ANALYSE DE SIGNAUX PERIODIQUES APPLIQUEE AUX SONS

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Document du professeur 1/9
Programme : BO n° 4 du 29 avril 2010
LA SANTÉ
NOTIONS ET CONTENUS COMPÉTENCES ATTENDUES
Le diagnostic médical : l’analyse de signaux périodiques, l’utilisation de l'imagerie et des analyses médicales
permettent d’établir un diagnostic. Des exemples seront pris dans le domaine de la santé
(électrocardiogramme, électroencéphalogramme, radiographie, échographie, fibroscopie, …). L’observation
de résultats d’analyses médicales permet d’introduire les notions de concentration et d’espèces chimiques
ainsi que des considérations sur la constitution et la structure de la matière.
Signaux périodiques : période, fréquence, tension
maximale, tension minimale. Connaître et utiliser les définitions de la période et de la
fréquence d’un phénomène périodique.
Identifier le caractère périodique d’un signal sur une
durée donnée.
Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique.
Ondes sonores, ondes électromagnétiques.
Domaines de fréquences. Extraire et exploiter des informations concernant la
nature des ondes et leurs fréquences en fonction de
l’application médicale.
Pré requis
o Utilisation de l'oscilloscope numérique
o Utilisation d’un tableur recommandée mais non obligatoire.
Mots-clé
o Son
o Audition
o Niveau sonore
Liste de matériel :
Poste élève
o Microphone à électret (+ pile) Ref. : 03144
o Adaptateur micro-oscillo de sécurité Ref. : 03061
o Adaptateur BNC / Bananes Ref. : 02306
o Cordon BNC / Bananes mâles de sécurité sans reprise arrière Ref. : 02318
o GBF Amplifié 4 MHz Ref. : 04729
o Oscilloscope numérique 2 x 50 MHz Ref. : 06123
o Diapason Ref. : 02115
o Sautereau Ref. : 02129
o Casque audio Ref. : 08768
o Un lecteur MP3
o Un poste informatique avec tableur et connexion Internet.
Poste professeur
o Sonomètre Ref. : 06279
o Planche didactique : les niveaux sonores Ref. : 09745
o Un instrument de musique : exemple guitare
Physique – Chimie
ANALYSE DE SIGNAUX PERIODIQUES
APPLIQUEE AUX SONS
Niveau 2de
THEME : LA SANTE

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Remarques et astuces :
o Concernant le relevé de la sensibilité de l’oreille, il faut bien mettre en garde contre le fait qu’il ne
s’agit aucunement d’un audiogramme médical !
o La partie 3 relative au niveau sonore des baladeurs MP3 est très prisée des élèves et permet de les
sensibiliser aux dangers d'une écoute à niveau sonore élevé.
o Le fichier mosquito.mp3 est téléchargeable sur le site www.pierron.fr
Prolongement
o En liaison avec le professeur de S.V.T. le professeur peut présenter la structure de l’oreille

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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 :
Physique – Chimie
Thème : La Santé
ANALYSE DE SIGNAUX PERIODIQUES
APPLI
Q
UEE AUX SONS
Nom :
Prénom :
Classe :
Date :

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On dispose d’un diapason monté sur sa caisse de résonance et d’un sautereau pour le frapper :
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 ?
On observe une tension périodique sinusoïdale
2. A l'aide de l'outil "Curseurs" mesurer sa période T et sa fréquence f :
T = 2, 28 ms ; f = 1/T soit f = 437 Hz
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 :
On lit f = 440 Hz
4. La note émise par ce diapason est un LA 440. Justifier cette appellation :
440 représente la fréquence du son émis soit 440 Hz
Oscillogramme observé :

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2. Analyse du son émis par un instrument de musique :
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 ?
La tension observée est périodique mais non sinusoïdale
2. A l'aide de l'outil "Curseurs" mesurer sa période T’ et sa fréquence f’:
T’ = 2, 28 ms ; f’ = 1/T’ soit f’= 437 Hz
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 :
On lit 440Hz, puis 880 Hz, 1320 Hz……. 4400 Hz
4. Que remarque-t-on en ce qui concerne ces fréquences ?
Ce sont des multiples entiers de la fréquence de base (440 Hz)
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 sinusoïdale constitué
d'une seule fréquence.
Le son émis par un instrument de musique est un son complexe constitué de plusieurs fréquences
multi
p
les de la fré
q
uence fondamentale. Ces f
r
é
q
uences multi
p
les s’a
pp
ellent des harmoni
q
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