TP spécialité : les transducteurs électro acoustiqu es.

1. Les phénomènes physiques. Fonctionnement des transducteurs.

Le champ magnétique est au cœur des deux types de phénomènes. L’induction électromagnétique et la force de Laplace. Induction électromagnétique. Un circuit mobile dans le champ magnétique d’un aimant se comporte comme un générateur de tension. La tension produite est égale à l’opposé de la dérivée du flux du champ magnétique au travers du circuit. Pour simplifier la tension est égale à la dérivée du produit B.S où B est le champ magnétique (de l’aimant permanent) et où S est la surface du circuit. Force de Laplace Un conducteur dans un champ magnétique subit une force de perpendiculaire au champ et au fil. Voir schéma. Démonstration possible.

2. Observation : production d’une tension au moyen d’un aimant et d’une bobine.

Schéma

1. Observations.

3. Réflexion mathématique : respect de la fréquence On considère une onde P(t)=P0sin(ωt) qui appuie sur la membrane du micro. On admet que la position de la membrane est de la forme x(t)= X0sin(ωt+φ) où oméga est la pulsation et phi le déphasage. Ces des grandeurs sont constantes. On admet que la tension électrique est proportionnelle à la dérivée de la position de la membrane.

2. Donner l’unité de la pulsation et du déphasage. 3. Calculer la dérivée de la fonction x(t). 4. Donner son unité, montrer que c’est une vitesse. 5. La dérivée de la fonction x(t) est-elle de la même fréquence ?

Généralisation : les effets (vibration, signal électrique) sont de la même

fréquence que les causes. (Ondes, signal électrique).

4. Autre type de microphone le microphone piezo électrique, ou microphone à électret ;

C’est le transducteur à US des TP. Le microphone à électret fonctionne comme une pastille formée d’un cristal. Sous l’effet de la pression de l’onde l’épaisseur du cristal change. Or un cristal piezo électrique fonctionne comme un petit allume gaz, quand on appuie dessus il génère une tension.

5. Le haut parleur Le haut parleur réalise la conversion dans l’autre sens. Il est basé sur la force de Laplace. Les différentes parties du HP. Les fonctions du haut parleur sont : Création d’une force de fréquence égale à celle du courant. Mise en mouvement de la membrane sous l’effet de la force. Oscillations de la membrane Amortissement des oscillations. Couplage avec l’air : mise en oscillations de l’air.

TP spécialité : les transducteurs électro acoustiqu es.

6. . Epreuve expérimentale fabrication d’un HP sommaire. Lire et préparer Livre Belin spé page 108. Noter : Le principe est modifié, on suspend l’aimant et non la bobine.

7. Du haut parleur à l’enceinte Une maquette de haut parleur est à votre disposition, on retrouve l’essentiel : la boîte, la mousse, le HP, les fils de connexion.

1. Schéma simple légendé. 2. Donner le rôle de chacune des parties.

CF Belin page 102 La membrane a deux faces, qui produisent deux ondes, une vers l’avant et l’autre vers l’arrière. L’onde arrière, après réflexion, sur un mur par exemple peut interférer avec l’onde avant. Les conséquences sont des interférences. Les conséquences des interférences sont des deux ordres dans le domaine de la fréquence des ondes et dans leur répartition dans l’espace autour du HP.

8. Exercice : Différence de marche et caractère fréquentiel des interférences avant arrière

d’un HP . Interférence du point de vue fréquentiel : la condition d’interférence est liée à la longueur d’onde la différence de marche entre les deux ondes est comparée à la longueur d’onde.

f

cnn .. == λδ constructive

22).12(

λλλδ +=+= nn destructive.

Une différence de marche de 20 cm est produite quand un HP est à 10 cm d’un mur, par réflexion. La vitesse du son dans l’air est 3,4 . 10² m.s-1.

1. Schématiser la situation avec : l’onde directe, l’onde rebond, choisir deux cas, sur deux schémas distincts. Un cas constructif, un cas destructif.

2. Pour quelle fréquence sonore l’interférence est-elle constructive ? 3. Pour quelle fréquence sonore l’interférence est-elle destructive ? 4. En déduire une incidence sur le spectre du son émis. 5. On parle de peigne de fréquences absentes, expliquer. On dit « peignage fréquentiel ». 6. Une petite représentation du spectre résultant ?

9. Représentation du transfert énergétique 1. Représente le diagramme énergétique du HP, puis du micro, fait apparaître les transferts non

désirés. C’est l’occasion de revenir sur le caractère réversible des deux transducteurs.

10. Caractéristiques commune des transducteurs.

Bande passante, le comportement en

fréquence. Une courbe rend compte du comportement en fréquence d’un transducteur. On parle de courbe de réponse. Sur le document les trois courbes représentées sont les courbes de réponse des trois hp d’une enceinte. On peut résumer la courbe par un intervalle de fréquence appelé bande passante. Il faut choisir un critère pour fixer les bornes de cet intervalle. Le critère classique est que le niveau sonore ait décrut de 3 dB. A ce point l’intensité sonore a, elle, décrut de moitié, 20.Log(0,5)=-3dB.

TP spécialité :

11. Rendement

Exercice 10 p 105 du Belin spé 2012Une enceinte reçoit une puissance électrique de 100W. Elle fournit une puissance mécanique utile dans un cône découpant une surface égale à ¾ d’une sphère de rayon 1m.rayonnée est égale à 1,1 W/m². Compte tenue des dimensions du pavillon de l’oreille, on considère que la puissance reçue par l’oreille est captée sur une surface du tympan de 2cm².

2. Quelle est la valeur de la puissance reçue par l’oreille3. Calculer le rapport entre

par l’enceinte. 4. Revenir sur la définition d’un rendement de conversion.

La surface d’une sphère est 4.PI.R². 5. Calculer la puissance sonore totale rayonnée par l’enceinte. Schéma possibl6. Quel est le rendement de conversion électro acoustique, définir cette grandeur.7. A quoi est du la valeur du rendement, étudier les conversions non désirées.

12. Directivité, ou diagramme polaire.Les transducteurs ne réagissent pas de la même manière :

� Suivant les directions d’où vient l’énergie pour le

micro,

� Ou bien ils n’émettent pas l’énergie de manière

isotrope pour un HP ou une enceinte.

Une courbe en coordonnées polairescomportement angulaire: l’abscisse est l’angle thêta, l’ordonnée est le rapport entre le niveau maximum et le niveau mesuré La courbe dépend elle aussi de la fréquence, car le rapport longueur d’onde taille pilote aussi la directivité.Un caractère plus ou moins directionnel esdans une prise de son ou une ém

13. Explication, lecture d’un diagramme polaire.Le diagramme est logarithmique, On trace, en coordonnées polaires le 10log du rapport I/Imax. La direction de référence est l’axe de la meilleure émission, en général l’axe médiateur. Un dispositif directif à un diagramme en forme de baguette.Un dispositif non directif a un diagramme en forme de galette, omni directionnel.On admet que l’abscisse est graduée en dB 3 dB par division.

8. Pour quels angles le son aOn considère que toute l’énergie

9. Quelle est l’angle du dièdrel’énergie sonore.

10. A quoi est dû le lobe arrière11. La présence du lobe arrière est12. Comment lutter ?

: les transducteurs électro acoustiques.

Rendement énergétique de conversion. spé 2012

Une enceinte reçoit une puissance électrique de 100W. Elle fournit une puissance mécanique utile dans un cône découpant une surface égale à ¾ d’une sphère de rayon 1m.

est égale à 1,1 W/m². Compte tenue des dimensions du pavillon de l’oreille, on considère que la puissance reçue par l’oreille est captée sur une surface du tympan de 2cm².

Quelle est la valeur de la puissance reçue par l’oreille ? cette puissance, reçue par l’oreille et la puissance électrique reçue

Revenir sur la définition d’un rendement de conversion. La surface d’une sphère est 4.PI.R².

Calculer la puissance sonore totale rayonnée par l’enceinte. Schéma possiblQuel est le rendement de conversion électro acoustique, définir cette grandeur.A quoi est du la valeur du rendement, étudier les conversions non désirées.

, ou diagramme polaire. Les transducteurs ne réagissent pas de la même

vant les directions d’où vient l’énergie pour le

n’émettent pas l’énergie de manière

isotrope pour un HP ou une enceinte.

Une courbe en coordonnées polaires représente le comportement angulaire: l’abscisse est l’angle thêta,

est le rapport entre le niveau maximum et le

La courbe dépend elle aussi de la fréquence, car le rapport longueur d’onde taille pilote aussi la directivité. Un caractère plus ou moins directionnel est recherché dans une prise de son ou une émission.

Explication, lecture d’un diagramme polaire. Le diagramme est logarithmique, On trace, en coordonnées polaires le 10log du rapport I/Imax. La direction de référence est l’axe de la meilleure émission, en général l’axe

directif à un diagramme en forme de baguette. Un dispositif non directif a un diagramme en forme de galette, omni directionnel.

duée en dB 3 dB par division. Pour quels angles le son a-t-il perdu 3 dB ?

est émise dans le « cône à 3 dB ». dièdre dans le quel est émis la plus grande partie de

le lobe arrière ? La présence du lobe arrière est-elle favorable ou défavorable, expliquer.

les transducteurs électro acoustiques.

Une enceinte reçoit une puissance électrique de 100W. Elle fournit une puissance mécanique utile dans un cône découpant une surface égale à ¾ d’une sphère de rayon 1m. L’intensité sonore

est égale à 1,1 W/m². Compte tenue des dimensions du pavillon de l’oreille, on considère que la puissance reçue par l’oreille est captée sur une surface du tympan de 2cm².

cette puissance, reçue par l’oreille et la puissance électrique reçue

Calculer la puissance sonore totale rayonnée par l’enceinte. Schéma possible. Quel est le rendement de conversion électro acoustique, définir cette grandeur. A quoi est du la valeur du rendement, étudier les conversions non désirées.

Le diagramme est logarithmique, On trace, en coordonnées polaires le 10log du rapport I/Imax. La direction de référence est l’axe de la meilleure émission, en général l’axe

la plus grande partie de