sujet type - thème acoustique - Sn-Bretagne

BAC Pro SEN - experimentation
Nom et Prénom de l’élève :
Note :
/20
Information et positionnement du problème :
Une installation typique d’un système « home cinéma » équipé de cinq enceintes peut-être schématisé
de la façon suivante :
Enceinte centrale
Avant Gauche
Avant Droite
Arrière Droite
Arrière Gauche
Parmi les 5 enceintes (hors caisson de basses), on distingue :
- une enceinte centrale (au niveau de la télévision)
- deux enceintes avant (AVG et AVD)
- deux enceintes arrière (ARG et ARD)
Puisque le son se propage à une vitesse finie (environ 340 m/s), le son envoyé par l’enceinte la plus
proche du point d’écoute est perçu en premier.
Bien que toutes les enceintes émettent en général des sons différents (sons stéréophoniques), il est utile
pour obtenir un effet spatial optimisé (effet « surround ») de faire en sorte que les différents sons arrivent
simultanément aux oreilles du téléspectateur.
Exemple : pour le schéma ci-contre (limité à deux enceintes).
L’enceinte AR-D (située à 2 m. du point d’écoute) est plus
proche que l’enceinte AV-D (située à 4m.).
Le son émis par l’enceinte AV-D mettra donc plus de temps
pour atteindre le point d’écoute (pour cet exemple, ce serait
deux fois plus de temps).
Au point d’écoute, on observe donc un décalage temporel
entre l’arrivée des deux signaux.
Téléviseur
AV D
d1 = 4 m
Point d’écoute
d2 = 2 m
AR D
Certains systèmes « « home-cinéma » ont des menus de réglage du son qui permettent d’émettre un
son avec un certain retard, pour les enceintes les plus proches. C’est notamment le cas du système
Philips MX3800D. (voir le réglage REAR DELAY page 33 de la notice).
L’installateur paramètre alors un délai qui a pour effet de corriger le décalage temporel.
Ce type de réglage permet ainsi de synchroniser l’arrivée au point d’écoute des différents signaux
sonores émis par les cinq enceintes.
BUTS DES MANIPULATIONS :
1. Etudier un son harmonique.
2. Mesurer la vitesse de propagation du son.
3. Constater un décalage temporel à la réception de deux signaux sonores identiques émis
simultanément par deux haut-parleurs placés à des distances différentes du microphone.
4. Etudier ce phénomène sur les enceintes acoustiques (avant et arrière) d’un système « homecinéma » (précisément le MX 3800D de Philips).
5. Améliorer puis valider l’effet acoustique spatial (effet surround) d’un « home cinéma » en
paramétrant un retard à l’émission d’un des deux signaux.
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TRAVAIL À RÉALISER :
Matériel :
 Un GBF
 Un Haut-parleur
 Un microphone
 Un oscilloscope
 Des fils de connexion
1. Étude préliminaire d’un son.
Montage :
Réaliser le 1er montage expérimental schématisé ci-dessous :
GENERATEUR DE FONCTIONS
1 250
ms 0,1 50 20 10 5 2 s
LEVEL
EXT
INTENS
600
1
INT
10
100 1k 10k 100k 1M
RANGE (Hz)
NIVEAU
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
FUNCTION
AMPLITUDE
TRIG
AUTO
POWER
TRIG
MIN
FREQUENCY
MAX
FOC
DECL
TV
EXT
YB
AUTO
NOR
INT
YA
DUAL ADD
YB
YA
OUTPUT
V 0,5 0,2 0,1
0
XY
TEST
1
50
2
20
5
10
10 20 5
-YB
mV
1
0,5
50 0,1 0,2
s
V 10,5 0,2 0,1
50
2
20
5
10
10 20 5
0
mV
Voie B
Voie A
Effectuer les réglages suivants :
- le générateur de fonctions (GBF) délivre une tension sinusoïdale d’une fréquence d’environ 1250
Hz ; le bouton d’amplitude est à mi-course.
- Pour l’oscilloscope, l’oscillogramme correspondant à 2 périodes au plus.
- Placer le haut-parleur environ 20 cm devant le microphone.
-
Relever la sensibilité de l’oscilloscope puis reproduire ci-dessous l’oscillogramme obtenu.
Sensibilité :
- Horizontalement :
- Verticalement :
-
…..………/ division
..…………/ division.
déterminer la période et l’amplitude du signal capté par le microphone.
- Calculer la fréquence f du signal capté
On rappelle : f = Error!
avec f en Hertz (Hz) et T en seconde (s)
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2. Mesure de la vitesse de propagation du son dans l’air.
Matériel :
 Un GBF
 Un oscilloscope à mémoire
 Un système permettant de faire « clap »
 Deux microphones
 Un mètre ruban.
 Des fils de connexion
Montage :
Placer deux microphones M1 et M2 à une distance d
d’environ 1 m l’un de l’autre.
Mesurer avec le mètre, la distance d entre les deux
microphones. d = ………
ms0,1 50 20 10 5 2 s
LEVEL
INTENS
NIVEAU
0,2
0,5
1
2
5
10
20
TRIG
AUTO
TRIG
FOC
DECL
TV
EXT
YB
AUTO
NOR
INT
YA
DUAL ADD
YB
YA
Les relier aux voies 1 et 2 de l’oscilloscope
numérique
TEST
0,2 0,1
0,5
1
50
2
20
5
10
10 20 5
V
0
XY
-YB
mV
1
0,5
50 0,1 0,2
s
V 10,5 0,2 0,1
50
2
20
5
10
10 20 5
0
mV
Voie B
Voie A
“CLAP !”
Micro 1
Micro 2
d
0
25
50
75
100
125
150
200
175
225
Remarque : L’oscilloscope sera préalablement réglé par l’évaluateur pour déclencher automatiquement
l’acquisition des mesures à l’aide d’un seuil de déclanchement.
-
Produire un son intense avec le « clap » devant le micro 1.
-
Relever la sensibilité de l’oscilloscope puis reproduire ci-dessous l’oscillogramme obtenu.
Sensibilité :
- Horizontalement :
-
Verticalement :
…..………/ division
..…………/ division.
Identifier les signaux enregistrés
Déterminer le décalage temporel ΔT entre les débuts des deux signaux. Interpréter l’enregistrement.
ΔT =
Calculer la vitesse de propagation
Conclusion : répondre à la question suivante en justifiant votre réponse :
Le son émis par un haut parleur, atteint-t-il simultanément tous les points de l’espace ?
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3. Mesurer un décalage temporel à la réception de deux signaux sonores
identiques émis simultanément par deux haut-parleurs.
Matériel :
 Un GBF
 Un oscilloscope.
 Deux Haut-parleurs
 un microphone
 Un mètre ruban.
 Des fils de connexion
GENERATEUR DE FONCTIONS
ms 0,1 50 20 10 5 2 s
LEVEL
EXT
INTENS
600
1
INT
10
100 1k 10k 100k 1M
RANGE (Hz)
NIVEAU
0,2
0,5
1
2
5
10
50
FUNCTION
AMPLITUDE
TRIG
AUTO
POWER
TRIG
MIN
FREQUENCY
FOC
MAX
DECL
TV
EXT
YB
AUTO
NOR
INT
YA
DUAL ADD
YB
YA
OUTPUT
-YB
mV
20
50 0,1 0,2
s
TEST
0,2 0,1
0,5
1
50
2
20
5
10
10 20 5
V
0
XY
1
0,5
V 10,5 0,2 0,1
50
2
20
5
10
10 20 5
0
mV
Voie B
Voie A
Micro
d2
HP 2
HP 1
d1
0
5
10
15
20
25
30
40
35
45
 Régler le générateur de fonctions (GBF) pour qu’il délivre une tension carrée d’une fréquence
d’environ 100 Hz ; le bouton d’amplitude est à mi-course.
 Placer deux haut-parleurs tels que leur distance respective par rapport au micro aient une
différence de 1m (d1 - d2 = 1 m), reliés au même GBF (générateur).
 Placer devant ces deux haut-parleurs un microphone.
 Relier le microphone à la voie 1 de l’oscilloscope numérique (préalablement réglé pour un
déclenchement automatique) et relier aussi le signal délivré par le GBF à la voie 2.
Remarque : l’évaluateur aura préalablement réglé l’oscilloscope pour qu’il synchronise sur la voie 2.
De plus, pour ne pas perturber la propagation du son issu du haut-parleur le plus éloigné, on utilisera
des canalisations en PVC (de diamètre 10 cm environ) entre chaque HP et le microphone.
Relever la sensibilité de l’oscilloscope puis reproduire ci-dessous l’oscillogramme obtenu.
Sensibilité :
- Horizontalement :
-
Verticalement :
…..………/ division
..…………/ division.
Identifier le signal issu de HP1 et celui issu de HP2.
Il est possible d’orienter préférentiellement le micro plus vers un
haut parleur que l’autre pour bien identifier les deux signaux
Déterminer l’écart temporel ΔT entre le début de chaque signal reçu par le microphone
ΔT =
Justification théorique : sachant que la distance entre les deux haut-parleurs est de 1 m, calculer
l’écart temporel engendré à la réception par le microphone
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4. Application à l’étude d’un système « home-cinéma » : Positionnement
respectif des enceintes AVD et ARD et décalage temporel correspondant.
Matériel :
 Un GBF
 Le système Home cinéma MX 3800D de Philips
 Deux enceintes (AV et AR)
 Un oscilloscope
 Un microphone
 Un mètre ruban.
 Des fils de connexion
Expérience :
Il s’agit de faire une expérience identique à la précédente mais pour laquelle le son émis par les deux
enceintes provient du home cinéma. La source sonore est toujours celle du GBF qui délivre une tension
carrée de 100 Hz environ.
Positionner les enceintes AV-D et AR-D de façon à avoir d1 = 2m et d2 =1 m (utiliser le mètre-ruban)
GENERATEUR DE FONCTIONS
600
Positionner au point d’écoute un microphone relié à un oscilloscope.
POWER
EXT
50
100k
1M
1k10k
INT 1 10100
RANGE
(Hz)FUNCTION
AMPLITUDE
MIN
FREQUENCY
L’oscilloscope a été préréglé par l’évaluateur pour qu’il synchronise
sur la voie 2 (qui correspond au signal émis par le home cinéma)
MAX
OUTPUT
Home cinéma
AV
Reproduire ci-dessous l’oscillogramme observé :
AR
d1 = 2 m
d2 = 1 m
F
O
C
Point d’écoute :
Microphone relié à l’oscilloscope
0
IN
TE
NS
s
0 5 2 152
001, 0 0 0 01
,,25
,
1
E Y 52025 0 05
00 , ,
I B
Y
X
A
Y
U
O TN A
12
C
D B
A YU
TT
R T
L
A D - 10 0 05
EO
2, 2
L
S
Y 5,1 ,510
T
5 2 10
LE
NI
V
T EL
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TD
R
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G
V210, 0, 0,52
51 510
5 2 100m
V0 0
oi V
e
A
m
s
s
V
e
B
Identifier les signaux enregistrés et déterminer l’écart temporel entre les débuts des deux signaux reçus.
Etude théorique :
Calculer la différence de parcours (notée d) entre les deux signaux émis par AV-D et AR-D).
d=
Connaissant la vitesse de propagation du son dans l’air ( c =340 m/s), en déduire le retard temporel
correspondant.
Comparaison :
Comparer l’écart temporel de la mesure expérimentale avec celui de l’étude théorique :
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0
m
oi V
B 00 0
V
BAC Pro SEN - experimentation
5. Réglage des enceintes : paramétrage d’un délai et validation expérimentale.
Matériel : identique à celui de l’expérience n°4:
On lit dans le manuel d’installation (page 33 de la notice) :
« Si les enceintes arrières sont plus proches de la position d’écoute que les enceintes avant, vous
pouvez leur appliquer un retard pour améliorer l’effet spatial (son surround).
Options possibles : 15 ms / 12 ms / 9 ms / 6 ms / 3 ms ou OFF :0 ms ».
Hypothèse :
On se place dans le cas de l’expérience précédente pour laquelle l’enceinte AR est plus proche de 1 m
de la position d’écoute que l’enceinte AV.
On supposera alors que l’enceinte AR a une avance temporelle de l’ordre de 3 ms.
Paramétrage du délai pour l’enceinte la plus proche :
Dans le menu réglage du son, et à l’aide de la fonction rear-delay, paramétrer un retard de 3 ms pour
l’enceinte AR.
Validation expérimentale : Le montage est le même que celui de l’expérience n° 4.
GENERATEUR DE FONCTIONS
600
POWER
EXT
50
1k10k
100k
1M
INT 1 10100
RANGE
(Hz)FUNCTION
AMPLITUDE
MIN
FREQUENCY
MAX
OUTPUT
Reproduire ci-dessous l’oscillogramme observé.
Home cinéma
AV
AR
d1 = 2 m
d2 = 1 m
F
O
C
Point d’écoute :
Microphone relié à l’oscilloscope
0
IN
TE
NS
V2150, 0, 0,52
510
1
5 2 100m
V0 0
oi V
e
A
s
0 5 2 152
001, 0 0 0 01
,,25
,
1
E Y 52025 0 05
00 , ,
I B
Y
X
A Y
U
O N A
12
C
D B
A YU T
TT
R T
L
0
0
0
D
A
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- 21 5
L
, , , 12
S
Y 51
50
T
5 2 10
LE
NI
V
T EL
A VE
RT
U
AU T
ITD
R
G
O
A
EIY X N
DV
G
m
s
s
V
0
m
B 00 0
V
oi V
e
B
Comment l’oscillogramme obtenu a t’il évolué par rapport à l’oscillogramme précédent ?
Peut-on distinguer le signal issu de l’enceinte AV de celui issu de l’enceinte AR ?
Conclusions.
D’après la notice d’utilisation, les seuls délais possibles sont 15 ms / 12 ms / 9 ms / 6 ms / 3 ms ou 0 ms.
Quelles sont les différences de parcours (en mètre) associées à ces délais ?
L’effet souhaité (effet « surround ») est-il atteint?
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