Objectifs : ACTIVITÉ 1 : Analyse d`un son Thème : La Santé

Document élève 1/7
Physique – Chimie
Nom :
Prénom :
Classe :
Date
Thème : La Santé
ANALYSE DE SIGNAUX PERIODIQUES
APPLIQUEE AUX SONS
Objectifs :
- Analyse d'un son : comprendre ce qui distingue un son simple d'un son
complexe
- Découvrir ce que l'oreille humaine peut entendre
- Protéger ses oreilles des niveaux sonores trop élevés
- Apprendre à utiliser un oscilloscope numérique
ACTIVITÉ 1 : Analyse d'un son
Montage :
Un microphone délivre une tension très faible. Pour pouvoir exploiter ce signal, il est nécessaire de
l'amplifier. Vous disposez du matériel suivant :
Microphone à électret
Adaptateur micro-oscillo de
sécurité
Adaptateur BNC / bananes
GBF avec amplificateur intégré
Cordon BNC / Bananes
Oscilloscope Numérique
- Relier le microphone à l'entrée de l'amplificateur utilisé. Relier la sortie de l'amplificateur à la voie 1 de
l'oscilloscope.
- Faire vérifier le montage par le professeur.
1. Analyse du son émis par un diapason :
On dispose d’un diapason monté sur sa caisse de résonance et d’un sautereau pour le frapper :
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 1)
Document élève 2/7
Diapason
Sautereau
-
Mettre le balayage de l'oscilloscope numérique en mode « normal » c’est à dire en acquisition
permanente.
Dans ce mode, on figera l'écran en appuyant sur la touche " Run/Stop "
-
Introduire le microphone dans la caisse de résonance du diapason et frapper ce dernier avec le
sautereau
Ajuster les réglages de sensibilité verticale et de base de temps pour obtenir une courbe utilisable à
l'écran
Refaire la manipulation et figer le signal sur l'écran.
Sauvegarder l'écran sous forme d'image au format BMP :
-
1. Quelle est l'allure de la tension observée ?
…………………………………………………………………….
2. A l'aide de l'outil " Curseurs " mesurer sa période T et sa fréquence f :
……………………………………………………………………………………………….
3. L'oscilloscope dispose d'un outil d'analyse des fréquences FFT disponible dans le menu
"Math". Activer ce mode et choisir une fenêtre d'analyse de type Hanning.
Combien de pics de fréquence observe-t-on sur ce graphe ?
Activer le curseur sur la source FFT pour mesurer la valeur de cette fréquence :
…………………………………………….
4. La note émise par ce diapason est un LA 440. Justifier cette appellation :
………………………………………………………………………………
Oscillogramme observé :
2. Analyse du son émis par un instrument de musique :
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 2)
Document élève 3/7
On reprend le principe de la manipulation précédente, en plaçant le microphone à proximité ou dans
la caisse de résonance d'un instrument de musique émettant la même note. Sur une guitare, il faudra
pincer la première corde, la plus fine, en case 5.
1. Quelle est l'allure de la tension observée ?
……………………………………………………………………………..
2. A l'aide de l'outil "Curseurs" mesurer sa période T’ et sa fréquence f’:
……………………………………………………………………………
3. Combien de pics de fréquence observe-t-on sur ce graphe ?
A l'aide du curseur activé sur la source FFT mesurer les valeurs de ces différentes fréquences :
………………………………………………………………………….
4. Que remarque-t-on en ce qui concerne ces fréquences ?
………………………………………………………………………………..
Un exemple d'oscillogramme obtenu : le curseur B est placé en différents pics
Compléter la conclusion 1 ci-dessous avec les mots : complexe, fréquence, sinusoïdal
Conclusion 1
Un son pur, cristallin, comme celui émis par le diapason, est un son d'allure ………… constitué
d'une seule ……………..
Le son émis par un instrument de musique est un son ………….. constitué de plusieurs ……………
multiples de la fréquence fondamentale. Ces fréquences multiples s’appellent des harmoniques.
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 3)
Document élève 4/7
ACTIVITÉ 2 : Les sons audibles
1. La sonnerie "anti-jeunes" (ou "anti-profs"… ou anti-moustiques !)
Extrait d'un article trouvé sur le site du journal Libération :
Comment faire fuir à coup sûr, en moins de dix minutes, une bande de jeunes quelque peu excités,
sans sortir son fusil de chasse, ni même menacer d'appeler la police ? La solution s'appelle Mosquito.
Une invention britannique qui suscite une belle polémique en Belgique. De quoi s'agit-il ? Mosquito
est un émetteur de sons ultra-aigus. Physiquement, c'est un petit boîtier muni d'un haut-parleur. Mais
il a surtout une particularité : le son qu'il diffuse est inaudible pour les plus de 25 ans, mais
insoutenable pour les oreilles des adolescents. Difficile à croire ? Non, le phénomène est classique,
répondent les spécialistes. «Un bébé entend des fréquences de 20 000 hertz. Dès 20 ans, ces sons
aigus deviennent progressivement inaudibles. Au-delà de 8 000 hertz, on ne les entend plus à l'âge
adulte», explique l'oto-rhino-laryngologiste (ORL) Phillipe MAHILLON. D'où l'idée de la société
britannique Compound Security Systems d'utiliser ce vieillissement auditif inéluctable pour imaginer
un répulsif sonore anti-jeunes.
On va maintenant analyser le son anti-jeune : brancher un casque audio sur la sortie casque de
l'ordinateur. Charger le fichier " mosquitone.mp3 ".
1. Entendez-vous le son émis ?
………………………………………………………………….
2. Votre professeur l'entend-il ?
…………………………………………………………………….
Placer le microphone contre l'une des oreillettes du casque audio et analyser le son émis à l'aide de
l'oscilloscope.
3. Quelle est l'allure de la tension observée ?
…………………………………………………………………
4. A l'aide de l'outil " Curseurs " mesurer sa période et sa fréquence :
…………………………………………………………………….
5. Qu'est-ce qui distingue le son émis par le diapason de celui émis par le boitier anti-jeunes ?
…………………………………………………………………………………………….
Oscillogramme obtenu :
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 4)
Document élève 5/7
2. Réalisation d'un test d'audition :
Aller sur le site http://www.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html
(University New South Wales en Australie).
Dans le tableau présenté à l'écran, un clic sur un des petits rectangles génère sur la sortie audio
un son : un son à 0 dB (décibel) est très fort ; un son à -99 dB est très faible.
A chaque colonne correspond une fréquence (de 30 Hz à 16 kHz) et à chaque ligne correspond un
niveau sonore (de 0 dB à -99 dB).
NE JAMAIS DEMARRER UNE COLONNE EN CLIQUANT UNE DES CASES DU
PREMIER TIERS SUPERIEUR !
1. Placer le casque audio sur ses oreilles.
2. Choisir dans la colonne 1 kHz un niveau qui donne un ressenti confortable : son ni trop fort ni
trop faible. Ce niveau ressenti sert alors de référence.
3. Passer à la colonne 750 Hz et chercher le niveau qui donne le même ressenti.
4. Continuer ainsi jusqu'à la colonne 30 Hz en se référant toujours au ressenti à 1 kHz
5. Recommencer le travail pour les hautes fréquences.
6. Compléter le tableau ci dessous qui a ici été rempli par le professeur :
f(Hz)
30
45
60
90
125
187
250
375
750
1000
1500
2000
3000
4000
6000
8000
500
Niveau
(dB)
f(Hz)
12000
Niveau
(dB)
7. Rentrer ces données dans un tableur et tracer la courbe du niveau en fonction de la
fréquence. L'axe des fréquences sera choisi en unité logarithmique.
8. Imprimer cette courbe dans le cadre ci-après
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 5)
16000
Document élève 6/7
Remarque importante : ce test ne doit pas être pris comme un véritable audiogramme réalisé
en cabinet médical. En effet, les résultats peuvent être altérés par les caractéristiques de la
carte son de l'ordinateur et celles du casque audio utilisé.
Conclure sur la sensibilité de l'oreille aux différentes fréquences :
Conclusion
La sensibilité de l'oreille …………………………………………………… l'oreille est plus sensible
………………………………………. .. Cette sensibilité évolue aussi avec l'âge.
3. Niveau sonore d'un lecteur MP3 :
-
Régler le volume de votre MP3 à votre valeur d'écoute habituelle avec votre morceau de musique
préféré.
Retirer l'oreillette de l'oreille et placer le microphone du sonomètre numérique contre l'oreillette.
Mesurer le niveau sonore :………………………………………………..
-
Situer ce niveau sur l'échelle des niveaux sonores représentés sur la planche didactique.
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 6)
Document élève 7/7
-
Refaire la manipulation avec le volume réglé à sa valeur maximum :
Mesurer le niveau sonore :…………………………………………………
Conclusion
Il y a grand …………. à écouter un baladeur MP3 avec le son réglé au ……………….. .
Les risques de …………. précoce sont très importants par destruction de l’oreille interne
© PIERRON 2011
Identification des ions (Page 7)