

On obtient l’oscillogramme suivant :

1)- Schématiser l’expérience réalisée.

2)- Quelles sont les différences et les similitudes entre les deux signaux ?

3)- Les deux microphones sont-ils à la même distance de l’émetteur ? Justifier.

1)- Relation :

a)-  Relation liant la période spatiale et la période temporelle d’une onde :

-  Relation fondamentale :

b)-  Cohérence de cette relation :

- 

2 )- Tableau complété : attention aux unités.

Un groupe d’élèves effectue la mesure de la célérité des ultrasons dans l’air dans une pièce à 20 °C.

Leurs résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous :

1)- Proposer un montage et un protocole permettant de mesurer la célérité des ultrasons dans l’air avec une bonne précision.

2)- À partir des mesures obtenues, évaluer la célérité des ultrasons dans l’air à 20 ° C en calculant

l’incertitude de répétabilité avec un niveau de confiance de 95 % (voir fiche N° 3 page 584).

-  Le facteur d’élargissement k dépend du nombre n de mesures effectuées et du niveau de confiance choisi :

-  Tableau pour le niveau de confiance à 95 % :

3)- De quel(s) paramètre(s) dépend cette valeur ?

1)- Montage et protocole expérimental :

-  Montage :

-  Réaliser les réglages afin d’obtenir un oscillogramme exploitable (il faut régler la durée de balayage

pour observer une à deux périodes et la sensibilité verticale pour utiliser les 2/3 de l’écran).

-  Placer l’émetteur E et le récepteur R de façon à ce que les courbes observées à l’oscilloscope soient en phase

(R doit être suffisamment proche de E).

-  Repérer la position initiale de R.

-  déplacer R jusqu’à ce que les courbes se trouvent en phase pour la dixième fois.

-  On note d le déplacement correspondant du récepteur R.

-   d =10 λ.

-  Grâce à l’oscillogramme, on arrive à déterminer la valeur de la fréquence f de l’onde ultrasonore.

-  Au lycée : f ≈ 40 kHz)

-  Exemple :

-  Durée de balayage ou sensibilité horizontale : b = 5,00 μs / div

-  Déplacement horizontal pour une période : x ≈ 5,0 div

-  T = b . x

-  T ≈ 5,0 × 5,0

-  T ≈ 25 μs

-  La mesure de la longueur d’onde et celle de la période et ainsi de la fréquence

permettent de calculer la célérité des ultrasons.

2)- Incertitude de répétabilité :

-  Valeur moyenne de la célérité :

-  La moyenne arithmétique est le quotient de la somme des valeurs v_i par le nombre n.

-  On écrit :  

-  Pour calculer la valeur moyenne, on peut utiliser un tableur (Excel) :

-   

-  Tableau Excel :

-  Dans la cellule jaune, on tape l’expression : = moyenne (B2 :B21)

-   

-  Calcul de la variance :

-  La variance var est le quotient de la somme des carrés des écarts à la moyenne par le nombre n de l’effectif total.

-   

-  var (v) ≈ 4,38 (m / s)²

-  Calcul de l’écart-type :

-  L’écart type σ_n-1 est égal à la racine carrée de la variance.

-  L’écart type caractérise la dispersion des valeurs :

-   

-  σ_n-1 ≈ 2,1 m / s

-  Incertitude de répétabilité associée à la mesure :

-   

-  L’incertitude de répétabilité dépend du nombre n de mesures indépendantes réalisées,

de l’écart-type de la série de mesures et du coefficient k appelé facteur l’élargissement.

-  Ce nombre k dépend du niveau de confiance choisi et du nombre n de mesures effectuées.

-  La valeur de k figure dans un tableau issu de la loi statistique dite « loi de STUDENT ».

-  Pour un niveau de confiance de 95 % et pour une série de 20 mesures, le tableau donne : k = 2,09.

-   

-  On en déduit la valeur de la vitesse des ultrasons dans l’air à 20 °C :

-  v = (339 ± 1) m / s ou 338 m / s ≤ v ≤ 340 m / s

3)- Paramètre influençant la vitesse de propagation des ultrasons dans l’air :

-  La vitesse de propagation (célérité) dépend de la température.

-  On admet que la célérité du son (et aussi des ultrasons) dans l’air est proportionnelle

à la racine carrée de la température absolue T.

-   

-  Dans le cas présent :

-   

On souhaite connaître la vitesse d’onde onde ultra sonore.

On réalise le montage ci-dessous :

 Lors d’une mesure, on obtient l’oscillogramme suivant :

La base de temps est fixée à 5,0 μs / div ; les sensibilités verticales sont identiques.

L’incertitude sur la vitesse est donnée par :

1)- Période :

a)-  Calculer la valeur de la période T des ondes ultrasonores à partir de l’oscillogramme.

b)-  Calculer l’incertitude U (T) sur la période.

2)- Longueur d’onde :

a)-  Déterminer la valeur de la longueur d’onde λ connaissant la distance d.

b)-  Quelle est l’incertitude U (λ) sur la longueur d’onde ?

3)- Relation fondamentale :

a)-  Quelle est la relation entre la longueur d’onde λ et la période T de l’onde ?

b)-  Calculer la valeur de la vitesse v de l’onde ultrasonore et sont incertitude U (v).

Lorsque deux notes ont des fréquences proches, leur mélange produit un son dont l’intensité varie au cours du temps.

et obtient l’oscillogramme ci-dessous à partir duquel elle trace le spectre correspondant :

1)- Repérer sur le spectre les fréquences du fondamental et des harmoniques de la note émise par la guitare.

2)- Repérer de même la fréquence de la note émise par le diapason.

3)- À l’aide de l’oscillogramme, expliquer la phrase en italique.

4)- La corde est-elle accordée ?

5)- Après avoir modifié la tension de la corde, LYA réalise une nouvelle acquisition et obtient le spectre suivant :

-  Quelles sont les fréquences du fondamental et des harmoniques de la note émise par la guitare ?

6)- La corde est-elle accordée ?

1)- Fondamental et harmoniques :

2)- Note émise par le diapason : La₃ 440 Hz.

3)- Phrase en italique :

-  Lorsque deux notes ont des fréquences proches, leur mélange produit un son dont l’intensité varie au cours du temps.

-  On remarque que l’amplitude de la tension du signal résultant de l’association des deux notes varie au cours du temps.

On observe des battements.

Ce phénomène s’intensifie lorsque les fréquences des deux notes sont proches.

Le phénomène disparaît lorsque les fréquences des deux notes sont identiques.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Battement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Battement#Psychoacoustique_du_battement

4)- Comme on observe des battements, la corde n’est pas accordée

(il faut comparer 428 Hz avec 440 Hz).

5)- Fréquence et fondamental :

6)- Dans ce cas, la corde est accordée, la fréquence du fondamental est de 110 Hz et la troisième harmonique se superpose au son émis par le diapason (440 Hz).

Un ingénieur du son a un rôle primordial pour la sonorisation des salles, en particulier lors d’un concert de musique.

À l’aide d’une table de mixage, il règle les sons qui arrivent depuis les microphones des musiciens et les renvoie vers les enceintes de façade et de retour.

Les différentes représentations d’un son lui permettent de reconnaître ses caractéristiques "voir l’enregistrement 3".

	Enregistrement 1
	Enregistrement 2

Pour régler le niveau sonore de la salle de concert, l’ingénieur connaît certaines règles.

L’acouphène est un bourdonnement ou sifflement parasite qu’une personne entend sans que ce bruit existe réellement.

Effets du niveau d’intensité sonore L sur l’oreille humaine.

1)- Donner la définition de la hauteur d’un son.

2)- Déterminer la hauteur du son correspondant à l’enregistrement 1.

3)- Quelle modification a effectué l’ingénieur pour obtenir l’enregistrement 2 ?

Quel paramètre du son a varié entre ces deux enregistrements ? Justifier votre réponse.

4)- En utilisant l’analyse spectrale, montrer que la hauteur du son émis lors de l’enregistrement 3 est identique à celle des enregistrement 1 et 2.

5)- Quelle différence présente le son de l’enregistrement 3 par rapport aux enregistrements 1 et 2 ? Quel paramètre du son est ainsi mis en évidence ?

6)- Montrer que l’intensité I₁ du son à 16 m de l’enceinte vaut I₁ = 6,3 × 10^–3 W / m².

7)- Si l’ingénieur place dix enceintes identiques côte à côte sur la scène, quel est le niveau d’intensité sonore L₂ à 16 m.

8)- Montrer que le niveau d’intensité sonore augmente de 6 dB chaque fois que l’on divise la distance par deux.

À partir de quelle distance des enceintes le son est-il douloureux à écouter ?

9)- Quels sont les risques auditifs encourus par les spectateurs qui se placent très près des enceintes ?

Donnée : I₀ = 1,0 × 10^–12 W / m²

1)- Définition de la hauteur d’un son :

-  De façon générale, la hauteur d’un son est liée à la fréquence f₁du fondamental de ce son.

-  Plus la fréquence d’un son est faible et plus le son est grave ou bas.

-  Plus la fréquence d’un son est élevée et plus le son est aigu ou haut.

2)- Hauteur du son correspondant à l’enregistrement 1 :

-  Fréquence du son : ici on est en présence d’un son pur

-   

3)- Modification effectuée par l’ingénieur pour obtenir l’enregistrement 2 :

-  Pour l’enregistrement 1, l’amplitude de la tension est de 2 V alors que sur l’enregistrement 2,

l’amplitude de la tension est supérieure à 4 V. L’ingénieur a modifié l’amplitude de la tension.

-  En conséquence, l’ingénieur a amplifié le son.

-  Le son est plus fort alors que la hauteur du son n’a pas changé.

-  Il a modifié l’intensité sonore du son.

4)- Hauteur du son de l’enregistrement 3 :

-  Le son obtenu est un son complexe qui possède un fondamental et plusieurs harmoniques.

-  La fréquence du fondamental est f₁ = 500 Hz.

-  Le son de l’enregistrement 3 a la même hauteur que celui de l’enregistrement 2.

5)- Différence entre le son de l’enregistrement 3 et celui des enregistrements 1 et 2 :

-  Le son de l’enregistrement 3 est un son complexe.

-  Il comprend le fondamental f₁ = 500 Hz et plusieurs harmoniques de fréquences 1000Hz, 1500Hz et 200 Hz

-  Les sons des enregistrements 1 et 2 sont des sons purs de même fréquence :

-  f = 500 Hz.

-  Le son de l’enregistrement 3 n’a pas le même timbre que les sons des enregistrements 1 et 2.

-  La perception du son de l’enregistrement 3 n’est pas la même que celle du son des enregistrements 1 et 2.

-  Paramètre du son mis en évidence : On a mis en évidence le timbre d’un son.

-  Le timbre d’un son dépend du nombre et de l’amplitude des harmoniques qui sont présents.

6)- Valeur de l’intensité I₁ du son à 16 m.

-  On donne le niveau d’intensité sonore à 16 m : L₁ = 98 dB

-  D’autre part : I₀ = 1,0 × 10^–12 W / m²

-  Relation donnant le niveau d’intensité sonore :

-  On tire :

-   

-  Application numérique :

-   

7)- Niveau d’intensité sonore L₂ pour dix enceintes identiques :

-  Les intensités sonores s’ajoutent : I₂ = 10 I₁

-   

8)- Niveau d’intensité sonore et distance :

-  L’intensité sonore est quatre fois plus grande pour les spectateurs situés à 8 m que pour les spectateurs situés à 16 m.

-  Pour les spectateurs situés à 16 m, l’intensité sonore vaut :

-  I₁ et le niveau d’intensité sonore vaut L₁.

-  Pour les spectateurs situés à 8 m, l’intensité sonore vaut :

-  I = 4 I₁ et le niveau d’intensité sonore vaut L.

-   

-  En conséquence, le niveau d’intensité sonore augmente de 6 dB lorsque la distance séparant

les enceintes des spectateurs est divisée par deux.

9)- Distance et son douloureux :

-  Le seuil de la douleur est L_d = 120 dB

-  À 16m, L₂ = 108 dB

-  À 8 m, le niveau d’intensité sonore est L = 114 dB

-  À 4 m, le niveau d’intensité sonore est L = 120 dB

-  À 2 m, le niveau d’intensité sonore est L = 126 dB

-  À 1 m, le niveau d’intensité sonore est L = 132 dB

-  À 4 m de la scène, le son est douloureux à écouter.

10)- Les risques auditifs :

-  L’effet d’exposition à un niveau sonore trop élevé peut provoquer des acouphènes.

-  L’acouphène est un bourdonnement ou sifflement parasite qu’une personne entend sans que ce bruit existe réellement.

-  L’exposition à un niveau sonore trop élevé peut provoquer la surdité et ce phénomène est irréversible.