Le haut-parleur

Émetteurs et récepteurs sonores
1
TP8
L
Le e h ha au ut t- -p pa ar rl le eu ur r
(Mots-clés : enceintes acoustiques)
Fig. 1 : Fiche signalétique d'un haut-parleur Seas L22 RN/4X (H1208)
Les enceintes acoustiques sont des émetteurs sonores dédiés à
une bonne restitution des sons audibles par l’Homme. Elles
sont constituées d’un ou plusieurs haut-parleurs, chacun
permettant la restitution d’une plage de fréquence qui dépend
de ses caractéristiques (fig. 1).
Comment fonctionne un haut-parleur ?
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION :
D
DO OC C. . 1 1 : : PRINCIPE DU HAUT-PARLEUR ELECTRODYNAMIQUE
Fig. 2 : Coupe d'un haut-parleur
1 : Membrane conique (ou diaphragme)
2 : Suspension externe
3 : Bobine mobile située dans l’entrefer de l’aimant et
attachée au diaphragme
4 : Le Saladier métallique ajouré
5 : Suspension interne (ou spider)
6 : Aimant fixe
Le haut-parleur le plus largement utilisé est le haut-parleur électrodynamique : il reçoit une énergie électrique
(signal audio) qu’il transforme en énergie mécanique (la bobine se met en mouvement et entraine la membrane)
puis en énergie acoustique (le déplacement de la membrane crée une pression acoustique qui produit des sons
vers l’avant et vers l’arrière du haut-parleur).
D
DO OC C. . 2 2 : : BANDE PASSANTE ET COURBE DE REPONSE D’UN HAUT-PARLEUR ELECTRODYNAMIQUE
Fig. 3 : Courbes de réponse de trois haut-parleurs
Fig. 4 : Courbe de réponse d’une enceinte acoustique de bonne qualité
 La courbe de réponse d’un haut-parleur est la représentation graphique du niveau d’intensité sonore obtenu
(exprimé en dB) en fonction de la fréquence de la tension qui l’alimente (exprimée en Hz) ;
 La bande passante d’un haut-parleur est le domaine de fréquences des sons qu’il est capable de restituer. Elle
se déduit de la courbe de réponse du haut-parleur : elle correspond à la plage de fréquences pour lesquelles la
réponse du haut-parleur est sensiblement constante.

Émetteurs et récepteurs sonores
2
D
DO OC C. . 3 3 : : DIAGRAMMES DE BODE DE TROIS HAUT-PARLEURS DIFFERENTS ET FREQUENCE DE COUPURE
Fig. 5 : Les zones bleues correspondent aux infrasons (f < 20 Hz). Les ultrasons ont des fréquences supérieures à 20 kHz.
 Une fréquence de coupure à – 3 dB est une fréquence pour laquelle le gain en tension vérifie l’expression
suivante :
3 dB max 3 dBGG
 La bande passante à – 3 dB est l’intervalle de fréquence limité par les deux fréquences de coupure à – 3 dB.
D
DO OC C. . 4 4 : : LA FORCE DE LAPLACE
Lorsqu’un conducteur métallique, de longueur L, parcouru par
un courant d’intensité I, est placé dans un champ magnétique
uniforme B, il est soumis à une force électromagnétique
F
,
appelée force de Laplace dont les caractéristiques sont :
 Point d’application : milieu du conducteur ;
 Direction : perpendiculaire au plan formé par le conducteur
et le vecteur champ magnétique ;
 Sens : les sens de I, de B et de F doivent former un trièdre
direct.
 Intensité :
I intensité du courant (en A)
L longueur du conducteur soumis
au champ magnétique (en m)
B intensité du champ magnétique (en T)
F intensité de la force de Laplace (en N)
F I L B sin
( = angle entre L et B)
1. Force de Laplace
Lorsqu’un matériau conducteur, de longueur L, parcouru par un
courant d’intensité I, est placé dans un champ magnétique
B
, il
est soumis à une force électromagnétique
F
appelée force de
Laplace. La règle des trois doigts de la main droite (ci-dessous)
permet de prévoir le sens et la direction de cette force.
F = I  L  B  sin 
F s’exprime en Newton (N)
I en Ampère (A)
B en Tesla (T)
 = angle entre le conducteur
et le champ magnétique

Émetteurs et récepteurs sonores
3
Protocole expérimental :
 Réalisez le montage expérimental photographié page précédente.
 Approchez l’aimant de la bobine. Observez.
 Remplacez le générateur par un GBF, réglé pour alimenter la bobine avec une tension sinusoïdale de fréquence
f < 10 Hz.
 Maintenez l’aimant à proximité de la bobine et observez.
Rappel : champ magnétique crée par un aimant droit
2. Restitution d’un son par un haut-parleur (expérience professeur)
Le stroboscope permet d’observer des mouvements
trop rapides pour être vus à l’œil nu et d’en déterminer
la fréquence. Pour cela, il faut éclairer le système étudié
en partant de la plus grande fréquence possible pour les
éclairs puis diminuer lentement la fréquence des éclairs
jusqu’à observer une immobilité apparente du système.
La fréquence des éclairs est alors égale à la fréquence du
système vibratoire observé.
Protocole expérimental :
 Réalisez le montage expérimental schématisé ci-dessus ;
 Réglez le GBF afin qu’il délivre une tension sinusoïdale de fréquence f = 100 Hz ;
 Réglez le GBF pour qu’il délivre une tension (lue sur le multimètre ou l’afficheur) d’amplitude Umax = 2,0 V ;
 À l’aide du stroboscope, déterminez la fréquence f ‘ de vibration de la membrane du haut parleur.
3. Courbe de réponse et bande passante d’un haut-parleur
Q
Q3 3. . Comparez la fréquence f ’ de vibration de la membrane du haut-parleur avec la fréquence f de la tension
alternative sinusoïdale qui l’alimente. Conclure.
Q
Q4 4. . @ Pourquoi peut-on dire qu’un haut-parleur est un transducteur électroacoustique ?
V
G.B.F.
Haut-parleur
Q
Q1 1. . De quels paramètres dépend la force de Laplace ? Vérifiez-le expérimentalement.
Q
Q2 2. . Représentez (à l’aide de schémas légendés) et expliquez vos observations.
Questions
Question
Stroboscope

Émetteurs et récepteurs sonores
4
Réglages à effectuer :
 Régler le générateur de fonctions sur la position régime sinusoïdal et
afin qu’il délivre une tension de fréquence f = 40 Hz ;
 Régler la tension lue sur le multimètre à 2,0 volts en agissant sur le
bouton d’amplitude du G.B.F. ;
 Placer le sonomètre à environ 10 cm devant le haut-parleur.
Protocole expérimental :
 Réalisez le montage expérimental schématisé ci-dessus ;
 Réglez le GBF afin qu’il délivre une tension sinusoïdale de fréquence f = 40 Hz ;
 Réglez le GBF pour qu’il délivre une tension (lue sur le multimètre) d’amplitude Umax = 2,0 V ;
 Faire varier la fréquence f délivrée par le G.B.F. de 40 Hz à 10 000 Hz (ou 20 000 Hz) ;
 Pour chaque valeur de la fréquence veillez à :
- conserver une tension constante et égale à 1 volt ;
- régler la gamme de mesure d’intensité acoustique.
 Relevez, sur le sonomètre, le niveau d’intensité acoustique L (arrondi à l’unité) correspondant et le noter
dans le tableau ci-dessous.
Tableau des mesures :
f (en Hz)
40
100
500
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000
9 000
L (en dB)
f (en Hz)
10 000
11 000
12 000
13 000
14 000
15 000
16 000
17 000
18 000
19 000
20 000
L (en dB)
4. Conclusion
Rappelez le principe de fonctionnement d’un haut-parleur en expliquant les phénomènes physiques mis en jeu (à
l’aide de schémas/dessins éventuellement). Établir le lien entre les paramètres du haut-parleur et la restitution des
sons.
Exercices :
- n°7 p104 (lire le bilan du chapitre avant) ;
- n°11 p105
- n°12 p106
Q
Q5 5. . Pourquoi l’amplitude de la tension d’alimentation du haut-parleur doit-elle rester constante ?
Q
Q6 6. . [Doc. 2] Tracez la courbe de réponse du haut-parleur sur la feuille de papier quadrillée semi-logarithmique (voir
annexe). Commentez l’allure de la courbe obtenue.
Q
Q7 7. . Déterminez graphiquement la (ou les) fréquence(s) de coupure à 90 dB.
Q
Q8 8. . En déduire la bande passante du haut-parleur à 90 dB.
Q
Q9 9. . [Doc. 3] En déduire le type (boomer, médium ou tweeter) du haut-parleur étudié.
Q
Q1 10 0. . Que se passe-t-il si, pour une même fréquence, on place le sonomètre à une distance différente ?
Q
Q1 11 1. . Quelle serait la conséquence sur la courbe de réponse ? Que peut-on en conclure ?
Questions

Émetteurs et récepteurs sonores
5