Exercice III. Autour de l'oreille (4 points)

Bac S ( Antilles Guyane septembre 2010 Correction ©
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EXERCICE III. AUTOUR DE L'OREILLE (4 points) 1. Quelques caractéristiques du son (0,25) 1.1. La hauteur du son est la qualité physiologique qui distingue un
son aigu d'un son grave. La hauteur est liée à la fréquence du mode
fondamental de vibration. 1.2. On mesure graphiquement la période du son.
3T = 6,0 ms donc T = 2,0 ms
f = [pic]
(0,25) f = [pic] = 5,0×102 Hz
(0,25) 1.3. On constate que l'amplitude de la tension 2 est supérieure à
celle de la tension 1. C'est que l'expérimentateur a augmenté l'amplitude
de la tension fournie par le générateur de fréquences. On en déduit que
l'intensité sonore est plus grande. 1.4. Sur le spectre fréquentiel, on peut lire que la fréquence du mode de
vibration de rang 4 vaut
f4 = 2000 Hz.
On sait que fn = n.f1 où f1 représente la fréquence du mode fondamental de
vibration et
fn la fréquence de l'harmonique de rang n.
f4 = 4.f1 donc f1 = [pic].
(0,25) f1 = [pic] = 500 Hz la hauteur est identique à celle des sons des
enregistrements 1 et 2. (0,25) 1.5. Les enregistrements des sons 1 et 2 montrent des tensions
parfaitement sinusoïdales, ce qui caractérise des sons purs. Les spectres
fréquentiels ne montreraient qu'un seul pic correspondant au fondamental de
fréquence f1 .
La tension correspondant au son 3 n'est pas sinusoïdale, elle correspond à
une somme de fonctions sinusoïdales. Le son 3 n'est pas un son pur.
(0,25) Le son 3 ne possède pas le même timbre que les sons 1 et 2. 2. Le détecteur oreille
2.1. L = 10 log [pic]
[pic]
[pic]
I = I0.10L/10
(0,5) I = 1,0.10-12 ×1050/10 = 1,0.10-12×105 = 1,0.10-7 W.m-2
(0,5) 2.2. L1 = 10 log [pic]
L2 = 10 log [pic] = 10 log [pic] = 10 (log 2 + log [pic]) = 10 log 2 + 10
log [pic] = 10 log 2 + L1
L2 = 3 + L1 (0,25) 2.3.1. Les sons aigus possèdent une fréquence élevée donc ils se
situent du coté droit du diagramme vers 20 kHz, tandis que les sons graves
possèdent une basse fréquence donc du coté de 20 Hz. 2.3.2.
(0,25)
Point sur la courbe de
niveau 0 qui justifie que
la sensibilité maximale
de l'oreille se situe
autour de 4 kHz
(0,5) 2.3.3. Le son de niveau sonore 60 dB et de fréquence 50 Hz correspond
au point C. Il est perçu par l'oreille avec un niveau sonore LC = 30 dB.
Le son de niveau sonore 60 dB et de fréquence 100 Hz correspond au point D.
Il est perçu par l'oreille avec un niveau sonore LD = 50 dB. (0,5) 2.3.4. Plus le niveau sonore est élevé et plus l'intensité sonore est
grande. LD > LC donc le son de niveau sonore 60 dB et de fréquence 100 Hz,
correspondant au point D, est perçu avec le plus d'intensité par l'oreille.
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3 T C D