TP DE VIBRATIONS TP n 4 Etude du Haut Parleur Electrodynamique

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1 TP DE VIBRATIONS TP n 4 Etud du Haut Parlur Elctrodynaiqu L but d la anipulation st la odélisation t la sur ds différnts paraètrs du H-P. 0 Généralités : Vu d profil, un haut-parlur st ainsi constitué : L Haut-parlur st un oscillatur élctrodynaiqu qui transfor un vibration élctriqu n vibration écaniqu : il y a couplag hybrid ntr un systè écaniqu t un systè élctriqu. Il y a foration d'un ond acoustiqu. L systè st constitué d trois partis : un parti agnétiqu cntral (un bobin), un parti élctriqu (circuit RLC) n nfin un parti écaniqu (systè oscillant). L'équipag obil (bobin + bran) st rapplé par un suspnsion d raidur k. Ct équipag s déplac n translation. La forc d Laplac qui s'xrc sur la bobin st B.l x I. Lorsqu'll s déplac à la vitss v, ll dx st l sièg d'un f induit donné par la loi d Lnz : = Blv = Bl dt - 1 -

2 Equation du ouvnt : Appliquons un tnsion E aux borns d la bobin obil, il vint : di dx d²x dx E = R I + L + Bl t M + f + kx = Bl.I dt dt dt² dt En régi sinusoïdal, on a x s'éliin, il vint : ( ) E Bl² Z = = R + jlω + = Z + Z I k f + j ω ω Z st l'ipédanc élctriqu t Z st l'ipédanc otionnll, ipédanc cinétiqu du aux couplags. A bass fréqunc, c'st l'ipédanc otionnll qui prédoin tandis qu'à haut fréqunc, c'st l'ipédanc élctriqu qui prédoin. 1 Msur d la raidur k : La sur d k nécssitant la sur précis du déplacnt d la bobin, on plac sur l diaphrag du haut parlur un éttur d ultrasons. L récptur st placé au-dssus d l éttur. L schéa du ontag st l suivant : - -

3 L haut parlur satisfait à l équation µg kx = 0 (1), où µ st la ass placé sur l haut parlur, g la constant d gravité, k la raidur du rssort t x l déplacnt d la bobin. L déphasag st t x t donné par : φ = π = π où λ = ct = 8,50 on obtint ainsi x = λ () T λ T µg µgt D (1) t (), on tir : k = =. On sur k sans avoir bsoin d calculr l déphasag ntr x λ t ls signaux éis t rçus. Application nuériqu : pour µ = 00g, t = 3,µs, on obtint k = 1875 Msur du produit Bl : L princip d la anipulation st d appliqur sur la bobin un ass, t d surr l courant nécssair qu il faut injctr dans la bobin, via un génératur d courant continu, pour qu cllci rvinn à sa position initial. µg D après l équation vérifié par la bran µg Bli = 0, on tir Bl = i Il st préférabl d utilisr un voltètr branché aux borns d la résistanc afin d surr l intnsité qui travrs l circuit, dans un souci d précision ds surs. D plus il st préférabl d fair la sur avc plusiurs asss. Il faut égalnt soustrair l courant résidul (lorsqu aucun courant n st débité). Pour 100g : I = 09 A Pour 150g : I = 364 A Pour 00g : I = 50 A Ls différnts surs du produit Bl sont ls suivants : 4,7 ; 4,08 ; 3,9 Il st préférabl d utilisr ds asss rlativnt iportants. L produit Bl vaut nviron 4. 3 Msur d l ipédanc élctriqu Z : Pour ffctur ctt sur, il faut utilisr un haut parlur bloqué (dont la bran n boug plus). On alint l haut parlur avc un fréqunc élvé ( khz), On réalis l circuit suivant : - 3 -

4 On visualis à l'oscillo la tnsion aux borns d la résistanc (t donc l'intnsité qui travrs l circuit) ainsi qu la tnsion aux borns du H.P. bloqué. L H-P étant bloqué, l'ipédanc présnté Lω par clui-ci dvint Z = Z, avc Z = R ² L²ω² t φ = Arctg + R A l'oscillo, on sur V Y1, V Y t φ : ls valurs sont V Y1 = 0,6V, V Y = 0,56V t φ = 6. On calcul Z : Puis R Z V Y 1 = Soit : = 9,3Ω V ρ Y Z 0,6 10 = 0,56 Z 9,3 = Soit : R = = 8,36Ω 1 + tg²φ 1 + (tg6)² Enfin L r Z ² R ² tgφ 9,3² 8,36² = = Soit : L = = 0,3H 3 ω ω π.10 3 Etud du H-P n fonctionnnt : On réalis l circuit suivant : L'ipédanc du haut-parlur st donné par U On obtint donc : Z = ρ U 3 Z U = Or U 3 = ρi I On va pouvoir ainsi calculr l odul d Z, n surant (grâc au voltètr, dans un souci d précision) ls valurs ds tnsions aux borns d la résistanc t du H-P. L odul d Z n fonction d la fréqunc st rprésnté ci-dssous : - 4 -

5 Z fréqunc (Hz) Z, ipédanc du circuit, st donné par : ( ) E Bl² Z = = R + jlω + = Z + Z I k f + j ω ω Il st aisé d calculr (théoriqunt) la valur d la pulsation pour laqull on aura un ipédanc axial, à bass fréqunc. k La pulsation d coupur st tll qu : ω = 0 soit : ω = ω k = 1875 (Q 1) = 13g 1875 ω D'où : ω = = 380 rad/s, c qui corrspond à un fréqunc d coupur f = = 60Hz 0,013 π k Ctt valur corrspond bin (aux rrurs d sur près) à la valur xpérintal. On put ainsi définir la band passant d c H-P : la band passant st l'intrvall d fréqunc Zax pour lqul Z > c'st-à-dir Z > 9,. Par lctur graphiqu, on trouv qu la band passant d c H-P st l'intrvall [60 Hz 90 Hz] - 5 -