--- niveau: "3eme" chapitre: "08" titre: "QCM — Son, echo et signaux numeriques" type: "evaluation_formative" nombre_questions: 10 nombre_tips: 5 nombre_dragwords: 5 --- # QCM — Son, echo et signaux numeriques > *M. VERHILLE — Physique-Chimie · 3eme* > *Coche la bonne reponse. Une seule reponse correcte par question.* --- ## Question 1 Une corde de guitare vibre et produit un son dans l’air. Qu’est-ce qu’un son ? > **Tip** : Un son est produit par un objet qui se deplace tres rapidement d'avant en arriere. Pense a une corde de guitare. - ◻ A) Un deplacement de particules d'air dans une seule direction - ✅ B) **Une vibration mecanique se propageant dans un milieu materiel** - ◻ C) Une onde electromagnetique comme la lumiere - ◻ D) Un transfert de matiere de la source vers l'oreille > **Feedback bonne reponse** : "Bravo ! Le son est bien une vibration mecanique. Il a besoin d'un milieu materiel (air, eau, solide) pour se propager." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. Les particules d'air vibrent (oscillent) autour de leur position, elles ne se deplacent pas dans une seule direction." > **Feedback mauvaise reponse C** : "Non. La lumiere est une onde electromagnetique. Le son est une onde mecanique : il ne peut pas se propager dans le vide." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. La matiere ne se deplace pas de la source a l'oreille. C'est la vibration (l'onde) qui se propage." --- ## Question 2 ![Signal périodique : deux maxima successifs à 2,5 ms et 12,5 ms, soit une période de 10 ms](../3eme/sources/corrections-pedagogiques/son-periode-10-ms.svg) Sur ce graphique de la tension délivrée par un microphone, deux maxima successifs sont séparés de 10 ms, soit une période T = 0,01 s. Quelle est la frequence de ce son ? > **Tip** : La frequence et la periode sont inversement proportionnelles. f = 1/T (avec T en secondes, f en hertz). - ◻ A) 0,01 Hz - ◻ B) 10 Hz - ✅ C) **100 Hz** - ◻ D) 1 000 Hz > **Feedback bonne reponse** : "Excellent ! f = 1/T = 1/0,01 = 100 Hz. Ce son est audible par l'oreille humaine (entre 20 Hz et 20 000 Hz)." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. f = 1/T = 1/0,01 = 100 Hz. Tu as confondu f et T : ce sont des grandeurs inverses." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Non. 1/0,01 = 100, pas 10. Attention au calcul : 1 ÷ 0,01 = 100." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. f = 1/T = 1/0,01 = 100 Hz. T = 0,01 s, pas 0,001 s." --- ## Question 3 Un randonneur dans le cirque de Mafate (La Reunion) crie face a une falaise. Il entend l'echo 1,4 s apres. La vitesse du son dans l'air est 340 m/s. A quelle distance se trouve la falaise ? > **Tip** : Le son fait un aller-retour. La distance totale parcourue = v × t. La distance a la falaise = (v × t) / 2. - ◻ A) 476 m - ✅ B) **238 m** - ◻ C) 24,3 m - ◻ D) 952 m > **Feedback bonne reponse** : "Bravo ! d = (v × t) / 2 = (340 × 1,4) / 2 = 476 / 2 = 238 m. N'oublie jamais de diviser par 2 pour un echo !" > **Feedback mauvaise reponse A** : "Attention ! Tu as oublie de diviser par 2. Le son fait l'aller ET le retour. d = (340 × 1,4) / 2 = 238 m." > **Feedback mauvaise reponse C** : "Non. Tu as divise la vitesse par le temps au lieu de multiplier. d = v × t / 2 = 340 × 1,4 / 2 = 238 m." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. Tu as multiplie v × t sans diviser par 2. L'echo est un aller-retour : d = v × t / 2 = 238 m." --- ## Question 4 Le sonar d'un bateau de peche au large de La Reunion envoie une impulsion ultrasonore. Le signal revient 0,2 s plus tard. La vitesse du son dans l'eau de mer est 1 500 m/s. Quelle est la profondeur du fond marin ? > **Tip** : Meme principe que l'echo : le son fait aller-retour. d = (v × t) / 2. - ◻ A) 300 m - ✅ B) **150 m** - ◻ C) 7 500 m - ◻ D) 75 m > **Feedback bonne reponse** : "Parfait ! d = (1 500 × 0,2) / 2 = 300 / 2 = 150 m. Le sonar utilise exactement le principe de l'echo." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Tu as oublie de diviser par 2. Le son fait aller et retour : d = (1 500 × 0,2) / 2 = 150 m." > **Feedback mauvaise reponse C** : "Non. Tu as multiplie sans le temps ou fait une erreur de calcul. d = 1 500 × 0,2 / 2 = 150 m." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. Verifie : 1 500 × 0,2 = 300, et 300 / 2 = 150 m, pas 75 m." --- ## Question 5 Quelle est la difference fondamentale entre un signal analogique et un signal numerique ? > **Tip** : Pense a l'aiguille d'une montre (analogique) vs l'affichage chiffre (numerique). L'un est continu, l'autre est discret. - ◻ A) Le signal analogique est plus rapide que le signal numerique - ◻ B) Le signal numerique transporte plus d'information par definition - ✅ C) **La grandeur analogique varie continûment ; une représentation numérique utilise des valeurs discrètes, codables par plusieurs bits** - ◻ D) Il n'y a pas de difference, les deux sont equivalents > **Feedback bonne reponse** : "Excellent ! La grandeur analogique peut prendre une plage continue de valeurs. Le numérique représente des valeurs discrètes ; un bit vaut 0 ou 1, mais plusieurs bits codent plus de deux valeurs." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. La vitesse n'est pas le critere distinctif. C'est la nature du signal (continu vs discret) qui les differencie." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Non. Ce n'est pas une question de quantite d'information par definition. La difference porte sur la nature continue ou discrete du signal." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. Ils sont tres differents ! L'analogique est continu, le numerique est discret. Le numerique est plus robuste au bruit." --- ## Question 6 En informatique, un octet correspond a combien de bits ? > **Tip** : C'est une correspondance a connaitre par coeur : bit = plus petite unite, octet = groupe de bits. - ◻ A) 2 bits - ◻ B) 4 bits - ✅ C) **8 bits** - ◻ D) 16 bits > **Feedback bonne reponse** : "Parfait ! 1 octet = 8 bits. C'est la base de toute l'informatique numerique. 1 kilooctet (ko) = 1 000 octets ; 1 kibioctet (Kio) = 1 024 octets." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. 2 bits = 1 paire. Un octet = 8 bits. Exemple : 01001101 est un octet." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Non. 4 bits s'appelle un quartet ou nibble. Un octet = 8 bits." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. 16 bits = 2 octets. Un seul octet contient 8 bits." --- ## Question 7 Une image numerique a une définition de 100 × 80 pixels. Chaque pixel est code sur 3 octets (couleur RVB). Quelle est la taille de cette image non compressee ? > **Tip** : Taille = nombre de pixels × profondeur de codage. Nombre de pixels = largeur × hauteur. - ◻ A) 240 octets - ◻ B) 8 000 octets - ✅ C) **24 000 octets** - ◻ D) 80 000 octets > **Feedback bonne reponse** : "Bravo ! Nb pixels = 100 × 80 = 8 000. Taille = 8 000 × 3 = 24 000 octets. Methode : pixels × profondeur." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. Tu as peut-etre additionne les dimensions au lieu de les multiplier. Nb pixels = 100 × 80 = 8 000, puis × 3 octets = 24 000." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Presque ! Tu as bien calcule le nombre de pixels (8 000) mais tu as oublie de multiplier par la profondeur de codage (3 octets/pixel)." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. 80 000 = 100 × 80 × 10. La profondeur est de 3 octets/pixel, pas 10. Taille = 8 000 × 3 = 24 000 octets." --- ## Question 8 Le cable sous-marin SAFE relie La Reunion au reseau Internet mondial via des signaux numeriques lumineux. Pourquoi prefere-t-on les signaux numeriques aux signaux analogiques pour ce type de transmission ? > **Tip** : Pense a ce qui se passe quand un signal est perturbe par du bruit lors d'une longue transmission. - ◻ A) Les signaux numeriques sont plus beaux - ◻ B) Les signaux numeriques sont plus anciens et donc plus fiables - ✅ C) **Les données numériques peuvent être régénérées exactement si les bits restent correctement reconnaissables ou les erreurs corrigeables** - ◻ D) Les signaux analogiques ne peuvent pas se propager dans la fibre optique > **Feedback bonne reponse** : "Excellent ! La régénération des données peut être exacte si les bits sont correctement détectés ; le bruit trop important peut toutefois provoquer des erreurs." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. Ce n'est pas une question d'esthetique. La robustesse au bruit est l'avantage decisif du numerique." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Non. Au contraire, le numerique est une technologie plus recente que l'analogique." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. La fibre optique peut transporter des signaux analogiques ou numeriques. L'avantage du numerique est sa robustesse, pas son type de support." --- ## Question 9 Une photo prise avec un smartphone a La Reunion lors d'une eruption du Piton de la Fournaise a une définition de 4 000 × 3 000 pixels codee sur 3 octets par pixel. Quelle est sa taille non compressee en mega-octets (Mo) ? (1 Mo = 1 000 000 octets) > **Tip** : Calcule d'abord le nombre total de pixels, multiplie par la profondeur, puis convertis en Mo. - ◻ A) 3,6 Mo - ✅ B) **36 Mo** - ◻ C) 360 Mo - ◻ D) 12 Mo > **Feedback bonne reponse** : "Parfait ! 4 000 × 3 000 = 12 000 000 pixels. × 3 octets = 36 000 000 octets = 36 Mo. C'est pour ca qu'on compresse les photos !" > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. Verifie le calcul : 4 000 × 3 000 × 3 = 36 000 000 octets = 36 Mo, pas 3,6 Mo." > **Feedback mauvaise reponse C** : "Non. 36 000 000 octets = 36 Mo (avec 1 Mo = 1 000 000 octets). Tu as peut-etre divise par 100 000 au lieu de 1 000 000." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Presque ! 12 000 000 pixels × 3 octets = 36 Mo. Tu as oublie de multiplier par la profondeur de codage (3 octets/pixel)." --- ## Question 10 Lors de la numerisation d'un son, qu'appelle-t-on la frequence d'echantillonnage ? > **Tip** : Echantillonner = prendre des "photos" du signal a intervalles reguliers. Le nombre de ces mesures par seconde définit la fréquence d’échantillonnage ; la qualité dépend aussi du nombre de bits par mesure et du signal. - ◻ A) La frequence du son original a numeriser - ◻ B) La quantite de bits utilises pour coder chaque echantillon - ✅ C) **Le nombre de mesures (echantillons) effectuees par seconde lors de la conversion** - ◻ D) La vitesse de transmission du fichier numerique > **Feedback bonne reponse** : "Excellent ! La frequence d'echantillonnage (en Hz) indique combien de fois par seconde on mesure le signal analogique. 44 100 Hz = qualite CD audio." > **Feedback mauvaise reponse A** : "Non. La frequence d'echantillonnage est une propriete du convertisseur, pas du son original. Ne pas confondre la fréquence des mesures avec les fréquences présentes dans le son." > **Feedback mauvaise reponse B** : "Non. La quantite de bits par echantillon s'appelle la profondeur de codage (ou resolution). La frequence d'echantillonnage = nombre de mesures/seconde." > **Feedback mauvaise reponse D** : "Non. La vitesse de transmission est liee au debit (en bits/s). La frequence d'echantillonnage concerne la conversion analogique → numerique." --- # Tips — Aide-memoire > *Fiches de revision rapide. Chaque tip = une notion clé du chapitre.* ## Tip 1 — Le son et sa propagation **A retenir** : Le son est une vibration mecanique. Il se propage dans les milieux materiels (air, eau, solides) mais PAS dans le vide. Dans l'air, la vitesse du son est v ≈ 340 m/s. Dans l'eau, v ≈ 1 500 m/s. **Formule** : `d = v × t` **Piege a eviter** : Confondre la vitesse du son (340 m/s dans l'air) avec la vitesse de la lumiere (300 000 km/s). Le son est environ 1 million de fois plus lent. --- ## Tip 2 — L'echo et le sonar **A retenir** : L'echo est la reflexion du son sur un obstacle. Le son parcourt la distance aller + retour. Pour calculer la distance a l'obstacle, il faut diviser par 2. Le sonar utilise ce principe avec des ultrasons. **Formule** : `d = (v × t) / 2` **Piege a eviter** : Oublier de diviser par 2 ! Le son fait l'aller ET le retour. Si t = 1 s et v = 340 m/s, d = 170 m (pas 340 m). --- ## Tip 3 — Analogique vs numerique **A retenir** : Un signal analogique est continu (il peut prendre une infinite de valeurs). Un signal numerique est discret (il ne prend que des valeurs precises, en binaire : 0 ou 1). Le numerique est plus robuste au bruit lors des transmissions. **Formule** : Pas de formule — c'est une distinction conceptuelle. **Piege a eviter** : Croire que numerique = de meilleure qualite par nature. La qualite depend de la resolution de numerisation. Un CD audio (44 100 Hz, 16 bits) est de tres bonne qualite. --- ## Tip 4 — Bit, octet et codage d'image **A retenir** : Le bit est la plus petite unite d'information (0 ou 1). Un octet = 8 bits. Une image numerique est formee de pixels. La taille des données pixels non compressées, hors en-têtes = largeur × hauteur × profondeur de codage. **Formule** : `Taille (octets) = Nb_pixels × profondeur (octets/pixel)` | `Nb_pixels = largeur × hauteur` **Piege a eviter** : Oublier de multiplier par la profondeur de codage. Une image RVB (3 canaux) sur 1 octet/canal a une profondeur de 3 octets/pixel. --- ## Tip 5 — Frequence d'echantillonnage et numerisation **A retenir** : Numeriser un son consiste a le mesurer a intervalles reguliers (echantillonnage) et a coder chaque mesure en binaire (quantification). La qualité dépend de la fréquence d’échantillonnage, du nombre de bits par mesure et du signal à représenter. Un CD audio utilise 44 100 Hz. **Formule pour un son mono non compressé** : `Débit (bits/s) = fréquence_échantillonnage × profondeur_codage (bits/échantillon)` ; multiplier aussi par le nombre de canaux en multicanal. **Piege a eviter** : Confondre frequence d'echantillonnage et frequence du son. Pour ce chapitre, retenir seulement sa définition : nombre de mesures par seconde. La reconstruction d’un signal limité en bande est un approfondissement qui demande des conditions supplémentaires. --- # Drag the Words — Texte a trous > *Glisse les mots au bon endroit dans le texte.* ## Exercice 1 — Propagation du son Le son est une [[vibration]] mecanique qui se propage dans un [[milieu materiel]]. Il ne peut pas se propager dans le [[vide]]. La vitesse du son dans l'air est d'environ [[340]] m/s. Dans l'eau de mer, le son est plus [[rapide]] qu'dans l'air. Un son audible par l'humain a une frequence comprise entre 20 Hz et [[20 000]] Hz. > **Feedback reussi** : "Parfait ! Tu maitrises la propagation du son et ses caracteristiques." > **Feedback incomplet** : "Relis la section 'Nature et propagation du son'. Attention aux valeurs numeriques." --- ## Exercice 2 — L'echo et le sonar L'[[echo]] est la reflexion d'un son sur un obstacle. Pour calculer la distance d a l'obstacle, on utilise la formule d = v × t / [[2]] car le son fait un [[aller-retour]]. Le [[sonar]] utilise ce principe avec des ultrasons pour mesurer la profondeur des oceans. Dans le cirque de [[Mafate]] a La Reunion, les falaises produisent de remarquables echos. > **Feedback reussi** : "Excellent ! Tu maitrises le principe de l'echo et du sonar." > **Feedback incomplet** : "Relis la section 'Echo et sonar'. N'oublie surtout pas le ÷2 !" --- ## Exercice 3 — Signal analogique et numerique Un signal [[analogique]] est continu : il peut prendre une infinite de valeurs. Un signal [[numerique]] est discret : il représente des valeurs parmi un ensemble discret, souvent codées en [[binaire]] à l’aide de bits 0 ou 1. Le [[bit]] est la plus petite unite d'information numerique. Un [[octet]] regroupe 8 bits. Le signal numerique est plus robuste au [[bruit]] lors des transmissions longue distance. > **Feedback reussi** : "Parfait ! Tu distingues clairement analogique et numerique." > **Feedback incomplet** : "Relis la section 'Signaux analogique et numerique'. Les definitions cles sont : bit, octet, binaire." --- ## Exercice 4 — Codage d'une image numerique Une image numerique est constituee de [[pixels]], qui sont les plus petits elements de l'image. La [[definition]] d’une image indique ses dimensions en pixels, en largeur et en hauteur. Pour calculer la taille d'une image, on multiplie le nombre de pixels par la [[profondeur]] de codage. Dans le modèle RVB 24 bits étudié, chaque pixel est codé sur [[3]] octets (un par canal de couleur). Ainsi une image 200 × 100 pixels RVB occupe 200 × 100 × 3 = [[60 000]] octets. > **Feedback reussi** : "Bravo ! Tu sais calculer la taille d'une image non compressee." > **Feedback incomplet** : "Relis la section 'Codage d'une image numerique'. La formule est : taille = pixels × profondeur." --- ## Exercice 5 — Transmission numerique et cable SAFE Le cable sous-marin [[SAFE]] relie La Reunion au reseau Internet mondial. Il transmet des signaux [[numeriques]] sous forme d'impulsions lumineuses dans une fibre [[optique]]. Les signaux numeriques sont preferes car ils peuvent être [[regeneres]] exactement si les bits restent reconnaissables ou si les erreurs sont corrigées, même après une longue distance. La quantite d'information transmise par seconde s'appelle le [[debit]], exprimee en bits par seconde (bit/s). > **Feedback reussi** : "Excellent ! Tu comprends les enjeux de la transmission numerique pour La Reunion." > **Feedback incomplet** : "Relis la section 'Transmission numerique'. Le cable SAFE est un exemple concret pour La Reunion."