E12 home cinéma 1 - MSLP

Baccalauréat Professionnel S.E.N. – Epreuve E12 – Thème acoustique – sujet n°1
Baccalauréat professionnel : SYSTEME ELECTRO NUMERIQUE – AUDIOVISUEL
Epreuve E1 – sous épreuve E12 – session ……….
Travaux pratiques scientifiques sur systèmes
Durée : 3 heures Date :
CCF de Sciences Physiques
Thème acoustique
***************************************
TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES
SUR SYSTEMES
***************************************
Fonctionnement d'un
home cinéma
La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans
l’appréciation des copies.
L’usage des calculatrices alphanumériques ou à écran graphique est autorisé à
condition que leur fonctionnement soit autonome (circulaire n° 99-186 du 16
novembre 1999).
Lycée ................................................................................
Nom et prénom de l’élève :
Numéro de candidat :
Date et heure de l’évaluation
Note :
/20
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Baccalauréat Professionnel S.E.N. – Epreuve E12 – Thème acoustique – sujet n°1
Baccalauréat professionnel : SYSTEME ELECTRO NUMERIQUE – AUDIOVISUEL
Epreuve E1 – sous épreuve E12 – session ……….
Travaux pratiques scientifiques sur systèmes
Durée : 3 heures Date :
CCF de Sciences Physiques
Thème acoustique
***************************************
TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES
SUR SYSTEMES
***************************************
Fonctionnement d'un
home cinéma
LISTE DU MATERIEL NECESSAIRE AUX EXPERIMENTATIONS
Deux générateurs basse fréquence
Un oscilloscope bi-courbe
Deux haut-parleurs
Deux microphones
Un sonomètre
Un voltmètre
Deux interrupteurs
Le câblage nécessaire
quatre plaques de matériaux numérotées 1 à 4 pour faire office d’isolant acoustique
Un triple décimètre gradué
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GRILLE D’EVALUATION
Lycée ................................................................................
Nom et prénom de l’élève :
Numéro de candidat :
Date et heure de l’évaluation
Note :
/20
PAGE
TRAVAIL A REALISER
4
Question 1 : « modification » de la musique
Question 2 : isolation acoustique par un vide entre deux cloisons
Réalisation du montage et réglage de l’oscilloscope
Mesure de T
Mesure de Umax
Calcul de f
Comparaison des fréquences
Tableau d’isolation des matériaux
Question 5 : modification de la fréquence
Question 6 : modification de l’amplitude
Question 1 : nécessité d’une réverbération
Question 2 : Localisation de la source sonore
Réalisation du montage
Reproduction de l’oscillogramme en vert
Reproduction de l’oscillogramme en bleu
Explication du décalage des courbes
5
6
7
9
10
Montage et Mesure de λ
Unités S.I.
Calcul de c
Réalisation du montage
Mesure de L3
Question : L3 est-elle la somme de L1 et L2
Tableau des niveaux sonores
Placement des points et traçage de la courbe
Détermination graphique de L3 - L2
Réalisation du réglage pour L3 - L2 = 2 dB
Valeur de ∆L
Comparaison avec question 6
NOMS ET SIGNATURES DES EXAMINATEURS
EVALUATION
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NOTE SUR 40
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QUELQUES NOTIONS D’ISOLATION ACOUSTIQUE
L'isolation du local de home-cinéma est très importante pour pouvoir en profiter quand on
veut, sans s'attirer les foudres de ses voisins.
Le traitement acoustique d'un local d'écoute et de projection a pour but d'optimiser d'une part
la qualité de diffusion et d'autre part de l'isoler de l'extérieur.
Pourquoi isoler son auditorium ?
Une bonne isolation doit apporter:
•
une bonne qualité de silence (atténuation des bruits de voisinage, de circulation) ce qui
permet d'écouter moins fort avec la même sensation de dynamique.
•
la possibilité d'utiliser son installation à toute heure.
Principes de la transmission des sons
Le signal sonore étant une vibration de l’air, il se
transmet par tout ce qui peut entrer en vibration.
Toutes les fréquences ne se transmettent pas de la
même manière : les aiguës sont absorbés très
facilement par un simple tissu mural. Les médiums
et les graves sont plus délicats car il se transmettent
par les portes et les cloisons minces. Les fréquences
d'extrême grave sont très difficiles à arrêter car
leurs très grandes longueurs d’onde et leur grande
énergie se propagent même dans des structures
assez lourdes.
Principes de l’isolation
Pour isoler un local de l’environnement extérieur, il faut que les ondes soient absorbées ou
réfléchies, avant de traverser la paroi. Suivant la nature de cette paroi, le coefficient
d’absorbtion déterminera la part de signal qui traverse. Le système le plus courant pour isoler
consiste à doubler la paroi avec un vide d’air. Cet espace sera rempli de panneaux
amortissants (laine de verre) pour éviter les réflexions internes (qui ne feraient qu’ajouter des
fréquences de résonance dans les bas médium). La laine de verre absorbe aussi toutes les
fréquences médium et aiguës.
Cette double cloison ne fonctionne que si les 2 parois sont posées sur des supports
amortissants pour que les vibrations ne se transmettent pas, par le sol ou le plafond.
QUESTIONS
Votre voisin met sa musique trop fort et vous l’entendez de chez vous. Est-ce que vous
entendez exactement la même musique que lui ? pourquoi ?
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.......................................................................................................................................
Est-ce qu’un vide entre deux cloisons est un bon isolant acoustique ? Pourquoi ?
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EXPERIENCE N°1 : ISOLATION ACOUSTIQUE
Réaliser le montage suivant :
Régler le générateur de fonctions afin qu’il délivre une tension de fréquence égale à 400
Hertz, en régime sinusoïdal.
Positionner le bouton d’amplitude au minimum.
Placer le microphone à une dizaine de centimètre du haut-parleur, dans l’axe de celui-ci.
Fermer l’interrupteur et régler la tension de sortie du GBF à 0,8 Volt.
Régler l’oscilloscope pour que l’on voie deux périodes au plus à l’écran.
1. Mesurer la période et la valeur maximale de la tension visualisée à l’oscilloscope.
T = ......................... ms
Umax = ................ mV
2. Calculer la fréquence du signal, en utilisant la formule : f =
1
T
...............................................................................................................................................
3. Est-ce la même que celle du signal reçu par le microphone ?
...............................................................................................................................................
Dans le montage expérimental précédent, insérer successivement une plaque des
matériaux numérotés de 1 à 4, entre le haut-parleur et le microphone.
4. Compléter le tableau suivant :
Période T (s) Fréquence f (Hz) Amplitude Umax (mV)
Matériau n°1
Matériau n°2
Matériau n°3
Matériau n°4
Lorsqu’un obstacle est intercalé entre une source sonore et un récepteur,
5. Est-ce que la fréquence du son est modifiée ? .............................................
6. Est-ce que l’amplitude sonore est modifiée ? ...............................................
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LA REVERBERATION ACOUSTIQUE
La réverbération d'une pièce peut réduire considérablement la précision de l'image sonore,
notamment en hi-fi stéréo. Pour contrôler au mieux ce phénomène, il convient d'équilibrer le
son direct avec le son réverbéré.
Le son direct est celui qui arrive directement des
haut-parleurs à vos oreilles. Le son réverbéré est
celui qui atteint l'auditeur après une ou plusieurs
réflexions/diffusions dans le local. Un local trop
réverbérant nuit à la compréhension, un local trop
mat est fatigant.
Il faut donc traiter l'acoustique de votre salon
d'écoute pour obtenir une réverbération raisonnable
et sans résonnance.
Celle-ci sera obtenue en plaçant des objets diffusants comme des meubles et, surtout, des
étagères ouvertes. Plus la géométrie des réflexions est complexe, plus la réverbération aura un
spectre homogène, sans résonance.
Une réverbération, même agréable, ne doit pas
prendre le pas sur le son direct. Cela nuirait à la
précision de l'image sonore. Pour éviter ce
phénomène, il existe 2 méthodes qui utilisent l'effet
Haas. Cet effet détermine le délai minimum qui doit
séparer la perception du son direct de celle des
réflexions pour qu'on puisse localiser la source.
La première stratégie consiste à placer les enceintes
très près de l'auditeur... et donc très loin des murs. On est sûr, ainsi, de recevoir le signal
direct bien avant les réflexions. Cette méthode est utilisée en studio d'enregistrement avec les
"écoutes de proximité". Elles servent à régler le son à l'enregistrement.
La seconde méthode, plus applicable dans un environnement domestique, consiste à éviter les
réflexions à proximité de l'enceinte. Cela passe par :
placement des enceintes en hauteur (sur pieds)
écartement des enceintes par rapport aux murs pour réduire les réflexions proches
placement d'une surface absorbante (tapis) au sol
orientation des enceintes vers l'auditeur.
QUESTIONS
Est-il necessaire ou pas d’avoir de la révérbération dans une salle d’écoute musicale ?
pourquoi ?
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A quelle condition l’oreille saura-t-elle localiser la provenance d’un son ?
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EXPERIENCE N°2 : CELERITE DU SON
Réaliser le montage suivant, en effectuant les réglages ci-dessous :
Le générateur de fonctions délivre une tension sinusoïdale de fréquence 2000 Hz. Le
bouton d’amplitude est à mi-course.
L’oscillogramme, correspondant à deux périodes au plus, occupe la partie centrale de
l’écran.
1. Reproduire
ci-contre,
l’oscillogramme observé.
en
vert,
Brancher un second microphone sur la voie 2 de
l’oscilloscope.
Positionner ce second microphone à 15 cm du
haut parleur, dans l’axe de celui-ci.
Visualiser les deux oscillogrammes.
2. Reproduire ci-contre, en bleu, la courbe
correspondant au second microphone.
3. Comment expliquez-vous que les deux
courbes soient décalées ?
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Eloigner le second microphone du haut-parleur jusqu’à ce que les deux courbes soient
en phase On appelle longueur d’onde, notée λ, la distance entre les deux microphones à
ce moment.
On obtient
λ = ................................... m
Il est établi que la longueur d’onde est égale au produit de la célérité du son par la
période :
λ = c.T
4. Donner les unités S.I. de chacune de ces trois grandeurs
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5. Calculer la célérité c du son.
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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU HOME-CINEMA
Les haut-parleurs situés sur chaque coté des satellites restituent un son dirigé sur les côtés et
qui est censé rebondir sur les parois de la pièce pour atteindre la position d’écoute par les
côtés, c’est le principe de la réflexion sonore. Cela fonctionne, à condition d’avoir des parois
au bon endroit, ce qui n’est pas évident pour tout le monde. On notera également que les
flèches latérales se dirigent non seulement vers l’avant mais aussi vers l’arrière des satellites,
pour aller effectuer une seconde réverbération sur un éventuel mur situé derrière les enceintes,
ce qui n’est pas non plus évident pour tous les bureaux et salons.
Le principe d’émulation du son 5.1 part donc de deux postulats : le premier implique que les
enceintes soient placées dos à une paroi qui possède de bonnes facultés de réflexion (de la
pierre, du béton nu ou du métal) et que l’on trouve deux parois à égale distance sur les cotés
de la position d’écoute. Voila déjà un premier principe qui ne correspond pas forcément à la
disposition du bureau ou du salon de tout un chacun. Le second postulat implique que le son
qui est restitué par les satellites ambiophoniques soit principalement directionnel.
L’utilisation de haut-parleurs dipôles implique un positionnement rigoureux des enceintes
pour obtenir l’effet escompté. Il faut compter au minimum 1,20 mètre entre les deux satellites
et avoir les haut-parleurs frontaux bien dirigés vers la position d’écoute.
L’auditeur reçoit donc plusieurs ondes sonores (7 sur le schéma ci-dessus) qui vont se
combiner pour restituer l’effet escompté.
La manipulation de la page suivante a pour objectif d’étudier comment s’effectue la
combinaison des niveaux sonores.
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EXPERIENCE N°3 : COMBINAISON D’ONDES SONORES
Réaliser le montage suivant, en effectuant les réglages ci-dessous :
Régler en signal sinusoïdal, 500 Hz pour le GBF1 et 800 Hz pour le GBF2
Régler le sonomètre en mode LENT, pondération C. Le sonomètre est positionné à
une dizaine de centimètres de chaque haut-parleur, à égale distance de chacun.
L’interrupteur K1 est fermé et K2 est ouvert. Régler le niveau sonore du HP1 à 80 dB
(niveau d’intensité sonore L1)
L’interrupteur K1 est ouvert et K2 est fermé. Régler le niveau sonore du HP2 à 80 dB
(niveau d’intensité sonore L2)
1. Mesurer le niveau d’intensité acoustique L3 lorsque K1 et K2 sont fermés.
On obtient
L3 = ................................ dB
2. Si deux sources sonores émettent des sons de même niveau d’intensité acoustique,
le niveau d’intensité acoustique totale est-il la somme de ces deux niveaux ?................
3. Sans modifier le niveau sonore L1, modifier L2 afin de remplir le tableau ci-dessous :
L1 (dB)
L2 (dB)
L3 (dB)
L2 – L1
L3 – L2
80
80
80
81
80
83
80
84
80
85
80
87
80
90
0
1
3
4
5
8
10
4. Placer dans le repère, page suivante, les points de coordonnées ((L2 – L1) ; (L3 – L2)).
5. Tracer la courbe représentant les variations de (L3 – L2) en fonction de (L2 – L1).
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6. A l’aide de la représentation graphique, déterminer la différence de niveau d’intensité
acoustique (L3 – L2) lorsque la différence de niveaux des sources (L2 – L1) est égale à 2
dB (laisser apparents les traits de construction).
On obtient
(L3 – L2) = ............................... dB
7. Créer une différence de niveau sonore entre les deux haut-parleurs de 2 dB et mesurer
le niveau acoustique total.
On obtient
L1 = ......................
L2 = .....................
L3 = .....................
8. En déduire la valeur de la différence de niveau ∆L entre
le niveau acoustique L3 et le niveau de la source sonore la plus forte. ∆L = ..................
Comparer avec le résultat de la question 6.
.......................................................................................................................................
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