etude d`un haut-parleur a basse frequence

Travaux Pratiques de physique
MP
I Etude en commun (30 minutes)
ETUDE D'UN HAUT-PARLEUR A BASSE FREQUENCE
Objectif : Le but de ce TP est d'essayer de déterminer expérimentalement les principales
caractéristiques d'un haut parleur connu sous le terme de paramètres de Thiele et Small.
On se propose dans cette séance de déterminer les paramètres du haut parleur : Re, Le et k,
m.(voir annexe 3)
Matériel disponible sur la table : GBF, multimètres, un haut parleur, de la patafix ® , des
petites masses, un interrupteur 3 bornes
Matériel disponible sur la paillasse professeur :une balance.
Comment peut-on déterminer la résistance Re ? (protocole 1)
Préambule :
Cette séance de Travaux Pratiques s’inscrit dans les nouvelles directives de votre programme
concernant la démarche expérimentale.
Contrairement à une séance « classique », il vous est demandé davantage d’autonomie face
aux problèmes qui vont vous être proposés.
Il vous appartient face à ceux-ci de :
Analyser le problème afin de concevoir ou justifier un protocole expérimental
(pictogramme);
Réaliser et mettre en œuvre le protocole en choisissant le matériel
adéquat (pictogramme);
Valider votre protocole en exploitant les résultats obtenus (courbe, incertitudes,
critiques…)(pictogramme ) ;
Et enfin de :
Communiquer vos résultats sous la forme d’un rapport écrit que vous me remettrez en fin
de séance (pictogramme).
Lors de ces séances un peu spéciales, j’attendrai de votre part autonomie, initiatives et sens
critique.
Afin de vous guider et de vous aider, vous serez amené à me solliciter régulièrement
(pictogramme) lors de cette séance afin que nous discutions de vos choix.
Un compte-rendu doit être rédigé, il constitue le support de votre travail.
Pour vous aider dans votre recherche vous trouverez en annexe à la fin du TP des
documents concernant :
- Les notions de base du haut-parleur (annexe1)
- La spécialisation des haut-parleurs (annexe 2)
- L’impédance d’un haut-parleur (annexe 3)
En vous aidant de l'annexe, proposer un montage expérimental permettant de mesurer
l'impédance électrique du haut parleur en fonction de la fréquence. (protocole 2)
Comment peut-on déduire l’inductance Le ? (protocole 3)
Proposer un protocole permettant de déterminer séparément k et m (protocole 4)
II Travail individuel (1h)
Mesurer la résistance Re (protocole 1) avec sa précision.
Faire le montage retenu au 2
Appeler le professeur (Appel 1) : Présentation du montage expérimental retenu et
vérification des connections.
Procéder à la mesure de l'impédance électrique du haut parleur en fonction de la fréquence.
Il vous est demandé d'évaluer les incertitudes associées à vos mesures.
Appeler le professeur (Appel 2) : Présenter la courbe obtenue.
Déterminer l’inductance Le (protocole 3)
Justifier et préciser le cas échéant les hypothèses sur lesquelles repose votre mesure.
Donner Le avec sa précision.
Comment détermine-t-on la pulsation de résonance ω0 ? Déterminer ω0 par le protocole
décidé au 4.
Il vous est demandé d'évaluer les incertitudes associées à vos mesures.
En déduire la valeur de la masse et la raideur de la membrane ?
Il vous est demandé d'évaluer les incertitudes associées à vos mesures.
III Mise en commun des résultats (30 minutes)
Pour chacune des valeur Re, Le, k et m :
Faire la moyenne des résultats trouvés pour par l'ensemble de la classe: En déduire la valeur
moyenne avec sa précision.
TP Electricité/Mécanique
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TP Electricité/Mécanique
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Annexe 1 : Notions sur le haut parleur (d’après https://fr.wikipedia.org/)
Le principe de base du fonctionnement d'un haut-parleur est régi par la loi de Laplace.
Les 2 conditions indispensables de départ sont:
L'aimant crée un champ magnétique au niveau de la bobine.
La bobine mobile est elle-même parcourue par un courant alternatif, qui provient de
l'amplificateur audio.
Avec ces 2 conditions, la loi de Laplace montre qu'une force apparaît alors au niveau de la
bobine mobile, qui la fait se déplacer dans un sens ou dans l'autre en fonction du sens du
courant qui la parcourt.
Comme la bobine mobile est reliée à la membrane, cette dernière suit les mouvements de la
bobine. Par ses déplacements, la membrane exerce des pressions sur l'air environnant (des
surpressions lorsque la bobine et la membrane se dirigent vers l'extérieur du haut-parleur, et
des dépressions lorsque la bobine et la membrane rentrent vers l'intérieur).
Ce sont ces variations de pression qui produisent le son que l'on perçoit.
Le rôle du spider et de la suspension extérieure est simplement de guider le mouvement de
va-et-vient de la bobine et de la membrane bien dans l'axe du haut-parleur, et que ceux-ci
n'aillent pas de travers.
appelés woofer, ou boomer.
Les haut-parleurs spécialisés dans la reproduction des sons mediums (fréquences moyennes)
sont appelés mediums.
Les haut-parleurs spécialisés dans la reproduction des sons aigus (fréquences élevées) sont
appelés tweeter.
Annexe 3 : Impédance d’un haut-parleur
On montre que l'impédance du haut parleur se met de la forme : Z(ω) = Re, + jLe,ω+ Zm (ω)
où Zm (ω) équivalente à un RLC, parallèle s'appelle l'impédance motionnelle liés au mouvement
de la membrane
Cette impédance présente une résonance à basse fréquence correspondant à ω0 =
k
m
où k est
la raideur de la suspension et m la masse de la membrane.
Imédance (en Ω )
Annexes
Fréquence de résonance
Fréquence (en Hz)
Figure 1 : Allure de la courbe de l’impédance d'un haut parleur en fonction de la fréquence
Annexe
2:
Spécialisation
des
haut-parleurs
(d'après
http://www.enceinte.net/HP/Fonctionnement-Haut-Parleur.htm)
En moyenne, l'oreille humaine est capable de percevoir les sons de 20Hz (son très grave) à
20kHz (son très aigu). Il n'est physiquement pas possible pour un même haut-parleur de
restituer toute cette plage de fréquence (de 20 Hz à 20kHz) avec une bonne qualité.
En fait, la taille, le poids et la rigidité de la membrane surtout sont des facteurs déterminants
pour les fréquences que sera capable de reproduire le haut-parleur.
Cela explique pourquoi, à part dans un petit nombre de cas où un seul haut-parleur sera
suffisant pour reproduire toutes les fréquences (enceintes bas de gamme, ou haut-parleurs avec
une technologie spéciale), on se sert de plusieurs haut-parleurs à la fois dans une enceinte: 2,
ou 3 en général.
Chacun de ces haut-parleurs ne s'occupera de reproduire qu'une partie des fréquences
seulement, et c'est en les regroupant qu'on pourra reproduire de manière correcte toute la
gamme de fréquence.
Les haut-parleurs spécialisés dans la reproduction des sons graves (fréquences basses) sont
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Figure 2 : Schéma équivalent d'un haut parleur
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