Hauteur, timbre, intensité sonore, échelle logarithmique : vrai ou faux, Memory, texte à trous et remets dans l'ordre
2nde › Physique-Chimie › Son et perception. Teste tes connaissances en quelques minutes, sans inscription : la correction s'affiche à chaque réponse.
Révision : les 20 affirmations corrigées
La hauteur correspond à la fréquence perçue.
Vrai — La hauteur est la perception de la fréquence d'une onde sonore.
Plus la fréquence est élevée, plus le son paraît aigu.
Vrai — Une fréquence plus élevée est perçue comme un son plus aigu.
Le timbre dépend des composantes harmoniques.
Vrai — Le timbre est lié aux composantes harmoniques qui caractérisent la forme de l'onde.
L'intensité sonore se mesure en décibels (dB) dans ce cours.
Vrai — Le cours indique que l'intensité sonore (volume) est exprimée en décibels.
L'échelle logarithmique est utilisée pour représenter l'intensité sonore.
Vrai — Elle permet de couvrir un vaste domaine d'intensités et correspond à la perception humaine.
La formule du niveau sonore est \(L = 10 \times \log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\).
Vrai — Le niveau en décibels est défini par cette formule avec \(I_0\) comme référence.
La valeur de référence est \(I_0 = 10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\).
Vrai — Le cours précise que \(I_0=10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\) est le seuil d'audibilité.
Un son ayant \(I=10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\) a un niveau de 0 dB.
Vrai — Remplacer \(I=I_0\) dans la formule donne \(L=0\) dB, le seuil d'audibilité.
Pour calculer \(I\) à partir de \(L\) on utilise \(I = I_0 \times 10^{\frac{L}{10}}\).
Vrai — On isole \(I\) dans la formule du niveau et on obtient cette expression.
L'oreille perçoit les changements de volume d'une manière compatible avec une échelle logarithmique.
Vrai — Le cours explique que la perception humaine du volume suit une échelle logarithmique.
Les décibels mesurent directement la puissance en W/m².
Faux — Les décibels mesurent un niveau logarithmique relatif, pas une puissance en W/m² directement.
La hauteur dépend de l'amplitude de l'onde.
Faux — L'amplitude influence l'intensité; la hauteur dépend de la fréquence.
Le timbre est uniquement lié à la fréquence fondamentale.
Faux — Le timbre dépend des composantes harmoniques et pas seulement de la fondamentale.
La formule correcte est \(L = 20 \times \log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\).
Faux — Le cours donne le facteur 10 pour l'intensité; 20 correspondrait à la pression acoustique.
Si \(I=10^{-7}\ \mathrm{W/m^2}\), alors \(L=20\) dB.
Faux — Avec \(I=10^{-7}\) on a \(L=10\log_{10}(10^5)=50\) dB, pas 20 dB.
Un son à 50 dB a une intensité \(10^{-5}\ \mathrm{W/m^2}\).
Faux — Le calcul donne \(I=10^{-12}\times10^{5}=10^{-7}\ \mathrm{W/m^2}\) pour 50 dB.
L'intensité sonore augmente linéairement avec la perception auditive.
Faux — La perception est logarithmique, donc la relation n'est pas linéaire.
Deux sons de même hauteur et même intensité ont forcément le même timbre.
Faux — Le timbre peut différer en raison des composantes harmoniques même si fréquence et intensité sont identiques.
Oublier la valeur de référence \(I_0\) n'affecte pas le calcul du niveau.
Faux — Ne pas utiliser \(I_0\) fausse le calcul car le niveau est un rapport à \(I_0\).
Le seuil d'audibilité correspond à \(I=10^{-24}\ \mathrm{W/m^2}\).
Faux — Le cours précise que le seuil d'audibilité est \(10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\), pas \(10^{-24}\).
Les 10 notions à retenir
- Hauteur
- Perception de la fréquence sonore.
- Timbre
- Permet de distinguer sons même hauteur et intensité.
- Intensité sonore
- Volume perçu mesuré en décibels.
- Échelle logarithmique
- Représente l'intensité sur un vaste domaine.
- Formule niveau sonore
- \(L = 10 \times \log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\).
- Valeur référence I_0
- Référence \(I_0=10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\).
- 0 dB
- Niveau correspondant au seuil d'audibilité.
- Conversion L→I
- \(I = I_0 \times 10^{\frac{L}{10}}\)
- Composantes harmoniques
- Déterminent le timbre d'un son.
- Erreur fréquente
- Confondre intensité et niveau en dB.
Les 13 phrases à connaître
La hauteur correspond à la perception de la fréquence du son.
La hauteur dépend de la fréquence : plus la fréquence est élevée, plus le son paraît aigu.
Plus la fréquence est élevée, plus le son paraît aiguë.
Une fréquence plus élevée est perçue comme un son plus aiguë, une fréquence plus basse comme un son grave.
Le timbre permet de distinguer deux sons de même hauteur et même intensité.
Le timbre distingue des sons ayant la même hauteur et le même niveau (intensité) en raison de leurs composantes harmoniques.
Le timbre dépend des composantes harmoniques de l'onde sonore.
Le timbre est déterminé par la présence et les amplitudes des composantes harmoniques de l'onde.
L'intensité sonore se mesure en décibels.
Le niveau sonore est exprimé en décibels (dB), qui est une échelle logarithmique de l'intensité.
La valeur de référence \(I_0\) vaut \(10^{-12}\) W/m\(^2\).
La référence d'audibilité prise dans le cours est \(I_0=10^{-12}\) W/m\(^2\).
Un son au seuil d'audibilité a un niveau sonore de \(0\) dB.
Quand \(I=I_0\) le rapport vaut 1 et \(L=10\log_{10}(1)=0\) dB, le seuil d'audibilité.
Un son à 50 dB correspond à une intensité de \(10^{-7}\) W/m\(^2\).
En appliquant \(I=10^{-12}\times10^{50/10}=10^{-12}\times10^5=10^{-7}\) W/m\(^2\).
La conversion entre intensité et niveau utilise le logarithme en base \(10\).
La formule \(L=10\log_{10}(I/I_0)\) utilise le logarithme décimal, c'est-à-dire base 10.
Ne pas confondre intensité et niveau en décibels.
L'intensité est une puissance par unité de surface en W/m\(^2\), le niveau s'exprime en décibels (dB).
L'échelle logarithmique est utilisée parce qu'elle couvre un très vaste domaine.
L'échelle logarithmique permet de représenter et comparer des intensités sonores s'étendant sur plusieurs ordres de grandeur.
La perception humaine du volume est mieux représentée par une échelle logarithmique.
L'oreille perçoit les variations de niveau de manière proportionnelle au logarithme de l'intensité, d'où l'échelle logarithmique.
La formule numérique utilisée pour le calcul de \(L\) prend pour référence l'intensité \(I_0\).
La formule \(L=10\log_{10}(I/I_0)\) prend pour référence l'intensité \(I_0\) (seuil d'audibilité).
Les 6 séries dans le bon ordre
Remets dans l'ordre les étapes pour calculer le niveau sonore \(L\) à partir de l'intensité \(I\).
- Écrire la formule \(L=10\times\log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\)
- Calculer le rapport \(\frac{I}{I_0}\)
- Prendre le logarithme base 10 du rapport
- Multiplier le résultat par 10
- Exprimer le résultat en décibels (dB)
On calcule d'abord le rapport à la référence, puis son log base 10, enfin on multiplie par 10 pour obtenir \(L\) en dB.
Remets dans l'ordre les étapes pour obtenir l'intensité \(I\) à partir d'un niveau \(L\).
- Écrire la formule isolée \(I=I_0\times10^{\frac{L}{10}}\)
- Remplacer \(L\) et \(I_0\) par leurs valeurs
- Calculer l'exponentielle décimale \(10^{\frac{L}{10}}\)
- Multiplier par \(I_0\)
- Donner l'intensité en W/m\(^2\)
On remplace les valeurs dans l'expression exponentielle puis on multiplie par la référence \(I_0\) pour obtenir \(I\).
Classe ces intensités du plus petit au plus grand.
- \(10^{-12}\) W/m\(^2\)
- \(10^{-9}\) W/m\(^2\)
- \(10^{-7}\) W/m\(^2\)
- \(10^{-5}\) W/m\(^2\)
Les puissances de dix croissent de \(10^{-12}\) à \(10^{-5}\), donc l'ordre est strictement croissant selon l'exposant.
Classe ces niveaux sonores du plus faible au plus fort.
- \(0\) dB
- \(20\) dB
- \(30\) dB
- \(50\) dB
Les niveaux en décibels s'ordonnent numériquement ; 0 dB est le plus faible dans la liste.
Remets dans l'ordre ces trois descriptions : hauteur, timbre, intensité (ordre attendu : hauteur → timbre → intensité).
- Perception de la fréquence
- Dépend des composantes harmoniques
- Mesuré en décibels (volume)
La hauteur concerne la fréquence, le timbre les harmoniques, l'intensité le niveau en dB.
Mettre ces étapes dans l'ordre pour calculer \(L\) quand \(I=10^{-9}\) W/m\(^2\).
- Calculer le rapport \(\frac{I}{I_0}=\frac{10^{-9}}{10^{-12}}=10^{3}\)
- Calculer \(\log_{10}(10^{3})=3\)
- Multiplier par 10 pour obtenir \(L=30\) dB
On calcule d'abord le rapport à \(I_0\), on en prend le logarithme base 10, puis on multiplie par 10 pour obtenir \(L\).