Physique-chimie, Seconde • Fiche de révision à Montréal

Fiche de révision : émission et perception d'un son (Seconde)

Cette fiche ne refait pas le cours sur le son : vous l'avez déjà dans votre classeur. Elle traite ce que le cours ne dit jamais et qui décide pourtant de la note, l'erreur exacte qui coûte deux points sur une copie, le raisonnement à tenir sur une échelle de décibels, et la rédaction que le correcteur de Seconde attend mot pour mot.

Elle est écrite pour les élèves de Seconde du programme français. Une fois la fiche lue, la série d'exercices corrigés du même chapitre met chaque réflexe à l'épreuve.

Mis à jour le 3 novembre 2026

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Le fil du chapitre

Un son porte deux informations indépendantes : sa HAUTEUR, liée à la fréquence du fondamental, et son TIMBRE, lié à la forme du motif. Les points se perdent quand on confond ces deux-là avec l'intensité, et quand on manipule les décibels comme des nombres ordinaires alors que leur échelle est logarithmique.

Ce chapitre fait partie de Physique-chimie en Seconde

Pour s'entraîner Les exercices corrigés de ce chapitre, 15 exercices

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Les signaux sonores Quatrième Exercices

Remonter plus loin : la chaîne complète (2 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

1 Mouvement et vitesse Sixième
2 Les signaux sonores Quatrième

L'essentiel

Un son est une onde mécanique, et cela a des conséquences

• Émission : un son naît de la MISE EN VIBRATION d'un objet, corde, membrane, lame ou colonne d'air, qui comprime et détend l'air à son contact. Une corde seule, très fine, déplace très peu d'air : la CAISSE DE RÉSONANCE reçoit sa vibration par le chevalet et, par sa grande surface, met en mouvement beaucoup plus d'air. Le son est plus fort, à la même fréquence, et la caisse n'ajoute aucune énergie.
• Il lui faut un MILIEU MATÉRIEL : dans le vide, aucun son ne se propage, quelle que soit la puissance de la source.
• Célérité dans l'air à $20\ ^{\circ}\mathrm{C}$ : $v=343\ \mathrm{m/s}$ , souvent arrondie à $340\ \mathrm{m/s}$ . Elle dépend de la température : $v=331+0{,}60\,\theta$ , une relation qui n'est pas au programme de Seconde et que l'énoncé donne toujours.
• Elle dépend de la rigidité du milieu, c'est-à-dire de la force des liaisons entre ses particules, et pas seulement de sa densité : plus grande dans les liquides et les solides que dans les gaz, $340\ \mathrm{m/s}$ dans l'air, $1500\ \mathrm{m/s}$ dans l'eau, environ $5000\ \mathrm{m/s}$ dans l'acier.
• L'air vibre SUR PLACE : c'est la perturbation qui avance, pas la matière. Rien ne voyage de la source à l'oreille, sinon de l'énergie et de l'information.

Chaque tranche d'air oscille sur place : ce qui avance, c'est la compression. Sans air à comprimer, rien ne se propage. La distance λ, la longueur d'onde, relève de la Première spécialité.

Question de cours classique : « pourquoi n'entend-on pas les explosions dans l'espace ? ». La réponse tient en trois mots : pas de matière.

Hauteur et timbre : deux informations indépendantes

• HAUTEUR : elle est liée à la fréquence du fondamental. Grave veut dire fréquence basse, aigu veut dire fréquence haute. Rien à voir avec le volume.
• TIMBRE : il est lié à la FORME du motif, c'est-à-dire à la répartition des harmoniques, ces fréquences multiples entières du fondamental.
• Deux instruments jouant la même note produisent des signaux de MÊME PÉRIODE et de formes différentes.
• INTENSITÉ SONORE : la puissance reçue par unité de surface, liée au volume perçu. Elle se mesure en $\mathrm{W/m^{2}}$ , et le NIVEAU d'intensité sonore, qui croît avec elle, en décibels.

Les deux signaux se répètent exactement au même rythme, donc ils ont la même hauteur : c'est la même note. Seule la FORME du motif change, et c'est elle qu'on appelle le timbre.

Au-delà du programme de Seconde : le spectre et les harmoniques relèvent de l'enseignement scientifique de Première ; en Seconde, le timbre se lit sur la forme du signal. Trois mots, trois grandeurs : hauteur pour la fréquence, timbre pour la forme, intensité pour le volume. Les énoncés les mélangent volontairement dans les questions à corriger.

L'échelle des décibels ne s'additionne pas

• $L=10\log\dfrac{I}{I_0}$ , avec $I_0=1{,}0\times 10^{-12}\ \mathrm{W/m^{2}}$ , le seuil d'audibilité, qui correspond à $L=0\ \mathrm{dB}$ .
• Multiplier l'intensité par $10$ ajoute $10\ \mathrm{dB}$ . La multiplier par $2$ ajoute $3\ \mathrm{dB}$ . La diviser par $2$ retire $3\ \mathrm{dB}$ .
• Deux sources identiques ne font donc pas le double de décibels : elles en ajoutent $3$ .
• Repères à connaître : $0\ \mathrm{dB}$ le seuil d'audition, $30\ \mathrm{dB}$ une chambre calme, $60\ \mathrm{dB}$ une conversation, $85\ \mathrm{dB}$ le seuil de risque, $120\ \mathrm{dB}$ le seuil de douleur.

En haut les intensités, qui se multiplient par 1 000 tous les 30 dB ; en bas les niveaux, qui s'ajoutent. 120 dB n'est pas le double de 60 dB : c'est un million de fois plus intense.

Au-delà du programme de Seconde : l'expression $L=10\log\dfrac{I}{I_0}$ et les règles qui en découlent ( $+3\ \mathrm{dB}$ pour une intensité doublée, $+10\ \mathrm{dB}$ pour une intensité décuplée) sont au programme de Terminale spécialité ; en Seconde, le lien entre intensité sonore et niveau d'intensité sonore est seulement qualitatif. Un protecteur auditif « qui atténue de $25\ \mathrm{dB}$ » se SOUSTRAIT bien du niveau, lui, parce que c'est une variation et non un niveau : $104-25=79\ \mathrm{dB}$ .

S'éloigner de la source, en décibels

• Loin d'une source ponctuelle, l'intensité se répartit sur une sphère : elle varie en $\dfrac{1}{d^{2}}$ .
• Doubler la distance divise donc l'intensité par $4$ , ce qui RETIRE $6\ \mathrm{dB}$ au niveau sonore.
• Multiplier la distance par $10$ divise l'intensité par $100$ , ce qui retire $20\ \mathrm{dB}$ .
• On raisonne toujours par doublements successifs : chaque fois qu'on double, on enlève $6$ .

La même puissance traverse le petit carré à la distance d puis quatre carrés à 2d : l'intensité est divisée par 4, et le niveau perd 6 dB, pas la moitié de sa valeur.

Au-delà du programme de Seconde : l'atténuation géométrique en $\dfrac{1}{d^{2}}$ et les $6\ \mathrm{dB}$ perdus par doublement de distance sont au programme de Terminale spécialité. Une durée de propagation se calcule à part, par $d=v\,\Delta t$ . Se demander à chaque fois si le son fait un aller simple ou un aller-retour.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Confondre la hauteur et l'intensité

1 à 2 points, à chaque question de vocabulaire

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le son est très aigu, donc il est très fort. »

Ce qu'il faut écrire

« La hauteur est liée à la fréquence, le volume à l'intensité sonore : un son grave peut être assourdissant, un son aigu peut être à peine audible. »

À gauche, des motifs très serrés mais une petite amplitude : aigu et faible. À droite, l'inverse. La hauteur suit la période, l'intensité suit l'amplitude.

Pourquoi : Ce sont deux propriétés indépendantes du signal, la première lue sur la période, la seconde sur l'amplitude. Un exercice qui fait varier l'une sans l'autre est une question de cours déguisée, et elle est posée à presque tous les contrôles.

2. Prendre une différence de timbre pour une différence de note

2 points, et la question sur les harmoniques

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les deux oscillogrammes n'ont pas la même forme, les deux instruments ne jouent donc pas la même note. »

Ce qu'il faut écrire

« Les deux motifs ont la même PÉRIODE, donc la même fréquence, donc la même hauteur : c'est la même note. Les formes différentes traduisent des timbres différents. »

Même première raie à 220 Hz : la flûte et la guitare jouent la même note. Seul le poids des harmoniques change, et c'est le timbre.

Pourquoi : La hauteur ne dépend que de la période du motif, jamais de ce qui se passe à l'intérieur. Les harmoniques ajoutent du relief au signal sans changer le rythme auquel il se répète, et c'est précisément ce qui permet de reconnaître un instrument.

3. Additionner des niveaux sonores

2 points, et une conclusion absurde sur la dangerosité

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Deux violons de $70\ \mathrm{dB}$ chacun donnent $140\ \mathrm{dB}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Les INTENSITÉS s'additionnent, donc elles doublent : le niveau augmente de $3\ \mathrm{dB}$ et vaut $73\ \mathrm{dB}$ . »

L'échelle n'est pas proportionnelle : chaque tranche de

10\ \mathrm{dB}

multiplie l'intensité par

10

. Ainsi

120\ \mathrm{dB}

n'est pas le double de

60

, c'est un million de fois plus intense.

Pourquoi : Le décibel est une échelle logarithmique construite sur des rapports d'intensité. Additionner deux niveaux reviendrait à multiplier les intensités entre elles, ce qui ne correspond à aucune situation physique. Et $140\ \mathrm{dB}$ dépasse le seuil de douleur, ce qui aurait dû alerter. La règle des $3\ \mathrm{dB}$ est au programme de Terminale spécialité ; en Seconde, on retient que les niveaux ne s'additionnent pas.

4. Croire que doubler la distance divise le niveau par deux

2 points, et toute la question sur la distance de sécurité

Ce qu'il ne faut pas écrire

« À $1{,}0\ \mathrm{m}$ le niveau vaut $80\ \mathrm{dB}$ , donc à $2{,}0\ \mathrm{m}$ il vaut $40\ \mathrm{dB}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Doubler la distance divise l'intensité par $4$ , ce qui retire $6\ \mathrm{dB}$ : le niveau vaut $80-6=74\ \mathrm{dB}$ . »

Les points marqués sont à

1

2

4

8

16\ \mathrm{m}

: à chaque doublement de la distance, le niveau perd exactement

6\ \mathrm{dB}

. La courbe s'aplatit, ce qui explique qu'on entende encore très loin.

Pourquoi : Le décibel n'est pas proportionnel à l'intensité, donc encore moins à la distance. On raisonne par doublements successifs, chacun coûtant exactement $6\ \mathrm{dB}$ , ce qui explique qu'un concert reste bruyant très loin de la scène. L'atténuation en $\dfrac{1}{d^{2}}$ est au programme de Terminale spécialité.

5. Inverser $f$ et $T$ sans convertir en secondes

2 points, avec un facteur

1000

d'erreur

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $T=4{,}0\ \mathrm{ms}$ , donc $f=\dfrac{1}{4{,}0}=0{,}25\ \mathrm{Hz}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« $T=4{,}0\ \mathrm{ms}=4{,}0\times 10^{-3}\ \mathrm{s}$ , donc $f=\dfrac{1}{4{,}0\times 10^{-3}}=250\ \mathrm{Hz}$ . »

Pourquoi : Le hertz est l'inverse d'une SECONDE. Le contrôle est immédiat : un son audible a une fréquence comprise entre $20$ et $20\,000\ \mathrm{Hz}$ , donc $0{,}25\ \mathrm{Hz}$ ne peut pas être un son.

6. Utiliser $340\ \mathrm{m/s}$ alors que l'énoncé donne une température

1 point, celui de la célérité justifiée

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le son se propage à $340\ \mathrm{m/s}$ , donc l'obstacle est à $340\times\Delta t$ . »

Ce qu'il faut écrire

« À $\theta=5\ ^{\circ}\mathrm{C}$ , $v=331+0{,}60\times 5=334\ \mathrm{m/s}$ : c'est cette valeur qu'il faut utiliser. »

La célérité grimpe avec la température ; 340 m/s n'est juste que vers 15 °C. Quand l'énoncé donne θ, on lit la droite : 334 m/s à 5 °C.

Pourquoi : Quand l'énoncé fournit une relation et une température, il attend le calcul, pas la valeur mémorisée. La différence numérique est petite, mais le point porte sur la démarche, pas sur le résultat. La relation $v=331+0{,}60\,\theta$ n'est pas au programme de Seconde : l'énoncé la donne.

7. Croire que le son ralentit dans un milieu plus dense

1 point, et l'ordre de grandeur de tout l'exercice

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'eau est plus dense que l'air, le son y va donc moins vite. »

Ce qu'il faut écrire

« Le son va PLUS vite dans l'eau, $1500\ \mathrm{m/s}$ , et encore plus vite dans l'acier, environ $5000\ \mathrm{m/s}$ . »

L'eau est bien plus dense que l'air, et le son y va pourtant 4 fois plus vite : ce qui compte, ce sont les liaisons entre particules, pas la densité seule.

Pourquoi : Le son se transmet de proche en proche entre particules : plus elles sont liées, plus vite la perturbation passe. C'est l'inverse de l'intuition tirée de la nage, où l'on avance moins vite dans l'eau que dans l'air.

8. Faire propager un son dans le vide

1 point de cours, très souvent posé

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La sonde envoie un signal sonore vers la Terre depuis l'espace. »

Ce qu'il faut écrire

« Un son est une onde MÉCANIQUE : il lui faut de la matière. Dans le vide spatial, seules les ondes électromagnétiques, radio ou lumière, se propagent. »

Une onde mécanique a besoin de matière : dans le vide, le son de la sonde ne va nulle part. Seules les ondes électromagnétiques, radio ou lumière, atteignent la Terre.

Pourquoi : C'est la propriété qui distingue le son de la lumière et qui justifie tout le vocabulaire d'onde mécanique. Elle est demandée sous forme de situation concrète, films d'espace compris, pour vérifier qu'elle a été comprise et pas seulement récitée.

9. Confondre une variation en décibels et un niveau en décibels

2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Un casque atténue de $25\ \mathrm{dB}$ , donc il ramène tout à $25\ \mathrm{dB}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« $25\ \mathrm{dB}$ est une ATTÉNUATION, donc une soustraction : un niveau de $104\ \mathrm{dB}$ devient $104-25=79\ \mathrm{dB}$ . »

Une atténuation de 25 dB est un écart, qui se retranche du niveau : 104 dB deviennent 79 dB. Le casque ne fixe pas le niveau à 25 dB.

Pourquoi : Une variation de décibels s'additionne ou se soustrait, alors que deux niveaux ne s'additionnent jamais. La distinction tient au fait qu'une variation représente un RAPPORT d'intensités, et que les rapports, eux, se multiplient.

Quelle méthode choisir

Quelle grandeur décrit quoi

Les énoncés jouent sur trois mots qui désignent trois grandeurs différentes. Le mot employé dans la question désigne la grandeur à lire, et l'endroit du graphique où la lire.

Trois mots, trois lectures du même écran : la période donne la hauteur, l'amplitude donne l'intensité, la forme du motif à période égale donne le timbre.

Si l'énoncé parle de grave, d'aigu, de note ou de hauteur → on lit la PÉRIODE du motif sur l'oscillogramme, puis $f=\dfrac{1}{T}$

Exemple : $T=8{,}0\ \mathrm{ms}$ donne $f=125\ \mathrm{Hz}$ , un son grave
Si l'énoncé parle de fort, de faible, de volume ou de niveau sonore → on regarde l'AMPLITUDE du signal, et on raisonne en décibels

Une amplitude double ne fait pas un niveau double : elle multiplie l'intensité, qui se traduit en décibels.
Si l'énoncé parle de reconnaître un instrument, de timbre ou d'harmoniques → on regarde la FORME du motif, à période constante, ou le spectre en fréquences

Exemple : deux signaux de même période et de formes différentes

Au-delà du programme de Seconde : le spectre et les harmoniques relèvent de l'enseignement scientifique de Première ; en Seconde, le timbre se lit sur la forme du signal.
Si l'énoncé donne un spectre avec des raies → la première raie est le FONDAMENTAL, il donne la hauteur ; les suivantes sont les harmoniques, multiples entiers, et donnent le timbre

Au-delà du programme de Seconde : le spectre relève de l'enseignement scientifique de Première. Une raie à $250\ \mathrm{Hz}$ suivie de raies à $500$ et $750\ \mathrm{Hz}$ décrit un son de hauteur $250\ \mathrm{Hz}$ .
Si l'énoncé donne une durée entre l'émission et la réception → on calcule une distance par $d=v\,\Delta t$ , ou $d=\dfrac{v\,\Delta t}{2}$ pour un écho

Cette question n'a rien à voir avec la hauteur ni avec le niveau : c'est de la propagation.

Si la question demande de comparer deux sons, précisez toujours SUR QUOI porte la comparaison : même hauteur, timbres différents, ou même timbre, intensités différentes.

Que faire des décibels, selon la situation

Les décibels se manipulent de cinq façons, et l'énoncé désigne laquelle par le verbe qu'il emploie. Au-delà du programme de Seconde : seule la soustraction d'une atténuation s'y fait sans formule ; les autres branches découlent de l'expression du niveau sonore, au programme de Terminale spécialité.

Si on ajoute une source identique, ou on double l'intensité → on AJOUTE $3\ \mathrm{dB}$

Exemple : deux violons de $70\ \mathrm{dB}$ donnent $73\ \mathrm{dB}$
Si on multiplie l'intensité par $10$ , ou par $100$ → on ajoute $10\ \mathrm{dB}$ , ou $20\ \mathrm{dB}$

C'est la lecture directe de la définition $L=10\log\frac{I}{I_0}$ .
Si on double la distance à la source → on RETIRE $6\ \mathrm{dB}$ , car l'intensité est divisée par quatre

Exemple : de $2{,}0$ à $16\ \mathrm{m}$ , il y a trois doublements, donc $18\ \mathrm{dB}$ de moins
Si l'énoncé donne une atténuation, un casque, un mur antibruit, un bouchon → on SOUSTRAIT cette valeur au niveau, car c'est une variation et non un niveau

Exemple : $104\ \mathrm{dB}$ avec un casque à $-25\ \mathrm{dB}$ donnent $79\ \mathrm{dB}$
Si l'énoncé donne une intensité en $\mathrm{W/m^{2}}$ et demande le niveau → on applique $L=10\log\dfrac{I}{I_0}$ avec $I_0=1{,}0\times 10^{-12}\ \mathrm{W/m^{2}}$

Le rapport est sans unité : les $\mathrm{W/m^{2}}$ doivent se simplifier avant le logarithme.

Deux niveaux ne s'additionnent jamais. Deux VARIATIONS, elles, s'additionnent : un doublement de distance suivi d'un casque font $-6-25=-31\ \mathrm{dB}$ .

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Exploiter un oscillogramme, rédigé pour le correcteur

Quand l'utiliser : L'énoncé fournit un enregistrement et demande la période, la fréquence, la hauteur ou une comparaison entre deux sons.

1 Lire la durée d'un nombre ENTIER de motifs complets, en donnant ce nombre : « $5$ motifs occupent $20\ \mathrm{ms}$ . »
2 En déduire la période par division, avec son unité : « $T=\dfrac{20}{5}=4{,}0\ \mathrm{ms}$ . »
3 Convertir en secondes AVANT d'inverser : « $T=4{,}0\times 10^{-3}\ \mathrm{s}$ . »
4 Calculer la fréquence et l'exprimer en hertz : « $f=\dfrac{1}{T}=250\ \mathrm{Hz}$ . »
5 Conclure sur la hauteur en situant la fréquence : grave sous $500\ \mathrm{Hz}$ , aigu au-dessus de quelques kilohertz, et audible entre $20$ et $20\,000\ \mathrm{Hz}$ .

Phrase de conclusion

Cinq motifs complets occupent $20\ \mathrm{ms}$ , donc $T=4{,}0\ \mathrm{ms}=4{,}0\times 10^{-3}\ \mathrm{s}$ et $f=\dfrac{1}{T}=250\ \mathrm{Hz}$ . Cette fréquence appartient au domaine audible et correspond à un son plutôt grave.

Le piège : Mesurer sur un seul motif. La précision de lecture est alors cinq fois moins bonne, et surtout le risque de prendre une demi-période pour une période est maximal : la copie perd le point et le facteur $2$ passe inaperçu.

Barème : En général 1 point pour le nombre de motifs annoncé, 1 point pour la période avec son unité, 1 point pour la conversion et le calcul de $f$ , 1 point pour la conclusion sur la hauteur.

Rédiger un raisonnement en décibels

Quand l'utiliser : L'énoncé demande le niveau sonore après un changement de distance, l'ajout d'une source ou la pose d'une protection. Au-delà du programme de Seconde : l'atténuation avec la distance et l'ajout d'une source se calculent par l'expression du niveau sonore, au programme de Terminale spécialité.

1 Repérer ce qui change et l'exprimer comme un RAPPORT d'intensités, jamais comme une différence de niveaux.
2 Convertir ce rapport en variation de décibels avec les deux règles : $\times 2$ donne $+3$ , $\times 10$ donne $+10$ .
3 Compter les doublements successifs quand la distance change, et multiplier par $6$ .
4 Additionner ou soustraire cette variation au niveau de départ, en écrivant l'opération.
5 Conclure en situant le résultat par rapport aux repères, notamment le seuil de risque de $85\ \mathrm{dB}$ .

Phrase de conclusion

Passer de $2{,}0$ à $16\ \mathrm{m}$ revient à doubler trois fois la distance, ce qui retire $3\times 6=18\ \mathrm{dB}$ : le niveau tombe de $104$ à $86\ \mathrm{dB}$ , ce qui reste au-dessus du seuil de risque.

Le piège : Écrire une division du niveau, du type $\frac{104}{8}$ . Le niveau n'est pas proportionnel à l'intensité : seule la variation en décibels a un sens, et elle s'ajoute ou se retranche.

Barème : 1 point pour le rapport d'intensités identifié, 1 point pour la variation en décibels, 1 point pour l'opération finale, 1 point pour la comparaison aux repères.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

Vérifier que la fréquence est audible

Toute fréquence calculée pour un son entendu doit tomber entre $20$ et $20\,000\ \mathrm{Hz}$ . En dehors, la conversion de la période a été oubliée.

$0{,}25\ \mathrm{Hz}$ signale une période restée en millisecondes ; $250\,000\ \mathrm{Hz}$ signale l'inverse.
Comparer le niveau trouvé aux repères

Un niveau sonore réaliste va de $0$ à $130\ \mathrm{dB}$ . Confrontez votre résultat aux repères : chambre calme $30$ , conversation $60$ , seuil de risque $85$ , douleur $120$ .

$140\ \mathrm{dB}$ pour deux violons dénonce immédiatement une addition de décibels.
Compter les doublements de distance

Écrivez la distance finale comme la distance initiale multipliée par une puissance de deux, puis comptez les doublements. Chaque doublement vaut exactement $-6\ \mathrm{dB}$ . Cette règle est au programme de Terminale spécialité.

De $2$ à $16\ \mathrm{m}$ , il y a $16=2\times 2^{3}$ , donc trois doublements et $18\ \mathrm{dB}$ de moins.
Distinguer une variation d'un niveau

Un nombre de décibels précédé de « atténue de », « gagne », « perd » est une variation : il s'ajoute ou se retranche. Un nombre précédé de « le niveau vaut » ne se combine jamais par addition.

$-25\ \mathrm{dB}$ de casque se soustrait ; deux sources de $70\ \mathrm{dB}$ ne s'additionnent pas.
Vérifier l'ordre de grandeur d'une distance sonore

Le son parcourt environ $340\ \mathrm{m}$ en une seconde, donc $1\ \mathrm{km}$ en trois secondes. Comparez votre résultat à ce repère avant de le rendre.

Un obstacle annoncé à $3\ \mathrm{km}$ pour un écho revenu en une seconde est impossible : le son n'a pas eu le temps.

L'exercice type décortiqué

Le concert et le niveau sonore, comme au contrôle

Devant une scène, à $d_1=2{,}0\ \mathrm{m}$ d'une enceinte, un sonomètre affiche $L_1=104\ \mathrm{dB}$ .

1. Comparer ce niveau au seuil de risque, fixé à $85\ \mathrm{dB}$ , et au seuil de douleur, fixé à $120\ \mathrm{dB}$ .

2. À quelle distance de l'enceinte le niveau tombe-t-il à $86\ \mathrm{dB}$ ?

3. Un bouchon d'oreille atténue le son de $25\ \mathrm{dB}$ . Quel niveau perçoit-on avec ce bouchon, à $2{,}0\ \mathrm{m}$ de l'enceinte ?

4. L'oscillogramme d'une note de la basse montre $4$ motifs complets en $32\ \mathrm{ms}$ . Calculer la période, la fréquence, et dire si le son est grave ou aigu.

Au-delà du programme de Seconde : la question 2 utilise l'atténuation géométrique, au programme de Terminale spécialité.

Le niveau est mesuré à 2,0 m de l'enceinte ; la distance qui donne 86 dB reste à trouver.

Étape 1

$104\ \mathrm{dB}$ dépasse largement le seuil de risque de $85\ \mathrm{dB}$ , sans atteindre le seuil de douleur de $120\ \mathrm{dB}$ : l'exposition prolongée est dangereuse pour l'audition.

Pourquoi

La comparaison se rédige avec les deux repères, pas avec un seul. La question porte sur un risque sanitaire, donc la conclusion doit être une phrase, pas un nombre.

Étape 2

Il faut perdre $104-86=18\ \mathrm{dB}$ . Chaque doublement de distance retire $6\ \mathrm{dB}$ , donc il faut $\dfrac{18}{6}=3$ doublements.

Pourquoi

On convertit d'abord la perte demandée en NOMBRE DE DOUBLEMENTS. Ce détour évite complètement la formule logarithmique, qui n'est pas exigible en Seconde.

Étape 3

Trois doublements à partir de $2{,}0\ \mathrm{m}$ : $2{,}0\times 2^{3}=2{,}0\times 8=16\ \mathrm{m}$ .

Pourquoi

Chaque doublement MULTIPLIE la distance par deux, il ne lui ajoute pas deux mètres. Trois doublements font donc un facteur huit, et non un facteur six.

Étape 4

Le bouchon apporte une atténuation, donc une soustraction : $104-25=79\ \mathrm{dB}$ , ce qui repasse sous le seuil de risque.

Pourquoi

Une atténuation est une variation, et les variations se retranchent. C'est ce qui la distingue d'un niveau, qui ne se combine jamais par une simple opération.

Étape 5

$T=\dfrac{32}{4}=8{,}0\ \mathrm{ms}=8{,}0\times 10^{-3}\ \mathrm{s}$ , donc $f=\dfrac{1}{T}=125\ \mathrm{Hz}$ .

Pourquoi

On divise par le nombre de motifs, puis on convertit en secondes avant d'inverser. L'ordre de ces deux gestes est ce qui sépare une copie juste d'une copie fausse d'un facteur mille.

Étape 6

$125\ \mathrm{Hz}$ appartient au domaine audible, entre $20$ et $20\,000\ \mathrm{Hz}$ , et se situe dans le bas de ce domaine : le son est GRAVE, ce qui est cohérent avec une basse.

Pourquoi

La conclusion nomme la hauteur et la justifie par la position de la fréquence dans le domaine audible. C'est le point de la question, pas le calcul.

Étape 7

Vérification : $2{,}0\times 2\times 2\times 2=16\ \mathrm{m}$ , et $104-6-6-6=86\ \mathrm{dB}$ , ce qui redonne bien l'énoncé.

Pourquoi

On refait le chemin dans l'autre sens, doublement par doublement. Cela contrôle à la fois le nombre de doublements et le fait qu'ils multiplient la distance.

Conclusion rédigée

Le niveau de $104\ \mathrm{dB}$ dépasse le seuil de risque ; il faut s'éloigner à $16\ \mathrm{m}$ pour descendre à $86\ \mathrm{dB}$ , ou porter un bouchon qui ramène le niveau perçu à $79\ \mathrm{dB}$ . La note de la basse a une période de $8{,}0\ \mathrm{ms}$ , une fréquence de $125\ \mathrm{Hz}$ , et c'est donc un son grave.

L'erreur classique sur cet exercice : Répondre $8{,}0\ \mathrm{m}$ à la question de la distance, en ajoutant trois fois deux mètres au lieu de doubler trois fois. Le nombre reste plausible, et seule la vérification par doublements successifs le corrige.

À savoir par cœur

• Un son est une onde MÉCANIQUE : pas de matière, pas de son. Célérité $340\ \mathrm{m/s}$ dans l'air, $1500$ dans l'eau, environ $5000$ dans l'acier.
• Pas au programme de Seconde, formule donnée : $v=331+0{,}60\,\theta$ dans l'air, avec $\theta$ en degrés Celsius.
• Hauteur : liée à la fréquence du fondamental. Timbre : lié à la forme du motif, donc aux harmoniques. Intensité sonore : puissance reçue par unité de surface, liée au volume. Trois grandeurs indépendantes.
• $f=\dfrac{1}{T}$ , avec $T$ en SECONDES. Domaine audible : de $20$ à $20\,000\ \mathrm{Hz}$ .
• Terminale spécialité. Décibels : $\times 2$ sur l'intensité donne $+3\ \mathrm{dB}$ , $\times 10$ donne $+10\ \mathrm{dB}$ . Deux niveaux ne s'additionnent jamais.
• Terminale spécialité. Doubler la distance retire $6\ \mathrm{dB}$ , parce que l'intensité varie en $\dfrac{1}{d^{2}}$ .
• Une atténuation en décibels se SOUSTRAIT du niveau ; un niveau ne s'ajoute pas à un autre niveau.

Questions fréquentes

Quelle différence entre la hauteur et l'intensité d'un son ?

La hauteur est liée à la fréquence : elle dit si le son est grave ou aigu. L'intensité sonore est la puissance reçue par unité de surface : elle dit si le son est fort ou faible. Elle s'exprime en watts par mètre carré, et son niveau d'intensité sonore en décibels. Les deux sont indépendantes, un son grave peut être assourdissant et un son aigu à peine audible.

Pourquoi deux instruments jouant la même note ne sonnent-ils pas pareil ?

Parce qu'ils ont des timbres différents. Leurs signaux se répètent à la même période, donc ils ont la même hauteur, mais la forme du motif change : chaque instrument ajoute au fondamental ses propres harmoniques, des fréquences multiples entières. C'est cette répartition qui permet de le reconnaître. Le spectre et les harmoniques relèvent de l'enseignement scientifique de Première.

Deux sources de soixante décibels font-elles cent vingt décibels ?

Non. Ce sont les intensités sonores qui s'additionnent, pas les niveaux. Deux sources identiques doublent l'intensité, ce qui ajoute seulement trois décibels : le résultat est soixante-trois décibels. L'échelle des décibels est logarithmique, elle ne s'additionne jamais directement. La règle des trois décibels est au programme de Terminale spécialité ; en Seconde, on retient seulement que les niveaux ne s'additionnent pas.

De combien baisse le niveau sonore quand on s'éloigne ?

Chaque fois que l'on double la distance à la source, le niveau perd six décibels, parce que l'intensité varie comme l'inverse du carré de la distance. Passer de deux à seize mètres représente trois doublements, donc dix-huit décibels de moins. Ce n'est jamais une division du niveau. Cette règle est au programme de Terminale spécialité.

Pourquoi le son ne se propage-t-il pas dans le vide ?

Parce que c'est une onde mécanique : elle a besoin de particules de matière qui vibrent de proche en proche pour transmettre la perturbation. Dans le vide, il n'y a rien à faire vibrer. Seules les ondes électromagnétiques, comme la lumière ou les ondes radio, peuvent s'y propager.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Émission et perception d'un son

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

15 exercices corrigés
150 points
225 minutes

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Son, musique et audition Première, Enseignement scientifique

© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/2ndespc-son-signaux-sonores. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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Fiche de révision : émission et perception d'un son (Seconde)

L'essentiel

Un son est une onde mécanique, et cela a des conséquences

Hauteur et timbre : deux informations indépendantes

L'échelle des décibels ne s'additionne pas

S'éloigner de la source, en décibels

Les pièges qui coûtent des points

1. Confondre la hauteur et l'intensité

2. Prendre une différence de timbre pour une différence de note

3. Additionner des niveaux sonores

4. Croire que doubler la distance divise le niveau par deux

5. Inverser fff et TTT sans convertir en secondes

6. Utiliser 340 m/s340\ \mathrm{m/s}340 m/s alors que l'énoncé donne une température

7. Croire que le son ralentit dans un milieu plus dense

8. Faire propager un son dans le vide

9. Confondre une variation en décibels et un niveau en décibels

Quelle méthode choisir

Quelle grandeur décrit quoi

Que faire des décibels, selon la situation

La rédaction attendue

Exploiter un oscillogramme, rédigé pour le correcteur

Rédiger un raisonnement en décibels

Vérifier avant de rendre

L'exercice type décortiqué

Le concert et le niveau sonore, comme au contrôle

À savoir par cœur

Questions fréquentes

Quelle différence entre la hauteur et l'intensité d'un son ?

Pourquoi deux instruments jouant la même note ne sonnent-ils pas pareil ?

Deux sources de soixante décibels font-elles cent vingt décibels ?

De combien baisse le niveau sonore quand on s'éloigne ?

Pourquoi le son ne se propage-t-il pas dans le vide ?

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6. Utiliser $340\ \mathrm{m/s}$ alors que l'énoncé donne une température