Enseignement scientifique de première générale Chapitre 10 Le son, un phénomène vibratoire BO Un son pur est associé à un signal sinusoïdal. Un signal périodique de fréquence f se décompose en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquences multiples de f. Une onde sonore est quantifiée par son intensité. Son niveau d’intensité sonore est exprimé en décibels selon une échelle logarithmique. Une corde tendue émet en vibrant un son composé dont la fréquence fondamentale ne dépend que de ses caractéristiques longueur, tension, masse linéique. Dans les instruments à vent, un phénomène analogue se produit par vibration de l’air dans un tuyau. I. Le son 1. Le son un phénomène vibratoire 2. Le son pur et le son composé a. le son pur Lorsque la vibration de l’objet ne varie pas au cours du temps, que le signal obtenu par le récepteur est sinusoïdal, on dit que le son est pur. Le récepteur oreille ou micro qui perçoit ce son donne un graphe avec une fonction sinusoïdale en fonction du temps en un point donné ici au point A. b. Exercice Donner la période et la fréquence du signal ci-dessus Graphiquement la période est T= 4ms. On en déduit la fréquence de f=1/T=1/0,004=250Hz c. Représentation du spectre d’un son L’analyse spectrale de ce son est un graphe avec la fréquence du son en abscisse et l’ intensité en ordonné, on obtient alors d. Exercice Placer sur le graphe suivant un son de période de 2ms et d’amplitude de 0,5V Pour T=0,002s f=500Hz e. Les sons composés Une corde peut vibrer sur plusieurs fréquences simultanément ainsi le son qu’elle émet est une composition de toutes ces vibrations. f. L’analyse spectral du son émis par la corde ci dessus g. Exercice Donner l’amplitude et la fréquence du fondamental et des 4 harmoniques Pour le fondamental On a f=2,2/5.1000=440Hz et u=4/5.5=4V Pour l’harmonique 1 On a f=4,4/5.1000=880Hz et u=2/5.5=2V Pour le fondamental 2 On a f=6,6/5.1000=1320Hz et u=1/5.5=1V Pour le fondamental 3 On a f=8,8/5.1000=1760Hz et u=0,5/5.5=0,5V Pour le fondamental 4 On a f=11/5.1000=2200Hz et u=0,25/5.5=0,25V Un diapason donne le La à 440Hz à quoi correspond cette fréquence ? La fréquence de 440Hz correspond au fondamental du spectre ci dessus II. Le niveau d’intensité sonore 2. L’intensité sonore a. Définition Un son d’une puissance PW part dans toutes les directions et se répartie sur une surface Sm² qui croit avec la propagation, l’intensité du son sera donc de plus en plus faible. On définit L’intensité sonore I W/m² de ce son comme le rapport de la puissance de l’émetteur PW sur la surface Sm² de propagation à laquelle se trouve le récepteur I=P/S b. Application Si la source sonore émet un son de puissance P=1256W. Au point A l’intensité sonore reçue sera de I=P/S1=1256/ =100W/m² Au point B elle sera de I=P/S2=1256/4. L’intensité sonore est inversement proportionnelle au carré de la distance qui sépare l’émetteur du récepteur. c. Exercice Quelle sera l’intensité sonore de ce son à une distance de 10 mètres ? A 10 mètres l’intensité sonore sera 100 fois plus faible qu’à 1 mètre soit I=1w/m² 2. Le niveau d’intensité sonore a. Définition Le seuil de perception pour une oreille humaine est de I0=10-12W/m2 Si on double l’intensité sonore l’oreille a une réponse particulière qui n’est pas proportionnelle à l’intensité sonore, on parle alors de niveau d’intensité sonore que l’on note L en décibel dB. Son expression est L= b. Application Si un son a une intensité sonore 2 fois supérieur à I0 le niveau d’intensité sonore sera de L= S’il est 10 fois supérieur à I0 le niveau d’intensité sonore sera de L= S’il est 100 fois supérieur à I0 , le niveau d’intensité sonore sera de L= c. Conclusion Si l’intensité sonore est multipliée par deux le niveau d’intensité sonore augmente de 3dB. Si l’intensité sonore est multipliée par 10 le niveau d’intensité sonore augmente de 10B. Si l’intensité sonore est multipliée par 100 le niveau d’intensité sonore augmente de20dB. d. Exercice Le niveau d’intensité sonore d’une vingtaine d’élèves dans une salle de classe est de 40 dB, Quel sera le niveau d’intensité sonore d’une classe de 40 élèves ? Si l’intensité sonore est doublée le niveau d’intensité sonore augmente de 3 décibels soit L=43dB III. La production d’un son en musique 1. La hauteur et le timbre La même note jouée selon plusieurs instruments de musique n’aura pas le même spectre. Un son musical est donc caractérisé par sa hauteur soit la fréquence de son fondamental et par son timbre soit son spectre. On peut ainsi distinguer la signature de plusieurs instruments de musique par leur spectre. IV. Les fréquences émises par une corde vibrante a. Principe La fréquence de vibration d’une corde fHz dépend de plusieurs paramètres Sa longueur Lm Sa masse linéique µ kg/m La tension qu’elle subit TN Il est donc possible avec une même corde d’une certaine longueur d’obtenir plusieurs fréquences de vibration selon la tension qu’elle subit. La formule est b. Exercice Déterminer la fréquence d’une corde tendue sous une force de 1000N qui a une longueur de 50cm et une masse linéique de 5,165g/m longueur de 50cm et une masse linéique de 5,165g/m On applique la relation et on trouve Comment évoluera cette fréquence si on tend la corde avec une tension T 4 fois plus grande ? La fréquence sera multiplié par deux car elle est proportionnelle à la racine carrée de la tension T soit f=880Hz 2. Instrument à vent Dans un instrument à vent les ondes acoustiques s’amplifient et forment, comme les oncdes provenant des cordes vibrantes une combinaison de sons entre le fondamental et les harmoniques Exercice 1 à11 page 180 à 182 Chapitre n°11 Le son un Chapitre n°11 Le son un

Lorsquun son (vibration de l'air) est reçu par un capteur, un signal électrique, image de sa variation au cours du temps, est obtenu. Les valeurs de ce signal analogique sont alors généralement des tensions, exprimées en volts (V). Pour que ce signal analogique soit stocké et traité par un support informatique, il faut le convertir en

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Lorsqu'un son se propage dans un milieu matériel, qu'est-ce qui est déplacé ?Les particules de la matièreLa vibrationLa chaleurQue permet la caisse de résonance ?De propager le son plus efficacement dans l'airD'augmenter la fréquence du son émisD'ajouter des harmoniques supplémentaires au son émisQu'est-ce qu'un son pur ?C'est un son qui n'a pas d' un son qui n'est pas manipulé par une caisse de un son naturel. Les sons composés comportent plusieurs harmoniques. Comment calcule-t-on les premières harmoniques ? On multiplie la fréquence fondamentale F par le rang n de l' divise la fréquence fondamentale F par le rang n de l' multiplie la fréquence fondamentale F par l'amplitude de l' divise la fréquence fondamentale F par l'amplitude de l' est l'unité de mesure de la période T d'un son ?Le hertzLa secondeLe pascalLe décibelQuelle grandeur est la plus fréquemment utilisée pour évaluer le volume d'un son ?Le niveau d'intensité sonoreL'intensité sonoreLe décibelL'amplitudeComment appelle-t-on la grandeur qui correspond à la puissance du son par unité de surface ?L'intensité sonoreL'amplitudeLe niveau d'intensité sonoreLe décibelAu niveau physique, à quoi le timbre est-il lié ? plusieurs réponses possiblesAux harmoniquesÀ la forme du signal périodiqueÀ la fréquence fondamentaleÀ l'amplitudeQuelles sont les trois caractéristiques d'une corde qui déterminent la hauteur du son entendu lorsque la corde vibre ?Sa longueurSa tensionSa masse linéiqueSa forme

. 259 213 269 399 113 418 79 468

exercice sur le son enseignement scientifique 1ere