Deux détecteurs d`onde : le microphone et le lecteur code

TP n°1 : Deux détecteurs d'onde : le microphone et le lecteur code-barres.
Compétences expérimentales : S’approprier, Analyser, Réaliser, Valider
1. Un détecteur d’onde sonore : Le microphone dynamique à bobine mobile
Un microphone est un dispositif de conversion des ondes sonores en impulsions électriques qui a l'avantage de
pouvoir être facilement traité.
L'invention du microphone a été déterminante dans le développement des premiers systèmes téléphoniques. Si
Émile Berliner a inventé le premier microphone en 1877, mais c'est à Alexander Graham Bell que revient
l'invention du premier microphone réellement utilisable.
Le microphone comporte généralement une partie mobile, que les ondes sonores viennent exciter. Par un
dispositif qui dépend de la technologie du microphone, ces oscillations mécaniques sont converties en une
tension électrique variable. Cette tension électrique est acheminée vers le système d'amplification ou
d'enregistrement auquel le micro est branché.
Le microphone dynamique est constitué d'une membrane tendue sur un cadre mobile. Les vibrations de l'air se
communiquent à la membrane, sur laquelle est monté une bobine. Cette dernière va devenir le siège d'un courant
induit en se déplaçant par rapport à un aimant fixe.
Fiche technique de ce type de microphone
Avantages : robustesse, passivité (pas d'alimentation externe ni d'électronique), capacité à gérer de
fortes pressions acoustiques.
Inconvénients : manque de finesse dans les aigus le rendant inapte à prendre le son de timbre
complexes : cordes, guitare acoustique, cymbales, etc.
Quelques modèles de références : Shure SM-57, un standard pour la reprise d'instrument (notamment
la caisse claire et la guitare électrique) et Shure SM-58 pour la voix (Micro utilisé entre autres par Mick
Jagger sur Voodoo Lounge, Kurt Cobain sur Bleach ,….).
a) Quel est le rôle d'un microphone ?
b) Figurer sur le schéma ci-contre les annotations suivantes :
signal électrique, onde sonore , bobine , aimant ,
membrane
c) Quelle est le rôle de la membrane d'un microphone ?
d) En utilisant le matériel à votre disposition, proposer un
protocole expérimental permettant de montrer que la
fréquence d'une onde sonore est conservée par le signal
électrique. Le soumettre au professeur.
e) Réaliserer le protocole et commenterez vos résultats.
f)
Proposer un protocole expérimental permettant de montrer que l'amplitude du signal électrique est
proportionnelle à l'intensité sonore. Vous réaliserez le protocole et commenterez vos résultats.
2. Un détecteur : le lecteur code-barres.
Un code-barres est une bande où apparaissent en alternance des
bandes noires et des bandes blanches. De plus les bandes
blanches et les bandes noires ne sont pas forcément de la même
largeur, comme sur l’exemple ci-contre :
Un lecteur code-barres doit donc être capable de distinguer les
bandes blanches des bandes noires ainsi que les largeurs de ces
bandes. Sur le système fixe des caisses de magasin, le faisceau laser, dévié par un bloc de miroirs tournants,
balaye le code-barres. La lumière réfléchie est captée par un récepteur de lumière et transformée en signal
électrique qui est analysé par un système informatique.
Le principe d’un lecteur de code-barres peut être modélisé par le circuit suivant :
photorésistance
laser
Etape 1 : Quel est le rôle de la photorésistance dans ce dispositif ?
Expérience :
- Réaliser le circuit. Brancher un voltmètre aux bornes de la photorésistance et faire varier son éclairement avec
le laser . Que contatez- vous ?
- Retirer le voltmètre et faire les connections qui figure sur le schéma pour visualiser la tension aux bornes de la
résistance : la borne EA0 se trouve sur l’interface sysam, ne pas oublier de relier l’autre borne à la masse de
l’interface.
 Paramétrages de l’acquisition (icône rouge dans paramètres)
activer l’entrée EA0, acquisition : temporelle durée totale 5 s
déclenchement : source EA0 ou aucune, seuil 0.
 Acquisition : Lancer l’acquisition en appuyant sur F10
Vous avez à votre disposition une bande noire et une bande transparente que vous pouvez faire glisser entre le
laser et la photorésistance.
Mesurer la tension aux bornes du conducteur ohmique dans le cas de la bande noire puis dans le cas de la
bande transparente. Noter votre observation.
Etape 2 : interprétation d’une coube obtenue lors de la
lecture d’un code barre
Au cours d’un TP un code-barres a été lu par ce circuit.
Voici la courbe obtenue :
Mais par malchance, l’élève qui a fait l’enregistrement ne
sait plus de quel code-barre il s’agissait :
Code-barres n°1
Code-barres n°2 :
Code-barres n°3 :
a) Attribuer le bon code-barres à la courbe obtenue expérimentalement. Vous argumenterez, de manière
détaillée, votre choix.
b) Vérifier la justesse de votre choix en réalisant la courbe d’acquisition pour votre code-barres.
Aide : qu’est ce qui permet de distinguer une bande sombre dune bande claire ? Comment peut-on
distinguer une bande large d’une bande étroite .
Commentaires :
1) d)
Idée de manipulation :
Attacher une bobine à un ressort, le tout fixé sur une potence. La bobine pourra alors osciller devant un aimant.
Mesurer à l'aide d'un chronomètre la période et donc la fréquence propre d'oscillation du système bobine-aimant.
Brancher les deux bornes de la bobine à une interface d'acquisition, enregistrer le signal électrique oscillant et
mesurer sa période et donc sa fréquence.
Commentaire : les résultats obtenus sont très bons ( - de 1% d'écart entre les deux mesures ).
1) e) Idée de manipulation :
Créer de petites oscillations de la bobine simulant une faible intensité sonore, réaliser l'acquisition de la tension
aux bornes de la bobine.
Refaire l'acquisition avec une amplitude d'oscillations plus grande.
Commentaire : l'amplitude de la tension électrique augmente bien quand l'amplitude des oscillations augmente.
2) Selon le niveau de la classe, les circuits pourront être déjà faits, ce qui est intéressant dans ce TP sera le
lien entre lumière transmise/absorbée et courant/absence de courant dans le circuit du phototransistor.
L’acquisition pourra se faire avec l’interface Sysam, préalablement réglée : voie EA0, acquis temporel, 500 points
pour une durée totale de 10s, sans aucune source de déclenchement.