2. Courbe de réponse d`un haut-parleur

TS
Thème : Emetteurs et récepteurs sonores
TP - documents
Principe de fonctionnement d’un haut-parleur
Spécialité
Courbe de réponse d’un haut-parleur
Chap.4
I. La force de Laplace
1. Force de Laplace avec une tige rectiligne
 On considère un élément conducteur rectiligne CD, de longueur L, parcouru par un courant d’intensité I et
placé dans un champ magnétique Error! uniforme.
 Cet élément est alors soumis à une force électromagnétique Error! appelé force de Laplace.
1.1.
A l’aide de l’animation de J.P. Fournat Force de Laplace, tester tous les cas de figure où la force de Laplace
se manifeste.
1.2.
Comment est située cette force par rapport au champ magnétique Error! et au sens de l’intensité I ?
1.3.
Représenter le sens de l’intensité I du courant électrique et la force de Laplace Error! sur les 4 schémas ciRègle des trois doigts de la main droite
Error!
Error!
Error!
Error!
Error!
champ magnétique dirigé vers
l’avant du plan de la feuille
Error!
champ magnétique dirigé vers
l’arrière du plan de la feuille
dessous :
 Conclusions :
 Un circuit électrique parcouru par un courant électrique d’intensité I (A) est placé dans un champ
magnétique d’intensité B(en T) (T est le symbole de l’unité de champ magnétique, le tesla).
 Le circuit électrique est alors soumis à une force appelée force de Laplace. L’intensité de cette force
augmente lorsque l’intensité du courant augmente. Lorsque le sens du courant change, la force de Laplace
change de sens également. Il en va de même si l’on change le sens du champ magnétique.
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 Le sens de la force répond à la règle des 3 doigts de la main droite.
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2. Force de Laplace dans une bobine (Doc. 1)
 On relie une bobine plate à un générateur basse fréquence délivrant une
tension continue 6V-12V. La bobine est suspendue à une potence afin
qu’elle puisse bouger librement. On approche un aimant d’une des faces
de la bobine dans les 2 positions (face nord puis face sud).
2.1.
Observer l’effet sur la bobine.
2.2.
Inverser le sens du courant et observer l’effet.
2.3.
Pour alimenter la bobine, on utilise un générateur très basses
fréquences (GTBF) qui délivre une tension alternative de fréquence
inférieure à 10 Hz. On approche l’aimant. Quelles sont les
observations ?
II. Le haut – parleur électrodynamique
1. Principe de fonctionnement d’un haut-parleur
Document 1
 « Le haut-parleur le plus largement utilisé (à 99 %) est le hautparleur électrodynamique.
 Sa fonction dans une enceinte est d’agir comme un double
transformateur d’énergie.
 Il reçoit le signal audio, une énergie électrique, qu’il transforme en
une énergie mécanique. En effet, la bobine mobile du haut-parleur
se met en mouvement lorsqu’un signal audio est reçu.
 Puis le haut- parleur transforme cette énergie mécanique en
énergie acoustique, grâce à sa membrane. Celle-ci est reliée à la bobine mobile et reproduit donc les mêmes
mouvements que cette dernière. C’est en se déplaçant sous l’action de la bobine mobile que la membrane
crée une pression acoustique, le son. »
Document 2
 « 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 fréquences des sons qu’il est capable de restituer.
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La bande passante se déduit de la courbe de réponse du haut-parleur. Cette courbe 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.
 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 médium 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 3 : Visualiser l’animation : Principe de fonctionnement d’un haut-parleur (JP Fournat)
Questions
1.1.
Quels sont les deux éléments essentiels contenus par le haut-parleur ? Comment sont-ils placés l’un par
rapport à l’autre ?
1.2.
Que va-t-il se passer lorsque l’on branchera le haut-parleur à un GBF ? Expliquer.
1.3.
Comment peut-on interpréter la production d’un son ?
1.4.
Les haut-parleurs de référence DE35, 8PE21 et 12PS100 du document 2 sont-ils des boomers, des médiums
ou des tweeters ?
 Conclusions :
 Un haut-parleur électrodynamique comporte deux éléments essentiels : une bobine mobile et un aimant
fixe, la bobine étant placée dans le champ magnétique créé par l’aimant.
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 Lorsque la bobine est parcourue par un courant, elle est soumise à une force de Laplace qui la déplace dans
un sens. Quand le courant change de sens, le sens de la force s’inverse.
 Les déplacements de la bobine dans un sens et dans l’autre sont transmis à la membrane du haut-parleur
qui , à son tour, fait vibrer l’air qui l’entoure et produit un son.
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2. Courbe de réponse d’un haut-parleur
 Le haut-parleur fournit-il le même niveau sonore L ( dB) quelle
que soit la fréquence du GBF ?
 Pour le savoir il faut tracer sa courbe de réponse en fréquence.
Sur l’axe vertical on notera le niveau sonore L en décibel et en
abscisse, sur une échelle logarithmique, la fréquence en Hertz.
 On alimente un haut-parleur avec un GBF qui délivrera une
tension alternative réglable , de forme triangulaire. Le niveau de
sortie sera réglé au quart de son maximum.
 Placer le sonomètre sur sa boîte à 1 cm environ du haut-parleur.
2.1.
f (Hz)
Faire varier la fréquence et compléter le tableau ci-dessous en relevant la valeur du niveau sonore.
(Attention ! branchez et débranchez le HP entre deux mesures car cela devient vite très pénible!)
On se contentera de 2 chiffres significatifs pour l’ensemble des mesures ( niveau sonore et fréquence ).
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200
300
400
50
750
1000
2000
5000
10 000
L (dB)
f (Hz)
L (dB)
2.2.
Tracer la courbe de réponse du HP à l’aide du papier semi – logarithmique ci-dessous.
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
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100
1000
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10000
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3. Relation entre la fréquence de la tension appliquée au haut-parleur et la fréquence du son
 On règle le GBF sur une fréquence de 100 Hz et au quart de son intensité maximale et on choisit une tension
triangulaire.
 On relie le GBF à un haut-parleur. On enregistre le son produit sur Audacity puis on bascule sur Regressi.
 Calculer la fréquence du son et comparer avec celle de la tension du GBF.
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