Ondes et signaux (PCM STI2D)

Ce matériel, basé sur le domaine « Ondes et signaux » du programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STI2D, traite les ondes sonores et électromagnétiques comme des vecteurs d'information, dans l'esprit des systèmes communicants de la vie courante et de l'industrie.

Le premier volet porte sur le spectre d'amplitude d'un signal périodique. Tout signal périodique se décompose en une composante continue et une somme de signaux sinusoïdaux : le fondamental, dont la fréquence est l'inverse de la période, et des harmoniques de fréquences multiples. On apprend à lire un spectre pour trouver la composante continue, l'amplitude et la fréquence du fondamental et le rang de chaque harmonique, puis à déterminer l'intervalle de fréquences nécessaire pour transmettre un ensemble d'harmoniques choisis. Un point souvent mal compris est travaillé : le spectre d'amplitude seul ne suffit pas à caractériser un signal, car deux signaux de formes différentes peuvent avoir le même spectre d'amplitude.

Le deuxième volet concerne les ondes sonores. Un son pur est sinusoïdal, un son complexe comporte des harmoniques ; la hauteur est liée à la fréquence du fondamental, le timbre à la présence et à l'amplitude des harmoniques. Le niveau sonore, exprimé en décibels, se calcule à partir de l'intensité acoustique par une relation logarithmique : on en déduit par exemple que deux sources identiques ajoutent environ 3 dB. Les courbes de sensibilité de l'oreille (fréquences audibles, seuil d'audibilité, seuil de douleur) et l'absorption d'un son par une paroi complètent cette partie.

Le troisième volet présente les ondes électromagnétiques des télécommunications : relation entre longueur d'onde et fréquence, classement des domaines utilisés, transposition fréquentielle qui permet de transmettre plusieurs informations dans un même milieu, lien entre fréquence et taille des antennes, transmissions par infrarouge, onde radio et fibre optique.

Le matériel propose un quiz, des flashcards, un oral d'entraînement et une fiche de huit exercices rédigés : analyse d'un spectre, bande passante, formes et spectres, instruments de musique, protection auditive, sources multiples, antennes et transmission d'informations.

• Lire un spectre d'amplitude et identifier fondamental et harmoniques
• Déterminer l'intervalle de fréquences nécessaire à une transmission
• Distinguer hauteur et timbre d'un son
• Calculer et combiner des niveaux sonores
• Relier fréquence, longueur d'onde et dimension d'une antenne

Programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STI2D, domaine « Ondes et signaux » : notion d'onde (spectre d'amplitude d'un signal périodique, transmission d'un signal), ondes sonores (spectre d'un son, timbre et hauteur, intensité acoustique et niveau sonore, transmission et absorption), ondes électromagnétiques (spectre utilisé en communication, transmission d'informations).