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TP de Sciences Physiques nÀ6 : correction

I Le haut – parleur

Un haut-parleur de diamètre 10 cm alimenté par un GBF émet un son de fréquence f que nous captons avec un microphone. L’amplitude de la tension qui alimente le haut-parleur (U E ) est maintenue à 2,00 V. Nous notons l’amplitude de la tension captée par le microphone pour différentes fréquences.

Tableau de mesures (toutes les mesures ont été prises avec une tension U E = 2,00 V) :

Fréquence (Hz) 10 30 100 300 1000 3000 10000 Tension U S (V) Amplification A(f)

0,11 0,055 0,81 0,405 2,00 1,00 2,00 1,00 1,12 0,56 0,16 0,08 0,01 0,005

Gain (dB)

-25 -7,9 0 0 -5,0 -22 -46 Courbe de gain en décibels G (dB) 0 - 3 dB - 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 52 Hz 10 2 800 Hz 10 3 10 4 f (Hz) Je trace une droite horizontale à l’ordonnée -3dB. Graphiquement, nous constatons que le haut-parleur étudié admet deux fréquences de coupure à –3 dB : ces fréquences sont 50 Hz et 800 Hz. Sa bande passante est donc « 50Hz – 800Hz » et il s’agit d’un haut-parleur « medium ».

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Doc n°2 : courbes de gain en décibels de trois hauts – parleurs différents. La zone bleue correspond aux infrasons.

D’après le document n°2, le haut-parleur de grand diamètre (membrane moins tendue) a une bande passante 20Hz – 2000Hz. On l’appelle « boomer » ou « woofer » et il produit les sons de basses fréquences. Ensuite, le haut-parleur de diamètre moyen a une bande passante 60Hz – 700Hz. On l’appelle « medium » et il produit les « moyennes fréquences ». Enfin, le haut-parleur de plus petit diamètre (membrane la plus tendue) a une bande passante 150Hz – 10000Hz. On l’appelle « tweeter » et il produit les sons de hautes fréquences. Le haut-parleur que nous avons étudié donne des résultats tout à fait cohérents avec les données du document n°2. Il s’agit d’un haut-parleur « medium », de diamètre 10 cm et de bande passante « 50Hz – 800Hz ».

II -

Etude d’une enceinte acoustique

Quel est le rôle des suspensions ? Pourquoi le saladier est-il ajouré ? Les suspensions permettent à la membrane, solidaire de la bobine électrique et soumise à une force électromagnétique alternative, de se déplacer librement. Le saladier est ajouré pour que l’air puisse circuler derrière la membrane, afin de ne pas créer de surpression quand le membrane « revient » de sa position extrême. Quel est le déphasage entre les deux signaux observés sur l'oscilloscope ? Comment interpréter ce déphasage ? Quand la membrane « avance », elle crée une compression devant elle et par conséquence, au même instant, une dépression derrière elle, et inversement quand elle recule. Les compressions et dépressions sont donc inversées devant et derrière la membrane, et les ondes sonores sont en opposition de phase (déphasée d’une demi-période). Que cherche-t-on à éviter avec les dispositifs présentés dans le document n°4 ? Les matières absorbantes et l’évent présentés dans le document n°4 servent à éviter les interférences entre les ondes crées devant la membrane et derrière elle. Quel est l'effet de l'évent sur la bande passante ? On peut constater sur les graphiques que l’évent permet d’allonger un peu la bande passante du haut-parleur vers les basses fréquences. Les dimensions de l'évent permettent de renforcer le son à une fréquence particulière inférieure à 100 Hz, à laquelle apparaît un maximum local de la courbe de gain. Que vaut cette fréquence pour l'enceinte étudiée ? On remarque effectivement un maximum local à 50 Hz avec l’évent alors que le gain est faible à cette fréquence sans évent. A cette fréquence, l’évent (en fonction de ses dimensions) entre en résonance comme un tuyau sonore et crée un déphasage d’une demi-période. Le son arrière et le son avant reviennent alors en phase et les interférences ne sont plus destructrices. La présence d’un évent permet donc de diminuer la taille des enceintes à performances égales dans les basses fréquences.

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III -

Traitement du son : la pédale « wah – wah »

1/ Déterminer la fréquence de coupure à – 3 dB notée f -3dB pour laquelle le gain G est égal à – 3 dB.

f (Hz)

50 100 500 1000 5000 10000 100000

log (f)

1,70 2,00 2,70 3,00 3,70 4,00 5,00

U E (V) U S (V)

5,96 5,98 5,94 6,0 dans tous les cas 4,10 1,10 0,41 0,04

G (dB)

- 0,06 - 0,03 - 0,09 - 3,31 - 14,74 - 23,31 - 43,74 2/ Justifier que ce montage est un « filtre passe bas ». La courbe G = f(log[fqce]) montre que le gain est fort pour les basses fréquences et diminue fortement lorsque les fréquences deviennent élevées. Il s’git donc d’un « filtre passe bas ». La fréquence de coupure est de 10 3 = 1000 Hz. 3/ Quels sont les points communs et les différences entre ces trois spectres ? Ces trois spectres ont la même hauteur (même fréquence du mode fondamental donc même note musicale jouée) mais des harmoniques, et donc des timbres musicaux différents. 4/ Quel type de filtre permet d'obtenir l'effet de la pédale en position n°1 ? La pédale en position n°1 donne un spectre sur lequel il n’y a que des harmoniques de basses fréquences. Les harmoniques de hautes fréquences ont disparu, donc cette position correspond à l’activation d’un filtre passe bas.

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