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ACOUSTIQUE
ELECTRICITÉ
Lycée LEONARD DE VINCI - 2021/2022
COMMENT CARACTÉRISER LES SONS
D'UN CHANTIER ?
SON 1
2de PRO
2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 1/10
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TP 1 « Peut-on utiliser indifféremment les différents types de signaux électriques ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
Document : Générateurs de courant
Dynamo de vélo Piles Centrale nucléaire
de Blaye
Signal sortant : Courant Alternatif
Signal sortant : Courant Continu
Signal sortant : Courant Alternatif
Document : Récepteurs de courant
Perceuse sans fil
Lampe fluocompacte
Climatiseur
Signal entrant : Courant Continu
Signal entrant : Courant Alternatif
Signal entrant : Courant Alternatif
1.a. Sur quel type de courant est délivré sur une prise domestique ? Continu Alternatif b. Sur quel type de courant fonctionne les appareils qui utilisent une batterie ? Continu Alternatif c. Quel type de courant produit une éolienne ? Continu Alternatif
2. « Peut-on utiliser indifféremment le courant continu ou le courant alternatif en fonction de l’appareil utilisé ? ». Émettre une hypothèse répondant à la question, en l’explicitant.
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................ 3. Cas de la lampe
Observations : ................................................. Observations : .................................................
a. Réaliser le montage décrit ci-dessus.
Appel n°1 : Faire vérifier le montage
b. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
c. Réaliser le montage décrit ci-dessus.
Appel n°2 : Faire vérifier le montage
d. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
4. Cas du haut-parleur
Observations : ................................................. Observations : .................................................
a. Réaliser le montage décrit ci-dessus.
Appel n°3 : Faire vérifier le montage
b. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
c. Réaliser le montage décrit ci-dessus. d. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
A1 G
A2 G
A1
A2
B1 G
B2 G
B1
B2
B1
A2
A1
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CHANTIER ?
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5. Cas du moteur à courant continu
Observations : ................................................. Observations : .................................................
a. Réaliser le montage décrit ci-dessus.
Appel n°4 : Faire vérifier le montage
b. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
c. Réaliser le montage décrit ci-dessus d. Fermer l’interrupteur et noter les observations dans le tableau précédent.
6. Cas de l’électroaimant
Observations : .................................................
.................................................
Observations : .................................................
.................................................
a. Réaliser le montage décrit ci-dessous
Appel n°5 : Faire vérifier le montage
b. Fermer l’interrupteur et approcher un morceau de fer sur le noyau de fer doux de la bobine. Noter les observations dans le tableau précédent.
c. Réaliser le montage décrit ci-dessous d. Fermer l’interrupteur et approcher un morceau de fer sur le noyau
de fer doux de la bobine. Noter les observations dans le tableau précédent.
7. Confirmer ou infirmer l’hypothèse formulée à la question initiale, en l’explicitant.
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
8. On place une bougie à côté d’une source sonore. a. Regarder et décrire la vidéo du document .
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
Document : Bougie Dansante
b. Parmi les montages suivants, lequel permet d’étudier la production d’un son ?
C1 G
M
C2 G
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C1
D1 G
D2 G
D1
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2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 3/10
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TP 2 « Quels outils utilise-t-on pour analyser un signal électrique sinusoïdal ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
1.a. Réaliser le montage ci-contre (le voltmètre V sera branché en dernier et mis en position AC).
b. Ouvrir le logiciel LATIS PLP et activer le voltmètre en cliquant sur « EA1 ».
c. Par un clic droit sur l’entrée « EA1 », choisir « propriété de la courbe » pour effectuer les changements suivants : renommer la courbe EA1 en Tension modifier l’’affichage pour avoir des croix reliées.
d. Paramétrer le logiciel LATIS PLP comme indiqué ci-contre.
Appel n°1 : Faire vérifier le montage et les paramétrages, puis faire une acquisition devant le professeur
2. La forme de la tension obtenue est appelée « sinusoïde ».
a. Quelle est la nature de la tension ? alternative continue b. Utiliser l’outil « Calibrage » (clic droit sur la zone graphique) pour
optimiser l’affichage. Utiliser ensuite l’outil « réticule » (clic droit sur la zone graphique) pour déterminer la valeur de la tension maximale et de la tension minimale :
Umax .............. V ; Umin .............. V
c. La valeur de la tension lue sur le voltmètre est la « valeur efficace de la tension », que l’on note Ueff.
Relever la valeur de la tension efficace. Ueff ....................
d. Effectuer le calcul suivant : Umax
2 = ..............................................................................................................
e. Conjecturer une relation entre Ueff et Umax :
Umax = Ueff
2 Ueff = 2Umax Ueff = Umax
2 Ueff = Umax× 2
Appel n°2 : Faire vérifier la relation entre Ueff et Umax
3. On dispose du fichier GeoGebra « SIGNAL SINUSOÏDAL.ggb » a. Modifier le curseur « Amplitude A » et caractériser le signal en cochant la bonne réponse : Le maximum du signal est le double du minimum Le maximum et le minimum du signal sont identiques Le maximum et le minimum du signal sont opposés
b. Un signal est dit périodique lorsqu’il existe un motif de base le plus petit possible qui se répète par translation horizontale et qui permet de tracer tout le signal. Cocher parmi les motifs suivants, deux motifs de base possibles du signal sinusoïdal :
c. La période T d’un signal périodique est la durée de ce motif. Modifier le curseur « Période T » du fichier GeoGebra et caractériser le signal en cochant la bonne réponse : Plus la période T est grande, moins le motif de base du signal se répète sur un temps donné Plus la période T est grande, plus le motif de base du signal se répète sur un temps donné Plus la période T est grande, plus l’amplitude du signal est grande
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
G
Système d’acquisition
Capteur Voltmètre EA1
V
6 V
500 µs
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2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 4/10
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4.a. À partir du logiciel LATIS PLP, déterminer la période T de la tension sinusoïdale dont on a fait l’acquisition (on utilisera de nouveau le « réticule », mais en profitant cette fois si de son option « nouvelle origine » grâce à un double clic sur la début du motif choisi puis un déplacement du curseur jusqu’à la fin du motif choisi).
T = .................. ms = .................. s
Appel n°3 : Faire vérifier la période et sa conversion.
b. On appelle fréquence f, l’inverse de la période, soit : f = 1
T. Elle se mesure en Hertz (Hz), si T est
exprimée en seconde. La valeur de la fréquence indique le nombre fois en une seconde où le motif de base se répète.
Calculer la fréquence f de la tension étudiée : f = 1
T = ................................................................................
5. Parmi les outils suivants, lequel aurait aussi pu permettre d’acquérir et d’analyser le signal étudié ?
Sonar Oscilloscope Électrocardiographe
AP
AP
AN
AN
AP
RE
Exercice 1 : Tensions Mondiales La tension du secteur est la tension qu’il y a
aux prises de nos habitations. Cette tension
est alternative sinusoïdale.
1.a. La tension du secteur est-elle la même
partout dans le monde ?
OUI NON
b. Combien de type de tensions différentes
existe-t-il ?
2 3 4 6
2.a. Pour obtenir un meilleur son dans son
salon, Djibril a acheté par Internet un
ensemble Home Cinéma au Canada. Il a
vérifié que cet appareil fonctionne en
120 V et en 230 V. Peut-il le brancher
sans risque sur la prise de son salon, en
France ? OUI NON
b. Que doit-il faire pour le faire fonctionner ? (une bonne réponse)
Utiliser sur la prise un adapteur photographié ci-contre
Utiliser un transformateur de courant
Utiliser sur la prise un adapteur photographié ci-contre et régler son
appareil pour lui indiquer la tension utilisée
Brancher tout simplement l’appareil sur la prise et régler son
appareil pour lui indiquer la tension utilisée
3.a. Quelle est la fréquence de la tension en France ? 220 V 100 V 50 Hz 60 Hz
b. La tension efficace du secteur en France est proche de 230 V. Quelle est la valeur de la tension maximale ?
50 V 162 V 220 V 230 V 325 V
SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
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2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 5/10
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TP 3 « Les astronautes doivent-ils se protéger les oreilles ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
VA Valider
CM
Communiquer
Document : Marteau piqueur Document : Baleine à bosse Document : Bouchons d’oreille
Le bruit intense du marteau piqueur oblige l’ouvrier des travaux publics d’utiliser un
casque
Les Baleines à bosse sont connues pour leur
chant, qui permet à ces cétacés de communiquer entre eux
1. À partir des documents et : a. Les sons se propagent-ils dans l’air ? OUI NON b. Quel est l’état physique de l’air ? Solide Liquide Gaz c. Les sons se propagent-ils dans le béton ? OUI NON d. Quel est l’état physique du béton ? Solide Liquide Gaz e. Les sons se propagent-ils dans l’eau des océans ? OUI NON f. Quel est l’état physique de l’eau des océans ? Solide Liquide Gaz
2. Les astronautes de la station spatiale internationale (ISS) effectuent régulièrement des sorties dans l’espace pour l’entretien de la station. « Lors de ses sorties, les astronautes
doivent-ils porter des bouchons d’oreille lorsqu’ils utilisent des outils bruyants ? »
Émettre une hypothèse répondant à la question posée, en l’explicitant
..............................................................................
..............................................................................
..............................................................................
..............................................................................
Document : Sortie de l’ISS de Thomas PESQUET
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
3. À l’aide d’une cloche à vide, proposer un protocole expérimental permettant d’étudier le problème posé (on schématisera ci-contre l’expérience proposée).
Schéma du montage proposé :
4.a. Noter les observations, suite à l’expérience réalisée par le professeur.
......................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................... b. Conclure en cochant la bonne réponse : la transmission du son nécessite un milieu de propagation la transmission du son ne nécessite pas un milieu de propagation
5. Confirmer ou infirmer l’hypothèse formulée à la question initiale, en l’explicitant. .........................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
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SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
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TP 4 « Quels sont les caractéristiques d’un son ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
1. Le document ci-contre présente différents enregistrements sonores (flute traversière, voix et diapason).
a. Ces trois signaux sont-ils tous périodiques ? OUI NON
b. Lorsque le signal est de forme sinusoïdal, le son est dit « pur ». Lequel des sons ci-contre est « pur » ? Flute traversière Voix Diapason
2. Les sons audibles par l’homme sont classés en trois catégorie : graves, médium, aigu. Cette caractéristique correspond à la « hauteur » d’un son. Plus la vibration du son est rapide, plus le son est dit haut ou aigu. « Quelle caractéristique d’un son traduit le fait qu’un son soit « aigu » ou « grave » ? » Émettre une hypothèse :
Document : Signaux temporels d’enregistrements de sons
L’amplitude maximale du signal sonore L’amplitude minimale du signal sonore La fréquence du signal sonore
3. Parmi les montages suivants, quel est celui qui permet d’étudier la forme d’un signal sonore ?
Appel n°1 : Faire vérifier le choix du montage et le justifier oralement
4.a. Réaliser le montage validé par le professeur. on positionnera l’appareil de mesure à 5 cm du haut-parleur du
smartphone ; on utilisera le « générateur de son » de l’application Phyphox®, que l’on
réglera sur 220 Hz ; on réglera les paramètres d’acquisition du logiciel LATIS PLP comme
indiqué ci-contre, puis on modifier le style d’affichage de la courbe pour avoir le style « trait ».
Appel n°2 : Faire vérifier le montage et réaliser l’acquisition devant le professeur
b. Le son produit semble-t-il aigu ou grave ? AIGU GRAVE c. Utiliser l’outil « Réticule » pour déterminer la période du signal sonore capté.
T ....................... ms = ........................ s
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Son médium
Son grave
Son médium
Système d’acquisition
SMARTPHONE
Générateur de Son sur 220 Hz
Système d’acquisition
Capteur Voltmètre
SMARTPHONE
Générateur de Son sur 220 Hz
Système d’acquisition
Microphone
SMARTPHONE
Générateur de Son sur 220 Hz
Système d’acquisition
Capteur température
SMARTPHONE
Générateur de Son sur 220 Hz
SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
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2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 7/10
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d. Calculer la fréquence de ce signal. f = 1
T = .............................................
e. Modifier le réglage du smartphone pour que celui-ci fournisse une fréquence de 1760 Hz, puis écouter alors le son produit. Semble-t-il aigu ou grave ? AIGU GRAVE
5.a. Compléter les schémas suivant avec les étiquettes suivantes :
b. Confirmer ou infirmer l’hypothèse initialement formulée (en explicitant la réponse) :
......................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................... 6. On dispose du fichier LATIS PLP « PIANO.plp ». Il correspond à l’enregistrement de 5 notes identiques
émises par un piano (la 2e fenêtre du fichier étant un zoom de la 1re).
a. Déterminer la période de la note. Tpiano ....................... ms = ........................ s
b. En déduire par le calcul sa fréquence. fpiano = ..........................................................................................
c. On dispose du fichier GeoGebra « FREQUENCE DES NOTES.ggb ». Utiliser les données de ce fichier pour déterminer la note émise par le piano.
Do Ré Mi Fa Sol La Si
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Exercice 2 : Prévention des collisions avec les Engins de chantier
Afin de prévenir les risques de collisions avec les ouvriers du chantier, les
engins de chantiers sont équipés d’avertisseurs sonores de recul. Certains
experts recommandent que la fréquence du son émis soit comprise entre
500 Hz et 2 000 Hz et d’éviter les sons purs.
1. Quel instrument de mesure est nécessaire pour déterminer la fréquence
du son émis par un engin de chantier ?
Un voltmètre Un thermomètre Un microphone Un sonomètre Un ampèremètre
2. L’enregistrement ci-contre correspond au signal
sonore émis par l’alarme de recul.
a. S’agit-il d’un son pur ? OUI NON
b. Déterminer graphiquement la période T en s.
c. En déduire la fréquence f.
d. Comparer la fréquence du signal avec les
recommandations des experts.
3. Cette alarme est-elle conforme ? OUI NON
VA
Exercice 3 : Notes de musiques
Des instruments de musique jouent la même note si les sons produis sont de fréquence identiques.
Parmi les enregistrements suivants, déterminer ceux qui correspondent à la même note.
Son ..................... Son ..................... Son ..................... Son .....................
FORT GRAVE AIGU FAIBLE
SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
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2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 8/10
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Exercice 4 : Son produit par un diapason
On enregistre à l’aide d’un microphone relié à un dispositif d’enregistrement le signal sonore émis par un
diapason, tenu à la main (sans caisse de résonance). On obtient le signal suivant :
1. Dans ces conditions d’utilisation du diapason, le son obtenu est-il pur ? Justifier.
2. Quelle est la période expérimentale Te de ce signal ? 2,3 ms 2,5 ms 5 ms 9,8 ms
3. Le constructeur annonce que le diapason est en acier et qu’il émet un La3, soit un son de fréquence 440 Hz.
a. Calculer la période théorique T que l’on devrait obtenir.
b. Le résultat théorique est-il cohérent avec la donnée annoncée par le constructeur ?
VA
Exercice 5 : Classement de sons
Les oscillogrammes suivants représentent les signaux de trois sons (sur une même base de temps).
Classer ces trois sons du plus grave au plus aigu.
AP
AN
Exercice 6 : Mesure sous cloche à vide
On place un téléphone émettant
un son continu sous une cloche
à vide.
1. Nommer l’appareil de mesure
placé à l’extérieur des deux
cloches ci-contre.
2. Parmi les deux photos
suivantes, dans quel cas a-t-
on fait un vide partiel sous la
cloche ?
So
urc
e :
Sci
ence
s P
hys
iqu
es e
t C
him
iqu
es B
ac
Pro
– H
ach
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– 2
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0
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Exercice 7 : Analyse de roche
Le schéma ci-contre représente la mesure de la vitesse de
propagation du son dans une colonne cylindrique en pierre
(diamètre : 50 cm) à l’aide d’un appareil à ultrasons.
Le résultat de la mesure indique que le son met
0,2 milliseconde pour aller de l’émetteur au récepteur.
1. Calculez la vitesse de propagation v (en m/s) du son dans
la pierre.
2. On donne :
Calcaire : 2 400 < v < 6 200 m/s ;
Marbre : 3 800 < v < 6 200 m/s ;
Granite : 4 000 < v < 7 000 m/s ;
Déduisez-en la nature de la pierre de la colonne.
SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
2de PRO
2BTP1 PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 9/10
NO
M :
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RE
CM
Exercice 8 : Protection acoustique
Le Code du travail impose que les employés ne soient pas exposés à des
bruits dont le niveau sonore dépasse 85 dB. Sur un chantier, une
machine émet un son dont le niveau sonore est de 109 dB à une distance
de 1 m. Le niveau sonore diminue de 6 dB lorsque la distance double.
1. Calculer la distance minimale à laquelle un employé doit se trouver de
la machine pour respecter la réglementation.
2. Citer un moyen de protection qui permet de travailler près de cette
machine en respectant la réglementation.
AN
AN
Exercice 9 : Route Musicale
Au Japon, un étrange phénomène se produit sur la route
menant au Mont Fuji. En la parcourant en voiture, on
peut y voir dessinée une immense note de musique. Puis,
quelques instants plus tard, voilà qu’une mélodie se fait
entendre dans l’habitacle. Inutile de régler l’autoradio,
cette musique ne vient pas des haut-parleurs… mais de
la route elle-même !
Des séries de reliefs (rainures ou barrettes) ont été
incrustées dans le bitume. En roulant dessus, les roues
des voitures se déplacent de haut en bas, produisant une
vibration.
Cette dernière est alors transmise à la carrosserie de la
voiture, puis à l’air de l’habitacle où elle devient un son
audible pour les passagers.
1. Quelle technique sur la route permet d’obtenir les
fréquences des notes de musique jouée ?
la profondeur des entailles dans l’enrobé ?
l’espacement entre les entailles dans l’enrobé ?
la longueur des entailles dans l’enrobé ?
Vidéo Route
Musicale
2. La vitesse de la voiture a son importance sur la mélodie. Cocher les deux bonnes réponses :
Si la voiture roule trop vite, la mélodie sera plus aiguë
Si la voiture roule trop vite, la mélodie sera plus grave
Si la voiture roule trop lentement, la mélodie sera plus aiguë
Si la voiture roule trop lentement, la mélodie sera plus grave
AP
AP
Exercice 10 : Transmission de signal
1. La chaîne de transmission avec propagation guidée lors d’un concert est schématisée ci-dessous :
Préciser quel numéro correspond aux éléments suivants :
Signal électrique Onde sonore Signal électrique
amplifié Émetteur Récepteur
2. Compléter la chaine de transmission ci-contre avec
les étiquettes suivantes :
AIR DILATÉ AIR COMPRESSÉ
SON 1 COMMENT CARACTÉRISER LES SONS D'UN
CHANTIER ?
2de PRO
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AP
Exercice 11 : Capteur piézo-électrique sur autoroute
Lors de travaux sur une autoroute, le ministère des transport souhaite obtenir
des chiffres détaillées précis sur le débit de la circulation.
On estime en moyenne que 6 000 véhiculent circulent chaque jour sur
l’autoroute, mais pour obtenir des statistiques beaucoup plus précises, des
capteurs piézoélectriques ont été installés : cela permet de prendre en
compte la vitesse, le poids, la classe des véhicules et de compter le nombre
de véhicules qui circulent. L’asphalte doit notamment être coupé avec
précision pour y installer les capteurs.
« C’est une fine bande de métal qui est placé le plus près possible de la
chaussée, à la surface de l’asphalte, dans du mortier. »
Lorsqu’un véhicule passe sur le capteur piézo-électrique, le câble se
déforme au contact des roues. Un signal est alors détecté par l’équipement.
Le nombre d’essieux enregistré permet de déterminer s’il s’agit d’une
voiture ou d’un poids lourd.
Les données sont ensuite transmises à une station de comptage en bordure
de l’autoroute, qui fonctionne à l’énergie solaire.
Même si la vitesse des voitures ou encore le poids des camions est
enregistré, ce système ne permet pas d’émettre de contraventions.
Préciser le type des signaux d’entrée et de sortie du capteur piézo-électrique installé sur l’autoroute.
AP
Exercice 12 : Comment fait-on pour chanter ?
C’est en faisant vibrer nos cordes vocales et plis vocaux,
situés dans la larynx, que nous produisons des sons.
Compléter le schéma avec les étiquettes suivantes :
Source : Science&Vie Juin 2020
Capteur piézo-électrique
Type de signal sonore thermique électrique mécanique lumineux
Type de signal sonore thermique électrique mécanique lumineux
AIGU MEDIAN GRAVE STRIDENT
