15 tp hp correction 1

THEME 2 : SON ET MUSIQUE
EMETTEURS ET RECEPTEURS SONORES (CHAP.4 DU LIVRE)
HAUT-PARLEUR ET MICROPHONE
Mots clés : casque audio (haut-parleur), microphone, enceintes acoustiques
Activité 1. ETUDE D’UN TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE : LE HAUT-PARLEUR
Act. Expérimentale 1ère partie : COMMENT FONCTIONNE UN HAUT-PARLEUR ?
DOCUMENTS :
Doc 1. Définitions :
Transducteurs : Un transducteur est
un dispositif convertissant une
grandeur physique en une autre.
Un transducteur électro-acoustique
est un dispositif transformant un
signal électrique en un signal sonore
(ou un signal sonore en signal
électrique. Mais on parle alors plutôt
de transducteur acousto-électrique)
Doc 2.
Membrane
Doc 3.
Saladier
Bobine
Pôle Nord de l’aimant
Pôle Sud
de l’aimant
Pôle Nord de
l’aimant
Doc 5.
𝑩 (radial)
Pôle Sud de l’aimant
Bobine
𝑩
Doc 4.
Doc 7.Champ magnétique créé par un aimant
𝑩
Cas d’un aimant en U
Doc 6. La règle des 3 doigts (de la main DROITE)
Ch4 – TP haut-parleur- 1/8
Cas d’un aimant droit
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 Découverte de la force de Laplace RREEAA
On dispose d’une maquette « force de Laplace » (voir ci-contre).
Réalisez l’expérience et vérifiez qu’il est possible de faire bouger le rail
conducteur … sans le toucher !
𝐁
On considère un élément conducteur rectiligne CD, de longueur , parcouru par un courant d'intensité I
et placé dans un champ magnétique B uniforme.
Cet élément est alors soumis à une force électromagnétique F, appelée force de Laplace, dont les
caractéristiques sont les suivantes :
• son point d'application est le milieu M de l'élément CD ;
• sa direction est perpendiculaire au plan formé par l'élément CD le vecteur champ magnétique ;
• en notant l un vecteur parallèle à l'élément CD et orienté dans le sens du courant, le sens de la force F
est tel que le trièdre ( l, B,F ) soit direct figure ci-dessus
 la valeur de la force F est (en newton, N) : F = I x  x B x sin  (pour infos)
I : intensité du courant en ampère (A) ;  : longueur de l'élément en mètre (m) ; B : valeur du champ
magnétique en tesla (T) ; : angle entre l et B
1) En vous aidant du doc 6., ajoutez sur le schéma :
 le sens du courant qui circule dans la tige conductrice (fil conducteur)

le vecteur champ magnétique 𝐵 créé par l’aimant en U au voisinage de la tige associé au sens de la force de
Laplace 𝐹 représentée sur le schéma.
2) Que se passe-t-il si on change le sens de courant ?
Si l’on change le sens du courant, la force de Laplace change aussi de sens donc la tige a un mouvement
dans le sens de la force de Laplace donc dans le sens inverse.
3) Que se passerait-il si le courant était alternatif ?
Si le courant est alternatif, la tige aura un mouvement de va-et-vient : la force de Laplace conservera la
même direction mais changera alternativement de sens.
Ch4 – TP haut-parleur- 2/8
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 Comment utiliser la force de Laplace pour générer une onde sonore ?
AANNAA
Matériel à disposition :
- Fils électriques
- Interrupteur
- Bobine de fil électrique suspendue à un cadre métallique à l’aide de ressorts
- Aimant droit
- Générateur de tension continue (U = 4,5 V)
- GBF (Tension d’amplitude 8 V, de fréquence f variable)
ATTENTION : on ne modifiera pas le réglage des amplitudes des tensions électriques délivrées par les générateurs.
En vous inspirant des documents et de vos connaissances de tronc commun, utilisez le matériel à
disposition pour générer un son audible. On expliquera le fonctionnement de ce « HP simplifié» en quelques
phrases et à l’aide des schémas ci-dessous (A compléter avec les symboles I, 𝑩et 𝑭).
1. Bobine vue de face
2. Bobine vue de dessus
B
F
3. Bobine vue de face
4. Bobine vue de dessus
Imaginons que la face Nord de l’aimant soit
située au dessus : le champ magnétique est alors
orienté du Nord au Sud donc vers le bas.
D’après la règle des 3 doigts de la main droite, la
force de Laplace est dirigée vers l’avant de la
feuille.
Elle sera représentée par un point dans un
cercle.
La face Nord de l’aimant est toujours située au
dessus.
D’après la règle des 3 doigts de la main droite, la
force de Laplace est dirigée vers l’arrière de la
feuille.
B
F
Bilan : Avec un GBF, la bobine a un mouvement
de va-et-vient.
 Quels sont les paramètres à faire varier pour obtenir un son +/- aigu ? un son +/- fort ?
Utilisez le haut-parleur « réel » du labo (alimenté par un GBF) et complétez les phrases suivantes :
Pour obtenir un son plus aigu, il faut :
 diminuer  augmenter ……la fréquence……..……………………………….……
AANNAA
Pour obtenir un son plus fort (plus intense), il faut :
 diminuer  augmenter ………… l’amplitude de la tension …………………………………………………………….
Ch4 – TP haut-parleur- 3/8
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Act. Exp.2ème partie : Le HP du labo est-il plutôt un boomer, un medium ou un tweeter ?
Document.
Les principales caractéristiques d’un haut-parleur sont :
L (dB)
- L’impédancede sa bobine mobile (4 ou 8 
généralement)
- Sa puissance électrique maximale admissible (ou
puissance de crête): sous peine de détérioration, on ne
doit pas dépasser cette valeur.
- Son rendement ou sensibilité : il représente la capacité du
haut-parleur à transformer l’énergie électrique en une grandeur
acoustique, le niveau sonore, mesuré en dB.
- Sa bande passante : c’est la bande de fréquences des
sons audibles que le haut-parleur est capable de
reproduire sans modification, sans perte notable du niveau
acoustique (Par ex., la bande passante à – 3 dB est le
domaine de fréquences pour lequel le niveau sonore est
supérieur à (Lmax – 3 dB)).
f (Hz)
Bande passante à -3 dB
La bande passante d’un haut- parleur est étroitement liée à son
diamètre. On distingue trois sortes de hauts-parleurs :
1- Les boomers (de grand diamètre > 15 cm) pour les sons graves (20
Hz à 500 Hz)
2- Les mediums pour les sons médium (150 à 3000 Hz pour les hauts
de gamme)
3- Les tweeters (de petit diamètre : 2,5 cm) pour les sons aigus (2000
à 20 000 Hz)
Matériel disponible :
- valise acoustique (chambre sourde) - sonomètre - haut-parleur - GBF
- papier semi-logarithmique (méthode d’utilisation : voir fiche du livre de Spé p. 208)
- des fils.
CCoom
mppéétteennccee AANNAA
Proposez un protocole expérimental qui vous permettra de répondre à la problématique. Vous
préciserez le(s)paramètre(s) expérimentaux qu’il est important de maintenir constant(s).
Protocole expérimental
Matériel : haut-parleur ; GBF ; sonomètre, papier semi-logarithmique.
À l'aide d'un sonomètre, on mesure le niveau d'intensité
sonore L (en dB) d'un son en fonction de sa fréquence f (en
Hz), comprise entre 20 Hz et 20 kHz, tout en maintenant
l’amplitude de cette tension constante (U = 0,1 V).
Le sonomètre sera placé à 2 cm environ du haut-parleur.
Conditions expérimentales :
 Haut-parleur de diamètre égal à 12 cm.
 U = 0,1 V. Distance d (sonomètre / haut-parleur) = 2 cm.
 Niveau de bruits de fond < 50 dB.
Ch4 – TP haut-parleur- 4/8
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Remarques :
Cette manipulation doit être effectuée dans une salle très calme (l’idéal serait de la faire en chambre sourde). Il
faut donc avoir le silence complet dans sa classe ;
Il faut placer le haut-parleur et le sonomètre de manière à avoir le moins de réflexions parasites sur des éléments
de la salle (table, mur, plafond, ...). Il vaut donc mieux mettre le sonomètre à la verticale du haut-parleur ;
Cette manipulation est souvent désagréable car le son émis par le haut-parleur est, à certaines fréquences, très
déplaisant.
Valeurs expérimentales :
f(Hz)
20
30
40
50
60
L(dB)
29
28
32
35,5
41
f(Hz)
600
700
800
900
L(dB)
85
85
87
88
70
80
90
100
150
200
250
300
350
400
450
500
47
52,8
57,7
61,8
73,9
74,3
79,3
83,6
84,9
84,3
85,5
84,4
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
12500
15000
20000
86
83,6
83,5
84
89,2
88,9
92,2
91,2
90,4
83,5
73,8
47
24
Tracer sur une feuille semi-logarithmique, la courbe représentant le niveau sonore en fonction de la fréquence.
Ch4 – TP haut-parleur- 5/8
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SUITE DE L’ETUDE : ASDS
CCoom
mppéétteennccee AAPPPP
1. POURQUOI ENFERME-T-ON SOUVENT LES HAUTS-PARLEURS DANS DES ENCEINTES ACOUSTIQUES ?
La membrane d’un haut-parleur fait vibrer l’air devant elle mais aussi derrière elle. L’onde arrière est déphasée de
180° par rapport à celle de devant. Quand l’onde arrière rencontre l’onde avant, elles s’annulent. Le rendement
d’un haut-parleur est donc particulièrement mauvais quand il est utilisé seul. L’enceinte supprime les vibrations
arrière la plupart du temps : il s’agit d’une boîte hermétique, remplie ou capitonnée d’un matériau absorbant, dont
le but est d’emprisonner l’onde arrière et ainsi supprimer le court-circuit acoustique.
Les trois principaux types d’enceintes sont les suivants :
Questions :
1) Qu’est-il important d’éviter lorsqu’un haut-parleur génère une onde sonore ?
2) Quels sont les trois principaux moyens d’y parvenir avec une enceinte ?
2. COMPARAISON DU FONCTIONNEMENT D’UN HAUT- PARLEUR ET D’UN MICROPHONE
A l’aide du document ci-dessous et de l’animation micro.swf, comparer le principe de fonctionnement d’un
microphone à celui du haut-parleur.
Ch4 – TP haut-parleur- 7/8
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BILAN Act.1. : Que retenir sur les émetteurs et récepteurs sonores ?
 Un exemple d’émetteur sonore : le haut-parleur
Lorsqu’on soumet le haut-parleur à une tension électrique sinusoïdale imposée par un GBF, la bobine du hautparleur est parcourue par un courant électrique alternatif périodique.
Soumise au champ magnétique créé par l’aimant présent dans le haut-parleur, la bobine subit une force de Laplace
qui change régulièrement de sens : Le sens de cette force est lié aux sens du courant et du champ magnétique : il
est régi par la REGLE DES 3 DOIGTS (règle de la main DROITE).
La bobine se met à osciller, entraînant avec elle la membrane du haut-parleur.
Bobine et membrane vibrent simultanément, à la fréquence de la tension électrique appliquée aux bornes du hautparleur.
Ces vibrations entraînent des compressions et des dilatations des couches d’air adjacentes, ce qui donne naissance
à une onde sonore (onde mécanique, progressive, périodique, longitudinale).
La hauteur du son dépend de la fréquence de l’onde : plus cette fréquence est importante, plus le son est aigu.
L’intensité du son dépend de l’amplitude de l’onde : plus cette amplitude est grande, plus le son est intense.
Un haut-parleur est un transducteur électro-acoustique.
La bande passante du haut-parleur est la bande de fréquences des sons audibles que le haut-parleur est capable de
reproduire sans modification, sans perte notable du niveau acoustique.
(Par ex., la bande passante à – 3 dB est le domaine de fréquences pour lequel L >(Lmax – 3 dB)).
On distingue trois sortes de hauts-parleurs :
1 - Les boomers (de grand diamètre > 15 cm) pour les sons graves (20 Hz à 500 Hz)
2 - Les médiums pour les sons médium (150 à 3000 Hz pour les hauts de gamme)
3 - Les tweeters (de petit diamètre : 2,5 cm) pour les sons aigus (2000 à 20 000 Hz)
Les baffles permettent d’augmenter le rendement du haut-parleur en empêchant le court-circuit acoustique
(extinction du son lors de la rencontre d’ondes sonores avant et d’ondes sonores arrière déphasées de 180°).
 Un exemple de récepteur sonore : le microphone
Le microphone a un fonctionnement inverse de celui du haut-parleur. La mise en mouvement de sa membrane lors
de la réception de l’onde sonore fait apparaître une tension électrique aux bornes du micro (même fréquence et
amplitude proportionnelle à celle de l’onde sonore).
Un micro est un transducteur acousto-électrique.
Ch4 – TP haut-parleur- 8/8