Signal sonore — Terminale Bac Pro ICCER
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
a) Le son peut-il se propager dans le vide ? Pourquoi ?
b) Citer trois milieux dans lesquels le son peut se propager.
a) Non, le son a besoin d'un milieu matériel (particules) pour se propager. Dans le vide, il n'y a pas de particules.
b) L'air (gaz), l'eau (liquide), l'acier (solide).
Un haut-parleur émet un son de fréquence f = 500 Hz dans l'air (c = 340 m/s).
a) Calculer la longueur d'onde : \(\lambda = \dfrac{340}{500} = ...\) m
b) Calculer la période : \(T = \dfrac{1}{500} = ...\) s = ... ms
a) \(\lambda = \dfrac{340}{500} = \mathbf{0{,}68}\) m = 68 cm
b) \(T = \dfrac{1}{500} = 0{,}002\) s = 2,0 ms
Classer les fréquences suivantes : 10 Hz, 500 Hz, 25 000 Hz.
a) 10 Hz → ...
b) 500 Hz → ...
c) 25 000 Hz → ...
a) 10 Hz → infrason (< 20 Hz)
b) 500 Hz → son audible (entre 20 Hz et 20 kHz)
c) 25 000 Hz → ultrason (> 20 kHz)
Un compresseur produit une intensité I = 10⁻³ W/m².
a) Calculer L : \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{10^{-3}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(10^{...}) = 10 \times ... = ...\) dB
b) Ce niveau est-il dangereux pour l'audition ? (Seuil de risque : 85 dB)
a) \(L = 10 \times \log(10^9) = 10 \times 9 = \mathbf{90}\) dB
b) Oui, 90 dB > 85 dB → dangereux pour l'audition. Port de protections auditives obligatoire.
Un ventilateur émet L₁ = 80 dB à 1 m.
a) Quel est le niveau à 2 m ? \(L_2 = 80 - 6 = ...\) dB
b) Et à 4 m ? \(L_3 = ... - 6 = ...\) dB
a) \(L_2 = 80 - 6 = \mathbf{74}\) dB
b) \(L_3 = 74 - 6 = \mathbf{68}\) dB
Barème : 20 points
a) Un astronaute peut-il entendre un bruit dans l'espace ? Pourquoi ?
b) Le son se propage-t-il mieux dans l'eau ou dans l'air ? Justifier.
a) Non, car dans l'espace il y a le vide (pas de particules pour transmettre les vibrations).
b) Le son se propage mieux dans l'eau : les molécules sont plus proches, la vitesse est plus grande (≈ 1 500 m/s contre 340 m/s dans l'air).
Un compresseur émet un bruit à la fréquence f = 250 Hz dans l'air (c = 340 m/s).
a) Calculer la longueur d'onde : \(\lambda = \dfrac{340}{250} = ...\) m
b) Calculer la période : \(T = \dfrac{1}{250} = ...\) s = ... ms
a) \(\lambda = \dfrac{340}{250} = \mathbf{1{,}36}\) m
b) \(T = \dfrac{1}{250} = 0{,}004\) s = 4,0 ms
Classer les fréquences suivantes : 15 Hz, 1 000 Hz, 30 000 Hz.
a) 15 Hz → ...
b) 1 000 Hz → ...
c) 30 000 Hz → ...
a) 15 Hz → infrason (< 20 Hz)
b) 1 000 Hz → son audible (entre 20 Hz et 20 kHz)
c) 30 000 Hz → ultrason (> 20 kHz)
Une pompe à chaleur produit une intensité I = 10⁻⁵ W/m².
a) Calculer L : \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{10^{-5}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(10^{...}) = 10 \times ... = ...\) dB
b) Ce niveau est-il dangereux pour l'audition ? (Seuil de risque : 85 dB)
a) \(L = 10 \times \log(10^7) = 10 \times 7 = \mathbf{70}\) dB
b) Non, 70 dB < 85 dB → pas dangereux pour l'audition.
Un compresseur de PAC émet L₁ = 76 dB à 1 m.
a) Quel est le niveau à 2 m ? \(L_2 = 76 - 6 = ...\) dB
b) Et à 4 m ? \(L_3 = ... - 6 = ...\) dB
a) \(L_2 = 76 - 6 = \mathbf{70}\) dB
b) \(L_3 = 70 - 6 = \mathbf{64}\) dB
Barème : 20 points
Un ventilo-convecteur de CTA émet un bruit à f = 200 Hz dans l'air (c = 340 m/s).
a) Calculer la longueur d'onde λ.
b) Ce son est-il audible ? Dans quelle gamme (graves/aigus) se situe-t-il ?
a) \(\lambda = \dfrac{340}{200} = \mathbf{1{,}70}\) m
b) 200 Hz ∈ [20 Hz ; 20 kHz] → audible, dans les graves.
Un sonomètre indique L = 60 dB dans un bureau. L'intensité de référence est I₀ = 10⁻¹² W/m².
a) Calculer l'intensité sonore I correspondante.
b) Ce niveau est-il confortable pour un bureau ?
a) \(I = I_0 \times 10^{L/10} = 10^{-12} \times 10^{6} = \mathbf{10^{-6}}\) W/m²
b) 60 dB correspond au niveau d'une conversation normale → acceptable pour un bureau, mais pourrait gêner pour un travail de concentration.
Un compresseur de PAC émet L₁ = 95 dB à r₁ = 1 m. Un technicien chauffagiste travaille à r₂ = 4 m.
a) Calculer le niveau sonore reçu par le technicien.
b) Des protections auditives sont-elles nécessaires ?
a) \(L_2 = 95 - 20 \times \log\left(\dfrac{4}{1}\right) = 95 - 20 \times 0{,}602 \approx 95 - 12 = \mathbf{83}\) dB
b) 83 dB < 85 dB mais proche du seuil. Pour une exposition prolongée, les protections auditives sont recommandées (obligatoires dès 80 dB selon la réglementation INRS).
Le son se propage à 340 m/s dans l'air et à 1 500 m/s dans l'eau.
a) Dans quel milieu le son se propage-t-il le plus vite ? Pourquoi ?
b) Un sonar émet une impulsion qui revient après Δt = 0,4 s dans l'eau. Calculer la profondeur (distance aller-retour : \(d = c \times \Delta t / 2\)).
a) Dans l'eau (1 500 > 340 m/s). Les molécules d'eau sont plus proches les unes des autres → meilleure transmission des vibrations.
b) \(d = \dfrac{1\,500 \times 0{,}4}{2} = \mathbf{300}\) m
La réglementation impose un niveau ≤ 35 dB(A) dans un séjour la nuit. Une CTA en toiture produit 75 dB à 2 m. L'appartement est à 15 m.
a) Calculer le niveau à 15 m.
b) La norme est-elle respectée ?
a) \(L_2 = 75 - 20 \times \log\left(\dfrac{15}{2}\right) = 75 - 20 \times \log(7{,}5) = 75 - 20 \times 0{,}875 = 75 - 17{,}5 = \mathbf{57{,}5}\) dB
b) 57,5 dB >> 35 dB → norme non respectée. Il faut un encoffrement acoustique ou un écran.
Barème : 20 points
Un circulateur de chauffage émet un bruit à f = 400 Hz dans l'air (c = 340 m/s).
a) Calculer la longueur d'onde λ.
b) Ce son est-il audible ? Dans quelle gamme (graves/médiums/aigus) se situe-t-il ?
a) \(\lambda = \dfrac{340}{400} = \mathbf{0{,}85}\) m = 85 cm
b) 400 Hz ∈ [20 Hz ; 20 kHz] → audible, dans les médiums.
Un sonomètre indique L = 50 dB dans une chambre. L'intensité de référence est I₀ = 10⁻¹² W/m².
a) Calculer l'intensité sonore I correspondante.
b) Ce niveau est-il confortable pour dormir ?
a) \(I = I_0 \times 10^{L/10} = 10^{-12} \times 10^{5} = \mathbf{10^{-7}}\) W/m²
b) 50 dB correspond au niveau d'une conversation calme → trop élevé pour dormir confortablement (recommandation OMS : ≤ 30 dB la nuit).
Un groupe extérieur de PAC émet L₁ = 88 dB à r₁ = 1 m. Un installateur thermique travaille à r₂ = 3 m.
a) Calculer le niveau sonore reçu par l'installateur.
b) Des protections auditives sont-elles nécessaires ?
a) \(L_2 = 88 - 20 \times \log\left(\dfrac{3}{1}\right) = 88 - 20 \times 0{,}477 \approx 88 - 9{,}5 = \mathbf{78{,}5}\) dB
b) 78,5 dB < 85 dB mais > 80 dB. Selon la réglementation INRS, les protections auditives doivent être mises à disposition dès 80 dB.
Le son se propage à 340 m/s dans l'air et à 5 000 m/s dans l'acier.
a) Dans quel milieu le son se propage-t-il le plus vite ? Pourquoi ?
b) Un technicien frappe sur un tuyau en acier de 170 m de long. Calculer le temps de propagation dans l'acier puis dans l'air. Quel son arrive en premier ?
a) Dans l'acier (5 000 > 340 m/s). Les atomes du solide sont très proches → excellente transmission.
b) Acier : \(t = \dfrac{170}{5\,000} = \mathbf{0{,}034}\) s = 34 ms. Air : \(t = \dfrac{170}{340} = \mathbf{0{,}50}\) s = 500 ms. Le son dans l'acier arrive en premier.
La réglementation impose un niveau ≤ 30 dB(A) dans une chambre la nuit. Un compresseur en sous-sol produit 82 dB à 1 m. La chambre est à 10 m.
a) Calculer le niveau à 10 m.
b) La norme est-elle respectée ?
a) \(L_2 = 82 - 20 \times \log\left(\dfrac{10}{1}\right) = 82 - 20 \times 1 = 82 - 20 = \mathbf{62}\) dB
b) 62 dB >> 30 dB → norme non respectée. Il faut isoler le local technique (parois anti-bruit, silent-blocs sous le compresseur).
Barème : 20 points
Un compresseur de PAC extérieur produit I = 3,16 × 10⁻⁴ W/m² à 1 m.
a) Calculer le niveau sonore L à 1 m.
b) À quelle distance le niveau descend-il sous 80 dB ?
a) \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{3{,}16 \times 10^{-4}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(3{,}16 \times 10^8) = 10 \times (0{,}5 + 8) = \mathbf{85}\) dB
b) \(80 = 85 - 20\log(r_2)\) → \(20\log(r_2) = 5\) → \(\log(r_2) = 0{,}25\) → \(r_2 = 10^{0{,}25} \approx \mathbf{1{,}78}\) m
Deux équipements sont dans un local technique : une PAC (L₁ = 72 dB) et un compresseur (L₂ = 90 dB).
a) Calculer I₁ et I₂.
b) Combien de fois le compresseur est-il plus intense que la PAC ?
a) \(I_1 = 10^{-12} \times 10^{7{,}2} \approx \mathbf{1{,}58 \times 10^{-5}}\) W/m²
\(I_2 = 10^{-12} \times 10^{9} = \mathbf{10^{-3}}\) W/m²
b) \(\dfrac{I_2}{I_1} = \dfrac{10^{-3}}{1{,}58 \times 10^{-5}} \approx \mathbf{63}\) fois plus intense (écart de 18 dB).
Un technicien chauffagiste utilise une foreuse à percussion (L = 105 dB). Il dispose d'un casque anti-bruit offrant 32 dB d'atténuation.
a) Quel niveau reçoit-il avec le casque ?
b) Ce niveau est-il inférieur au seuil de risque de 85 dB ?
c) Des bouchons d'oreille (24 dB) peuvent être ajoutés. L'atténuation combinée est environ la plus forte + 5 dB. Quel serait le niveau final ?
a) \(L_{reçu} = 105 - 32 = \mathbf{73}\) dB
b) Oui, 73 dB < 85 dB → le casque est suffisant.
c) Atténuation combinée ≈ 32 + 5 = 37 dB → \(L = 105 - 37 = \mathbf{68}\) dB.
Une machine émet L₁ = 90 dB à r₁ = 1 m. La norme impose ≤ 35 dB dans un appartement voisin.
a) À quelle distance le niveau atteint-il 35 dB (propagation libre) ?
b) Cette distance est-elle réaliste en milieu urbain ? Quelle solution alternative proposer ?
a) \(35 = 90 - 20\log(r_2)\) → \(20\log(r_2) = 55\) → \(\log(r_2) = 2{,}75\) → \(r_2 = 10^{2{,}75} \approx \mathbf{562}\) m
b) Non, 562 m n'est pas réaliste en milieu urbain. Solutions : encoffrement acoustique de la machine, écran anti-bruit, silent-blocs, conduits flexibles.
Un son se propage dans l'air à 340 m/s et dans l'acier à 5 000 m/s. Le son a une fréquence f = 1 000 Hz.
a) Calculer la longueur d'onde dans l'air.
b) Calculer la longueur d'onde dans l'acier.
c) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air à l'acier ? Et la longueur d'onde ?
a) \(\lambda_{air} = \dfrac{340}{1\,000} = \mathbf{0{,}34}\) m = 34 cm
b) \(\lambda_{acier} = \dfrac{5\,000}{1\,000} = \mathbf{5{,}0}\) m
c) La fréquence ne change pas (propriété de la source). La longueur d'onde change car la vitesse est différente dans chaque milieu (λ = c/f).
Barème : 20 points
Un groupe extérieur de PAC produit I = 1,0 × 10⁻⁴ W/m² à 1 m.
a) Calculer le niveau sonore L à 1 m.
b) À quelle distance le niveau descend-il sous 70 dB ?
a) \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{1{,}0 \times 10^{-4}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(10^8) = 10 \times 8 = \mathbf{80}\) dB
b) \(70 = 80 - 20\log(r_2)\) → \(20\log(r_2) = 10\) → \(\log(r_2) = 0{,}5\) → \(r_2 = 10^{0{,}5} \approx \mathbf{3{,}16}\) m
Deux équipements sont dans un local technique : un circulateur (L₁ = 65 dB) et une chaudière (L₂ = 78 dB).
a) Calculer I₁ et I₂.
b) Combien de fois la chaudière est-elle plus intense que le circulateur ?
a) \(I_1 = 10^{-12} \times 10^{6{,}5} \approx \mathbf{3{,}16 \times 10^{-6}}\) W/m²
\(I_2 = 10^{-12} \times 10^{7{,}8} \approx \mathbf{6{,}31 \times 10^{-5}}\) W/m²
b) \(\dfrac{I_2}{I_1} = \dfrac{6{,}31 \times 10^{-5}}{3{,}16 \times 10^{-6}} = \mathbf{20}\) fois plus intense (écart de 13 dB).
Un technicien de maintenance énergétique utilise une meuleuse (L = 100 dB). Il dispose de bouchons d'oreille offrant 25 dB d'atténuation.
a) Quel niveau reçoit-il avec les bouchons ?
b) Ce niveau est-il inférieur au seuil de risque de 85 dB ?
c) Un casque anti-bruit (30 dB) peut être porté en plus. L'atténuation combinée est environ la plus forte + 5 dB. Quel serait le niveau final ?
a) \(L_{reçu} = 100 - 25 = \mathbf{75}\) dB
b) Oui, 75 dB < 85 dB → les bouchons sont suffisants.
c) Atténuation combinée ≈ 30 + 5 = 35 dB → \(L = 100 - 35 = \mathbf{65}\) dB.
Une chaudière à condensation émet L₁ = 85 dB à r₁ = 1 m. La norme impose ≤ 40 dB dans le séjour adjacent.
a) À quelle distance le niveau atteint-il 40 dB (propagation libre) ?
b) Cette distance est-elle réaliste dans un logement ? Quelle solution alternative proposer ?
a) \(40 = 85 - 20\log(r_2)\) → \(20\log(r_2) = 45\) → \(\log(r_2) = 2{,}25\) → \(r_2 = 10^{2{,}25} \approx \mathbf{178}\) m
b) Non, 178 m n'est pas réaliste dans un logement. Solutions : isolation phonique du local technique, parois doubles, porte acoustique, silent-blocs sous la chaudière, manchons anti-vibratoires sur les canalisations.
Un son se propage dans l'air à 340 m/s et dans le cuivre à 3 750 m/s. Le son a une fréquence f = 500 Hz.
a) Calculer la longueur d'onde dans l'air.
b) Calculer la longueur d'onde dans le cuivre.
c) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air au cuivre ? Et la longueur d'onde ?
a) \(\lambda_{air} = \dfrac{340}{500} = \mathbf{0{,}68}\) m = 68 cm
b) \(\lambda_{cuivre} = \dfrac{3\,750}{500} = \mathbf{7{,}5}\) m
c) La fréquence ne change pas (propriété de la source). La longueur d'onde change car la vitesse est différente dans chaque milieu (λ = c/f).