Fonctionnement d'un home cinéma

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1 Baccalauréat professionnel : SYSTEME ELECTRO NUMERIQUE AUDIOVISUEL Epreuve E1 sous épreuve E12 session. Travaux pratiques scientifiques sur systèmes CCF de Sciences Physiques Durée : 3 heures Date : 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 du 16 novembre 1999). Lycée... Nom et prénom de l élève : Numéro de candidat : Date et heure de l évaluation Note : /20 page 1/10

2 Baccalauréat professionnel : SYSTEME ELECTRO NUMERIQUE AUDIOVISUEL Epreuve E1 sous épreuve E12 session. Travaux pratiques scientifiques sur systèmes CCF de Sciences Physiques Durée : 3 heures Date : 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 page 2/10

3 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 EVALUATION 4 Question 1 : «modification» de la musique * / 1 Question 2 : isolation acoustique par un vide entre deux cloisons * / 1 Réalisation du montage et réglage de l oscilloscope * * * / 3 Mesure de T * / 1 Mesure de U max * / 1 5 Calcul de f * / 1 Comparaison des fréquences * / 1 Tableau d isolation des matériaux * * * / 3 Question 5 : modification de la fréquence * / 1 Question 6 : modification de l amplitude * / 1 6 Question 1 : nécessité d une réverbération * / 1 Question 2 : Localisation de la source sonore * / 1 Réalisation du montage * * * / 3 Reproduction de l oscillogramme en vert * / 1 Reproduction de l oscillogramme en bleu * / 1 7 Explication du décalage des courbes * / 1 Montage et Mesure de λ * * / 2 Unités S.I. * / 1 Calcul de c * / 1 Réalisation du montage * * / 2 9 Mesure de L 3 * / 1 Question : L 3 est-elle la somme de L 1 et L 2 * / 1 Tableau des niveaux sonores * * * / 3 Placement des points et traçage de la courbe * * / 2 Détermination graphique de L 3 - L 2 * / 1 10 Réalisation du réglage pour L 3 - L 2 = 2 db * * / 2 Valeur de L * / 1 Comparaison avec question 6 * / 1 NOMS ET SIGNATURES DES EXAMINATEURS NOTE SUR 40 page 3/10

4 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? Est-ce qu un vide entre deux cloisons est un bon isolant acoustique? Pourquoi? page 4/10

5 Réaliser le montage suivant : EXPERIENCE N 1 : ISOLATION ACOUSTIQUE 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 2. Calculer la fréquence du signal, en utilisant la formule : U max =... mv f 1 = T 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 : Matériau n 1 Matériau n 2 Matériau n 3 Matériau n 4 Période T (s) Fréquence f (Hz) Amplitude U max (mv) Lorsqu un obstacle est intercalé entre une source sonore et un récepteur, 5. Est-ce que la fréquence du son est modifiée? Est-ce que l amplitude sonore est modifiée?... page 5/10

6 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? A quelle condition l oreille saura-t-elle localiser la provenance d un son? page 6/10

7 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, en vert, l oscillogramme observé. 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? 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 5. Calculer la célérité c du son. page 7/10

8 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. page 8/10

9 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 K 1 est fermé et K 2 est ouvert. Régler le niveau sonore du HP1 à 80 db (niveau d intensité sonore L 1 ) L interrupteur K 1 est ouvert et K 2 est fermé. Régler le niveau sonore du HP2 à 80 db (niveau d intensité sonore L 2 ) 1. Mesurer le niveau d intensité acoustique L 3 lorsque K 1 et K 2 sont fermés. On obtient L 3 =... 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? Sans modifier le niveau sonore L 1, modifier L 2 afin de remplir le tableau ci-dessous : L 1 (db) L 2 (db) L 3 (db) L 2 L L 3 L 2 4. Placer dans le repère, page suivante, les points de coordonnées ((L 2 L 1 ) ; (L 3 L 2 )). 5. Tracer la courbe représentant les variations de (L 3 L 2 ) en fonction de (L 2 L 1 ). page 9/10

10 6. A l aide de la représentation graphique, déterminer la différence de niveau d intensité acoustique (L 3 L 2 ) lorsque la différence de niveaux des sources (L 2 L 1 ) est égale à 2 db (laisser apparents les traits de construction). On obtient (L 3 L 2 ) =... db 7. Créer une différence de niveau sonore entre les deux haut-parleurs de 2 db et mesurer le niveau acoustique total. On obtient L 1 =... L 2 =... L 3 = En déduire la valeur de la différence de niveau L entre le niveau acoustique L 3 et le niveau de la source sonore la plus forte. L =... Comparer avec le résultat de la question 6. page 10/10