Ondes et sons

Option complémentaire interdisciplinaire musique - physique
mercredi 30 avril 2008
par  Bernard Vuilleumier
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Questions (5 points)
1. Biffez l’implication fausse :

  • son $\Rightarrow$ onde
  • onde $\Rightarrow$ son

2. Donnez deux exemples :

  • d’ondes mécaniques
  • d’ondes non mécaniques

3. Citez deux grandeurs indépendantes communes à toutes les ondes.
4. Une onde transporte-t-elle quelque chose ? Si oui, que transporte-t-elle ?
5. Donnez deux différences entre la propagation d’une onde et le mouvement d’un mobile.

Problème 1 (6 points)
On utilise un oscillographe à mémoire pour enregistrer le passage du son au niveau de deux microphones distants de 66 cm. Les deux microphones sont alignés avec la source sonore qui émet un son bref et intense. On observe sur l’écran de l’oscillographe les signaux suivants :

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Signaux observés
La sensibilité horizontale de l’oscillographe est de 1 ms/div et la sensibilité verticale est de 200 mV/div sur les deux voies.

Le passage de l’onde au niveau du premier microphone déclenche l’enregistrement d’un signal (en rouge) sur la voie 1 de l’oscillographe (partie supérieure de l’écran). Lorsque l’onde atteint le deuxième microphone, elle déclenche l’enregistrement d’un signal (en bleu) sur la voie 2 de l’oscillographe (partie inférieure de l’écran).
1. L’onde sonore est-elle transversale ou longitudinale ?
2. Déterminez le retard avec lequel l’onde arrive au niveau du deuxième microphone.
3. Calculez, à partir de l’observation de ces signaux, la vitesse du son.

Problème 2 (6 points)
Deux ondes sinusoïdales se déplacent en sens opposés selon une même direction.

Observez ce qui se passe à l’aide de l’application « Superposition of Waves ».
1. Quelle est la grandeur reportée sur l’axe horizontal ?
Décrivez ce que vous observez au cours du temps lorsque :
2. la fréquence de chaque onde sinusoïdale vaut 1 Hz
3. la première fréquence vaut 10 Hz et la seconde 9.49 Hz.

Problème 3 (6 points)
Utilisez l’application « Pure Tones with Sample Rate » pour produire un son pur de fréquence f.
1. Donnez la fonction qui décrit ce son lorsque f=440 Hz.
2. Décrivez ce qui se passe lorsque vous échantillonnez ce son à la fréquence de :

  • 300 Hz
  • 440 Hz
  • 878 Hz
  • 882 Hz

3. Quels conseils donneriez-vous pour échantillonner un son de fréquence f ? Quelles sont les fréquences d’échantillonnage à éviter ?

Problème 4 (6 points)
1. Quel est l’intervalle pour une tierce (do - mi) dans la gamme :

  • pythagoricienne
  • de Zarlino
  • tempérée

2. Quelle est la fréquence du mi dans chacune de ces gammes si la fréquence du do vaut 256 Hz ?
3. La longueur d’une corde qui joue ce do vaut 70 cm. Quelle longueur faut-il donner à cette corde pour qu’elle joue :

  • le mi de la gamme de Pythagore
  • le si de la gamme de Zarlino
  • le la de la gamme de Werkmeister

Documents joints

Superposition of Waves
Pure Tones with Sample Rate