Un ampli audio pour faire rire les oiseaux

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UN AMPLI AUDIO
POUR FAIRE RIRE LES OISEAUX
Par
Alexandre Meyer: élève en terminale S au Lycée Hoche
Thomas Zielinski: élève en seconde au Lycée Hoche
Passionnés d'électronique, nous nous sommes rencontrés à l'atelier scientifique du
Lycée Hoche en 2009 et c'est là qu'est née notre coopération sur le sujet des amplificateurs
audio, thème qui nous passionne tous les deux.

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Sommaire
Introduction (page 3)
I-Présentation de l'étude (page 4)
1) Principe de l'amplification et de la restitution du son (page 4)
2) La puissance électrique (page 4)
3) Le niveau sonore - Principe de fonctionnement d’un haut-
parleur (page 5)
4) Les séries de Fourier (page 6)
II-Présentation des expériences (page 7)
1) Etude de l’amplificateur pour PC (page 8)
2) Etude de l’amplificateur en intensité (page 11)
>Point sur les filtres de fréquence (page 12)
3) Principe et étude de l’amplificateur en tension (page 15)
>Point sur les résistances parasites (page 18)
Conclusion (page 22)

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Introduction
Il est souvent difficile de choisir des amplificateurs audio adaptés à un usage spécifique. Les caractéristiques
présentées sur l’emballage se résument souvent à la puissance électrique fournie aux haut-parleurs compatibles et à
la bande passante de l’ensemble amplificateur-enceintes.
Un grand nombre de modèles ayant les mêmes caractéristiques de base, le consommateur ne peut s'en
remettre qu'à la réputation d'une marque pour juger de ses performances.
C’est à partir de ce constat que nous avons décidé d’étudier plus en détails les caractéristiques
d’amplificateurs du commerce et de comparer les résultats obtenus avec ceux de montages expérimentaux, afin de
tirer des conclusions sur les performances des produits grand public, et de cerner les paramètres déterminants pour
le choix d’amplificateurs de bonne qualité.
Nous tenterons également de proposer une alternative dans la conception d’amplificateurs audio pour
augmenter la qualité sonore et le rendement énergétique.

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I) Présentation de l’étude
1) Principe de l’amplification et de la restitution du son
Un système d'amplification audio classique est constitué de deux éléments de base :
- un amplificateur audio, permettant d'amplifier un signal électrique, image du son à restituer ;
- les enceintes constituées d'un caisson et de haut-parleurs transformant l’énergie électrique issue de
l'amplificateur en énergie mécanique sous forme d’ondes sonores restituées à l’auditeur.
2) La puissance électrique
La puissance électrique P délivrée ou consommée par un appareil s’exprime en Watts (symbole W) : il s’agit
du produit de la tension U en Volts (V) par l’intensité I en Ampères (A) :
La puissance électrique moyenne a comme expression:
Dans le cas d’un circuit d’amplification audio, on s’intéresse :
- à la puissance électrique consommée par l’amplificateur (issue du secteur 220V) ;
- à la puissance électrique délivrée au travers du signal électrique amplifié en sortie.

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En utilisant la loi d’Ohm (U=RI donc I=U/R), on obtient la puissance moyenne en Watts RMS (Wrms) délivrée par le
circuit amplificateur à un conducteur ohmique de résistance R :
3) Le niveau sonore - Principe de fonctionnement d’un haut-parleur
Le niveau sonore (noté L) s’exprime en dixièmes de Bel (B) ou décibels (dB) et se mesure avec un sonomètre.
Il s'obtient par la relation :
avec l'intensité sonore mesurée et l'intensité sonore minimale audible par l'être humain (1,0x10-12 W/m²).
L'intensité sonore correspond à la puissance en watts par unité de surface (le m²) avec laquelle l’air fait pression sur
un corps. Le niveau SPL (« Sound Pressure Level ») pour un haut-parleur correspond au niveau sonore mesuré à une
distance D de 1 mètre du haut-parleur quand une puissance électrique de 1Wrms lui est fournie (exemple :
89dB/W/m).
L’énergie électrique délivrée par le circuit est transformée par le haut-parleur en énergie mécanique grâce à
une bobine : à partir d’un courant électrique alternatif, elle crée un champ magnétique également alternatif qui
interagit avec celui d’un aimant permanent placé en son centre. De cette alternance d'attractions et de répulsions
résulte une force qui fait osciller la bobine au rythme du signal électrique ; celle-ci étant solidaire de la membrane du
haut-parleur, on obtient une génération d’ondes sonores par déplacement de cette dernière.
Chaque haut-parleur possède une (ou plusieurs) fréquence(s) de résonance pour laquelle l’amplitude de
vibration de la membrane est maximale : elles correspondent aux fréquences auxquelles il y a le moins de pertes
d’énergie dans la structure du haut-parleur.