TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈME

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1 Baccalauréat Professionnel SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES NUMÉRIQUES Champ professionnel : Alarme Sécurité Incendie SOUS - EPREUVE E12 TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈME Durée 3 heures coefficient 2 Note à l attention du candidat : vous devrez répondre directement sur les documents du dossier sujet dans les espaces prévus pour les réponses. vous devrez rendre l intégralité du dossier sujet à l issue de l épreuve. vous ne devez pas noter vos noms prénom sur ce dossier. vous devrez rendre ce dossier dans une copie d examen anonyme que vous complèterez. La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l appréciation des copies. L usage de la calculatrice alphanumérique ou écran graphique est autorisé à condition que leur fonctionnement soit autonome (circulaire n du NOM PRÉNOM : DATE : SUJET N. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 1/13

2 Partie A : ETUDE DE QUELQUES CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES D UN SON 1. Nature du signal Réaliser le montage schématisé ci-dessous : X Oscilloscope Y A Y B Diapason Microphone Effectuer les réglages suivants : Le microphone est placé à quelques centimètres de la caisse du diapason ; Donner un coup de maillet sur le diapason ; Régler la sensibilité horizontale pour visualiser deux périodes dès le début de l excitation du diapason. 1.1 Faire vérifier le montage et les réglages. Appel n Quelle est la forme géométrique du signal émis par le diapason? S agit-il d un son pur ou d un son complexe? Justifier. 2. Hauteur du son La hauteur d un son est liée à sa fréquence, elle peut être grave (de 20 à 500Hz), médium ( Hz) ou aigue ( Hz). On se propose de déterminer la hauteur du son émis par le diapason en utilisant la courbe de Lissajous. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 2/13

3 Réaliser le montage suivant : 300 Fréquence ,1 0,01 KHz Out Amplitude 50Ω X Oscilloscope Y A Y B Mettre le montage sous tension et effectuer les réglages suivants : Régler l oscilloscope pour ne visualiser que la voie 2 ; A l aide des boutons du GBF régler la valeur maximale de la tension (lue sur l oscilloscope) à 0,6 V et la fréquence à environ 400Hz ; Régler la sensibilité verticale des deux voies sur la même position ; Mettre l oscilloscope en position XY (cette position permet d obtenir une courbe dite de Lissajous) ; Placer le microphone à quelques centimètres de la caisse de résonance du diapason ; 2.1 Faire vérifier le montage et les réglages. Appel n 2 Emettre un son à partir du diapason (taper sur le diapason avec le maillet) ; Régler la fréquence du GBF de façon à obtenir une ellipse. Dans ce cas précis, les deux signaux ont la même fréquence Faire vérifier par l examinateur la courbe obtenue. Appel n 3 Régler l oscilloscope pour ne visualiser que la voie 2 (désactiver la position XY) Représenter sur l écran ci-dessous l oscillogramme observé. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 3/13

4 2.2.3 Déterminer la période du signal délivré par le GBF. Sensibilité horizontale /div. Nombre de divisions correspondant à une période Période T..... T en ms... T en s En déduire la fréquence du son musical émis par le diapason. On rappelle que 1 f = avec f en Hz et T en s. T Calcul de f : Le tableau suivant donne le nom d une note en fonction de sa fréquence. A partir de la valeur de la fréquence trouvée précédemment, indiquer le nom de la note émise par le diapason. Qualifier la hauteur de ce son. Nom de la note Fréquence (Hz) Do (grave) ré mi fa sol la si Do (aigu) 261,59 293,72 329,58 349,48 360, ,68 523,16 TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 4/13

5 Timbre Réaliser le montage expérimental schématisé ci-dessous : K HP GBF V Effectuer les réglages suivants : Sur le GBF, sélectionner le signal sinusoïdal de fréquence 400 Hz ; Fermer l interrupteur ; Régler la valeur efficace de la tension à 0,2 V puis écouter le son produit par le hautparleur. Remplacer, sur le GBF, le signal sinusoïdal par le signal rectangulaire sans modifier la fréquence et la valeur maximale du signal. Ecouter le son émis. 3.1 Faire vérifier le montage et les résultats. Appel N Les sons perçus son-ils identiques? TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 5/13

6 3.3 Question 2 : On dit que les deux sons n ont pas le même timbre. A quelle caractéristique du signal correspond alors le timbre? 4 Niveau d intensité acoustique Montage expérimental : Ajouter au montage précédent un sonomètre. Réglages : Placer le à environ 50 cm au dessus du haut-parleur et sur l axe de la membrane de celui-ci. Sélectionner la pondération A et le mode lent (low) ; Positionner le bouton d amplitude du générateur de fonctions à mi-course ; pour le voltmètre, choisir le calibre le mieux adapté (tension à mesurer entre 0,1 et 1V) ; Régler la fréquence à 800 Hz ; Mettre le casque. 4.1 Faire vérifier le montage ainsi que les réglages effectués. Appel N 5 Fermer l'interrupteur K ; Régler la tension efficace du GBF à 0,2V à l aide du bouton d amplitude ; Faire varier cette tension et mesurer en db le niveau d intensité acoustique L à l aide du sonomètre ; Noter les valeurs arrondies à l unité dans le tableau ci-dessous. Tension U en V 0,2 0,3 0,4 0,8 L en db 4.2 Faire vérifier les valeurs. Appel N 6 TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 6/13

7 4.3 Comment varie L quand on double la valeur de la tension U? 4.4 Déduire des mesures précédentes, le niveau d intensité acoustique L si U = 0,6V. Vérifier cette valeur expérimentalement. L déduite de la mesure : L par la mesure : 4.5 Calculer l intensité acoustique I correspondant à cette dernière valeur. I On rappelle que L = 10 log( ) avec L en décibels et I 0 l intensité acoustique de I référence I W / m = TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 7/13

8 Partie B : MESURE SUR LES SYSTEMES 1. Rôle des sirènes intérieures intrusion et avertisseurs sonores incendie 1.1 Indiquer le rôle d une sirène intérieure en alarme intrusion. 1.2 Indiquer le rôle d un avertisseur sonore en alarme incendie. 2. Etude de quelques caractéristiques du son émis par une sirène intérieure intrusion «ARITECH AS270». On souhaite relever les caractéristiques du signal sonore (timbre, hauteur et niveau sonore) émis par une sirène intérieure intrusion «ARITECH AS270». 2.1 Associer à chaque caractéristique la grandeur physique correspondante. Timbre : Hauteur :... Niveau d intensité acoustique : 2.2 Dresser la liste du matériel qui permet de capter et de caractériser, (hauteur, timbre et niveau d intensité acoustique), le son émis par la sirène intérieure. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 8/13

9 Donner le schéma du montage à réaliser pour effectuer l étude souhaitée. Les symboles des appareils à utiliser sont rappelés sur la figure 1 de l annexe 1. Réaliser ce montage et faites le vérifier. Appel n 7 : 2.4 Mesurer à l aide d un sonomètre le niveau d intensité sonore L 1 à un mètre au dessus de la sirène d intérieure. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 9/13

10 2.5 Observer le signal sur l oscilloscope. Quelle est sa forme? Qu est ce qui varie : la fréquence, l amplitude ou les deux? 2.6 Le signal est-il périodique? Si oui mesurer sa fréquence. Justifier votre démarche. 3. Etude de quelques caractéristiques du son émis par l avertisseur sonore incendie «CHUBB-S3NFS». Remplacer dans le montage précédent la sirène «ARITECH AS270» par l avertisseur «CHUBB-S3NFS». 3.1 Faire vérifier le montage ainsi que les réglages effectués. Appel N Mesurer le niveau d intensité sonore L 2 à un mètre au dessus de la sirène. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 10/13

11 3.3 Observer l oscillogramme. S agit-il d un son complexe ou pur? 4. Interprétation des résultats Le diagramme de la figure 2 de l annexe 1, montre la sensibilité de l oreille humaine aux différentes fréquences audibles. 4.1 D après ce diagramme, quelle est la fréquence la plus audible par l homme (écart maximal entre le seuil de douleur et le seuil d audition). 4.2 Placer sur le diagramme de l annexe 2, les droites repérant les niveaux d intensités acoustiques L 1 (intrusion) et L 2 (incendie) mesurées précédemment. 4.3 Les deux avertisseurs ont-ils les mêmes effets sur l oreille? Expliquer. 4.4 Quel est le son le plus gênant? Si les deux avertisseurs se déclenchent simultanément, le niveau d intensité global dépassera t-il le seuil de douleur? Expliquer. TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 11/13

12 4.5 Comparer les caractéristiques physiques des deux avertisseurs. 4.6 D après vous, y a-t-il un lien entre les grandeurs mesurées et les effets attendus des deux avertisseurs? Justifier votre réponse. Annexe 1 TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 12/13

13 E V Générateur Sirène Microphone Voltmètre Y A K Interrupteur Sonomètre Oscilloscope Figure 1 : Symboles des appareils électriques pour la réalisation des schémas Annexe 2 Intensité acoustique Niveau d Intensité d audition Fréquence Figure 2 : Diagramme des sons perçus par l oreille TP : Avertisseurs sonores sujet N 3 13/13

14 NOM : Prénom : Note à reporter : /20 Fait Question Travail Barème Oral Ecrit T + A T ou A Aucun Non Fait T : Dans le temps A : En autonomie Observations A Première partie : 1.1 Appel N 1 Montage + réglage /2 1.2 Forme signal /1 2.1 Appel N 2 / Appel N 3 / Oscillogramme / Période / Fréquence / Hauteur son /1 CCF PHYSIQUE N 3 BAC PRO SEN

15 3.1 Appel N 4 /2 3.2 Sons perçus /1 3.3 Timbre /1 4.1 Appel N 5 /2 4.2 Appel N 6 /1 4.3 Question 1 /1 4.4 Question 2 /1 4.5 Question 3 /2 TOTAL PARTIE A /22 B : SECONDE PARTIE 1.1 Rôle sirène intérieure /1 1.2 Rôle avertisseur sonore /1 2.1 Grandeurs /1 CCF PHYSIQUE N 3 BAC PRO SEN

16 2.2 Appareils /1 2.3 Schéma + Appel N 7 /1 2.4 Sonomètre /1 2.5 Forme fré ampli /1 2.6 Fréquence /1 3.1 Appel N 8 /1 3.2 L2 /1 3.3 Oscillogramme /1 4.1 Fréq Audible /1 4.2 Tracé annexe 2 /1 4.3 Fréq Annexe 1 /1 4.4 Incendie / Intrusion /3 TOTAL PARTIE B /18 Total /40 /40 Total : /20 CCF PHYSIQUE N 3 BAC PRO SEN