ACOUSTIQUE D.S. D.S.T. n° : 1 ACOUSTIQUE PHYSIQUE 09 Oct. 2014 TSAF1 Nom : _________________________________________ Page : 1 / 5 Note : _____ / 20 I – Questions de cours (4 points) Question 1 : Donnez une définition de la célérité du son. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 2 : Donnez une définition de la longueur d'onde. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 3 : Donnez une définition de la période d'un signal sonore. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 4 : Donnez une définition de la fréquence sonore. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 5 : Donnez la relation physique liant la célérité, la période et la longueur d'onde. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 6 : Donnez la relation physique liant la longueur d'onde, la fréquence et la célérité du son. ___________________________________________________________________________________ Question 7 : Donnez la relation physique entre la puissance acoustique et l'intensité acoustique. ___________________________________________________________________________________ Question 8 : Donnez la relation physique liant la distance entre un émetteur et un récepteur, et l'intensité acoustique. ___________________________________________________________________________________ ACOUSTIQUE D.S. D.S.T. n° : 1 ACOUSTIQUE PHYSIQUE TSAF1 09 Oct. 2014 Page : 2 / 5 II – Exercice d'application directe (2,5 points) Le sonar est constitué d’un émetteur ultrason (S de fréquence supérieure à 20 kHz) couplé à un récepteur. Il mesure le temps mis par les ultrasons pour effectuer l’aller-retour entre le sonar et l’obstacle (fond de la mer, banc de poisson, épave de navire, …) puis l’appareil affiche la profondeur d qui sépare (S) de l’obstacle à partir de la vitesse de propagation des ultrasons dans l’eau de mer. Vitesse du son dans l’eau de mer : v = 1 500 m/s Fréquence des ultrasons émis : 25 kHz Question 1 : Situer le domaine des ultrasons, des sons audibles et des infrasons sur un axe gradué en fréquence (0,5 point). Question 2 : Quelles est la longueur d’onde des ultrasons émis dans le milieu marin ? (1 point) ___________________________________________________________________________________ Question 3 : L’onde sonore émise se répercute sur le banc de poisson (écho). A quelle profondeur d se trouvet-il si le récepteur reçoit l’onde émise avec un décalage de temps de Δt = 0,10 s ? (1 point) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ACOUSTIQUE D.S. D.S.T. n° : 1 ACOUSTIQUE PHYSIQUE TSAF1 09 Oct. 2014 Page : 3 / 5 III – Deuxième exercice (5 points) Un télémètre à ultra-sons vendu au grand public est présenté ci-dessous. Caractéristiques constructeurs du télémètre : Alimentation : 4 piles type AAA (LR03) : 1,5 V – 250 mAh mini. Fréquence des ultra-sons : 35 kHz Le but de cet exercice est de définir la précision et la portée du télémètre à ultra-sons. Question 1 : Déterminez la période du signal émis par le télémètre. (0,5 point) ___________________________________________________________________________________ Question 2 : Déterminez la valeur de la longueur d'onde de ce signal. (0,5 point) ___________________________________________________________________________________ Question 3 : Sachant que la mesure doit s'effectuer grâce à des longueurs d'onde complètes, en déduire la précision de cet appareil. (1 point) ___________________________________________________________________________________ Question 4 : Déterminez la puissance maximale que peuvent délivrer les piles pendant une heure. (1 point) ___________________________________________________________________________________ Question 5 : Sachant que la sensibilité du récepteur est de 0,18 mW/m² et que la puissance d'émission ne peut pas dépasser la puissance fournie par les piles, déterminez la distance maximale mesurable par le télémètre. (2 points) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ACOUSTIQUE D.S. D.S.T. n° : 1 ACOUSTIQUE PHYSIQUE TSAF1 09 Oct. 2014 Page : 4 / 5 IV – Problème (8,5 points) Une source sonore (Home Cinéma) installée dans un salon, est amplifiée via un amplificateur intégré linéaire de type Hi-Fi. Le voisin, n'étant pas très tolérant, demande souvent de bien vouloir diminuer le volume sonore. Le but ici est de concevoir une solution permettant d'apprécier pleinement les films diffusés via le Home Cinéma sans pour autant déranger le voisinage. Le spectromètre ci-dessous présente les spectres de la source sonore d'origine, celui après l'amplification complète et enfin celui de ce que pourrait permettre un mûr intérieur capitonné. L'audiogramme de l'oreille du voisin correspond à la courbe en pointillé. Question 1 : D'après les éléments fournis par le spectromètre, déterminez la fréquence la plus entendu par le voisinage avant la mise en place du mûr. (1 point) ___________________________________________________________________________________ Question 2 : Il est rappelé que I[dB] = 20.log10(I[W/m²]), que vaut l'intensité acoustique remontant aux oreilles de notre voisin ? (0,5 point) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 3 : Tracez sur le même graphique, la courbe approximative de ce qu'entend le voisin. (2 points) Question 4 : La distance minimale au voisin étant de 3,56 m, que vaut la puissance maximale sonore équivalente lorsque le son arrive à sa maison ? (1 point) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ACOUSTIQUE D.S. TSAF1 D.S.T. n° : 1 ACOUSTIQUE PHYSIQUE 09 Oct. 2014 Page : 5 / 5 Question 5 : Le mûr est maintenant construit, que vaut la puissance maximale sonore équivalente lorsque le son arrive à sa maison ? (2 points) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 6 : L'amplificateur n'étant en fait réglé qu'au quart de ses capacités d'amplification, donnez la puissance sonore réelle du son qui arrive chez le voisin ? (1 point) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Question 7 : Cette puissance vous paraît-elle supportable ? (Pour information, le haut-parleur d'un radio réveil dont le volume serait réglé au maximum sans saturation peut développer une puissance acoustique de 0,25 W). Vous justifierez votre réponse. (1 point) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
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