CH 2 : Caractéristiques des ondes - Physique

Thème 2 : Son et musique Émetteurs et récepteurs sonores
TP - Haut-parleur
Un haut-parleur est un transducteur.
1. Rappeler ce qu'est un transducteur (chercher sur Internet si nécessaire).
2. Préciser la conversion d'énergie qu'effectue un haut-parleur.
I - Principe de fonctionnement d'un haut-parleur
Document 1 : Composition d'un haut-parleur
Un haut-parleur électrodynamique comporte deux éléments
essentiels : une bobine mobile et un aimant fixe.
La bobine est placée dans le champ magnétique de l’aimant.
Une membrane souple est solidaire de la bobine.
 Un haut-parleur est placé horizontalement, sa membrane orientée vers le haut.
 On dispose des petits morceaux de polystyrène directement sur la membrane.
 On alimente ensuite le haut-parleur avec le GBF, celui-ci délivrant une tension sinusoïdale.
3. Noter vos observations et expliquer le principe de l'émission d'un son par le haut-parleur.
Document 2 : Force de Laplace
Un conducteur parcouru par un courant électrique d’intensité i placé dans un champ magnétique B est
soumis à une force, appelée force de Laplace. Le sens de la force de Laplace dépend de l'orientation
relative du courant et du champ magnétique.
Caractéristiques de la force de Laplace :
 direction : La force est dans une direction perpendiculaire au plan défini par le champ
magnétique et le conducteur.
 sens : Pour trouver le sens de la force de Laplace, on utilise "la règle de la main droite" :
o Orienter ses doigts de la main droite de manière à ce que pouce, index et majeur soient
perpendiculaires entre eux.
o Orienter le pouce de manière à ce qu'il pointe dans le sens du courant et l'index dans le
sens du champ magnétique ; L'orientation du majeur donne le sens de la force de
Laplace (voir schéma ci-contre)
 intensité : Si le champ magnétique B est perpendiculaire à la direction du courant, l'intensité de la
force de Laplace F est telle que
F = iBL
L étant la longueur de la portion du conducteur placé dans le champ magnétique B et parcouru
par le courant électrique d’intensité i.
Image adaptée de « Main droite 3T ». Sous
licence CC BY-SA 2.0 via Wikimedia Commons -
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Main
_droite_3T.jpg#/media/File:Main_droite_3T.jpg
Pour mettre en évidence l'existence de la force de Laplace, on utilise le montage du "rail de Laplace".
Rail de Laplace (branchement 1)
Rail de Laplace (branchement 2)
4. Indiquer sur les deux schémas ci-dessus
a. l'allure du vecteur champ magnétique dans l'entrefer de l'aimant en U ;
b. le sens de circulation du courant électrique dans le barreau en métal conducteur ;
c. l'allure du vecteur force de Laplace s'exerçant sur la barre située dans l'entrefer de l'aimant.
Aller sur physique-chimix.fr / TS spé / Thème 2 - Chapitre 2 et vérifier vos réponses à l'aide de l'animation sur le rail de Laplace.

5. De quels paramètres dépend le sens de la force de Laplace ?
Les 2 schémas ci-dessous représentent l'aimant fixe et la bobine mobile à l'intérieur d'un haut-parleur (vus de haut).
6. Sur les schémas de haut-parleurs simplifiés ci-dessus, indiquer
 l'orientation du vecteur champ magnétique là où est située la bobine
 l'orientation de la force de Laplace s'exerçant sur la bobine.
Aller sur physique-chimix.fr / TS spé / Thème 2 - Chapitre 2 et vérifier vos réponses à l'aide de l'animation sur le fonctionnement d'un haut-parleur.
7. En s’appuyant sur les réponses aux questions précédentes, expliquer le principe de fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique.
II - Comparaison entre un micro électrodynamique et un haut-parleur
8. Établir un tableau comparatif entre microphone et haut-parleur indiquant :
 les principaux éléments constitutifs
 la conversion énergétique réalisée
 le phénomène physique permettant la conversion énergétique
III - Caractéristiques d’un haut parleur
Un haut-parleur de qualité doit être capable de reproduire les sons de diverses fréquences avec une intensité convenable. Un haut parleur est ainsi
caractérisé par sa courbe de réponse en fréquence représentant le niveau d'intensité sonore du haut-parleur en fonction de la fréquence.
Document 3 : Les caractéristiques techniques d’un haut parleur
Les caractéristiques d’un haut-parleur sont indiquées sur la fiche technique du constructeur.
- La bande passante d’un haut-parleur est le domaine de fréquence qu’il est capable de restituer. Elle se déduit de la courbe de réponse en
fréquence du haut parleur. Elle correspond au domaine de fréquence pour lequel le niveau d’intensité sonore est situé au-dessus d’un niveau de
référence.
Un boomer (ou woofer) est un haut-parleur dont la bande passante est située dans les basses fréquences. Il restitue essentiellement les sons
graves.
Un medium restitue les sons de fréquences moyennes.
Un tweeter restitue les sons aigus.
- La couverture angulaire d’un haut parleur est son aptitude à diffuser des sons dans le plan horizontal et dans le plan vertical.
- La puissance admissible d’un haut-parleur est la puissance électrique maximale qu’il peut supporter sans dégâts. Au delà de cette valeur, le haut
parleur sera endommagé.
- Le rendement d’un haut parleur mesure sa faculté à transformer la puissance électrique reçue en puissance mécanique.
Document 4 : Bande passante de 3 haut-parleurs
Document 5 : Directivité d’un haut parleur
Le niveau d’intensité sonore mesuré à 1 mètre du haut-parleur, sur son axe principal,
est L1 = 110 dB.
Le diagramme d’émission du haut-parleur est reproduit ci-dessous. En un lieu donné,
le niveau d’intensité sonore du son émis par le HP dépend de la distance entre ce lieu
et le HP mais aussi de la direction sous laquelle ce lieu est vu depuis le HP. Cette
direction est repérée par un angle exprimé en degré.
9. D’après les documents 3 et 4, les haut-parleurs de référence DE35, 8PE21 et 12PS100 sont-ils des boomers, des médiums ou des
tweeters ?
10. D’après le document 5, quel est le niveau d’intensité sonore mesuré à 1 m derrière le haut-parleur sur son axe principal ?
11. Quel est le niveau d’intensité sonore mesuré à 1 m du haut-parleur dans une direction faisant un angle de 60° avec l’axe principal ?
12. Pourquoi dit-on qu’un haut-parleur est directif ?