BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL Systèmes Électroniques Numériques. TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTEMES E 1 - Sous épreuve E 12 Unité U 12

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1 BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL Systèmes Électroniques Numériques Champ professionnel : Alarme Sécurité Incendie TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTEMES E 1 - Sous épreuve E 12 Unité U 12 Durée : 3 heures Coefficient : 2 Le sujet comporte : 7 pages d énoncé 3 pages d annexe Le matériel autorisé comprend toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu il ne soit pas fait usage d imprimante (Réf. C n du ). La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l appréciation des copies. NOM PRENOM : DATE : SUJET N 2 SIRÈNE D UNE ALARME ANTI-INTRUSION CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 1/10

2 Dans la suite du document, ce symbole signifie «Appeler le professeur». Dans la suite du document, ce symbole signifie «Consulter les annexes». Partie O : Position du problème et objectifs Un client souhaite équiper son installation de protection d une sirène anti-intrusion. Il souhaiterait avoir un certain nombre d éclaircissement au sujet des caractéristiques de cette sirène. Lors de votre dialogue avec lui, il relève un des éléments de votre argumentaire «Si vous voulez une bonne dissuasion». Naturellement il vous demande «Mais alors qu est-ce qui fait fuir la personne indélicate?». Ce monsieur n étant pas technicien, vous êtes chargé de lui donner quelques éléments de base en acoustique. En particulier, vous allez devoir lui expliquer les notions : Hauteur et niveau sonore d un son ; Lecture et interprétation d un spectre de fréquence et d un diagramme. Partie 1 : Caractéristiques du matériel Sirène piezo Modèle BETTY MINI SIRENE D INTERIEUR transducteur piézoélectrique Puissance Alimentation Consommation Type de boîtier Dimensions Poids 110dB 8 à 15V Batterie 9 V 5µA au repos/350ma en service ABS 138x100x40mm 230 g Pour décrire un son, on lui associe entre autre les caractéristiques appelées, hauteur et niveau sonore. Nous allons étudier ces deux grandeurs physiques et considérer leurs effets sur notre perception auditive. CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 2/10

3 Partie 2 Oreille et hauteur d un son Utiliser les documents fournis en annexe pour vous aider à répondre aux questions suivantes. 1. Définir le domaine des fréquences audibles pour l oreille humaine. 2. Comment qualifie-t-on les sons en dehors de ce domaine? 3. Préciser ce qu est un son grave et un son aigu. Notre oreille est très sensible aux changements de fréquence. En règle générale, la sensation de hauteur est directement proportionnelle à la fréquence. La hauteur d un son est associé à la.. de la vibration sonore. Appel 1 Appeler le professeur pour vous rappeler le fonctionnement de base du logiciel «Atelier scientifique». Partie 3 Mesure de la hauteur d un son Enregistrer le La3 joué par un diapason sur une plage de 10 ms. Sélectionner la fonction «son» sur le capteur. Paramètres d acquisition Fonction du temps : Durée d acquisition : 10 ms Nombre de points : 1001 Synchronisation : Voie de synchro : 1 : son Niveau : 0 CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 3/10

4 1. Quelle est l allure de la courbe? Définir un son pur. 2. Avec l outil «pointeur», déterminer la période T et la fréquence f du La3. Ouvrir la fenêtre «Traitement des données». Sélectionner l onglet «Transformée de Fourier» et appuyer sur «Calcul». Après calcul, une seconde fenêtre s ouvre dans laquelle apparaît le spectre d un son pur. 3. Quelle est l allure du spectre d un son pur? 4. Avec l outil «pointeur», déterminer la fréquence d amplitude maximale associé au La3 du diapason. Comparer avec la fréquence déterminée à la question 2.. Appel 2 Faire vérifier votre résultat. Partie 4 Intensité sonore et niveau sonore 1. Mesure du niveau sonore en décibel (db). Sélectionner la fonction «sonomètre» sur le capteur. Un haut-parleur est branché aux bornes d un GBF réglé sur la fréquence de 440 Hz. Le sonomètre est placé devant le haut-parleur à une distance d environ 10 cm. GBF Haut-parleur Sonomètre CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 4/10

5 1.1. Augmenter la tension délivrée par le générateur. Noter vos observations Pour une tension fixe, éloigner le sonomètre. Noter vos observations. 2. Niveau sonore Une intensité sonore W/m 2 semble négligeable devant une intensité de 25 W/m 2. Pourtant nous entendons des sons ayant ces intensités. Il est donc préférable pour resserrer les valeurs de définir le niveau sonore L en décibel (db). Le niveau sonore L associé à l intensité sonore I est défini par : L = 10 Log I I 0 avec I 0 = W/m Compléter le calcul des niveaux sonores sur le schéma ci-dessous Détail des calculs Niveau sonore ( db) Intensité sonore (W/m 2 ). douloureux. dangereux fatiguant gênant 100 Avion au décollage 1 Formule Marteau piqueur à 2 m 10 4 Rue à fort traffic 10 6 Conversation normale Bureau calme reposant Jardin calme Seuil d audibilité CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 5/10

6 2.2. Calculer le niveau sonore pour les intensités doubles : I 1 = I 0 et I 2 = I 0 Le niveau sonore augmente de.. db lorsque l intensité sonore double. Partie 5 Oreille et niveau sonore Le diagramme de Fletcher et Munson représente les courbes d'égale sensation sonore d'une oreille humaine normale en fonction de la fréquence. Les sons situés sur une même courbe sont perçus de la même façon par l oreille humaine. Relever, sur le diagramme, la fréquence du son le mieux perçu par l oreille humaine. La fréquence de.. Hz est la mieux perçue par l oreille humaine. Partie 6 Étude de la sirène Modèle BETTY 1. Mesure du niveau sonore Connecter la sirène à une alimentation continue 12 V. Placer le capteur sonomètre à environ 10 cm devant la sirène. Relever le niveau sonore de la sirène. Le niveau sonore de la sirène à 10 cm est de.. db. 2. Mesure de la fréquence Sélectionner la fonction «son» sur le capteur. Enregistrer le son de la sirène sur une plage de 10 ms. Paramètres d acquisition Fonction du temps : Durée d acquisition : 10 ms Nombre de points : 1001 Synchronisation : Voie de synchro : 1 : son Niveau : 0 CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 6/10

7 Tracer le spectre du son de la sirène Ouvrir la fenêtre «Traitement des données». Sélectionner l onglet «Transformée de Fourier» et appuyer sur «Calcul». Relever la fréquence d amplitude maximale. La fréquence d amplitude maximale de la sirène est.. Hz. Partie 7 Conclusion Après cette étude, que pourriez-vous répondre à votre client qui vous posait la question «Qu est-ce qui fait fuir la personne indélicate?» Aide : pour répondre, placez un point sur le diagramme de Fletcher et Munson correspondant au niveau sonore et à la fréquence de la sirène. CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 7/10

8 ANNEXE I FICHE TECHNIQUE DU LOGICIEL «ATELIER SCIENTIFIQUE» Fonction «son» du capteur Microphone Démarrer l acquisition Temps Arrêter l acquisition Paramétrage du temps Lecture de la période, de l'amplitude ou de la distance Cliquer sur «bouton droit». Sélectionner «Pointeur» et cliquer / glisser. Les résultats des mesures s'affichent en bas de l'écran graphique. CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 8/10

9 ANNEXE II FICHE TECHNIQUE DU LOGICIEL «ATELIER SCIENTIFIQUE» Fonction «sonomètre» du capteur Transformée de Fourier Cliquer sur le pictogramme «Traitement de données». Sélectionner l onglet «Lissage». Appuyer sur «Calcul» et attendre la fin du calcul Lissage d une courbe Cliquer sur le pictogramme «Traitement de données». Sélectionner l onglet «Lissage». Appuyer sur «Tracer». CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 9/10

10 ANNEXE III DIAGRAMME DE FLETCHER ET MUNSON La perception des sons, caractérisés par l intensité sonore et la fréquence, permet de définir des courbes dites isosoniques ou «d égale sensation» pour l oreille humaine. 100 Hz 350 Hz Hz Hz Lecture Un son de fréquence 20Hz s entend à partir de 70 db, alors qu un son de Hz s entend à partir de 13 db. L oreille humaine a la même «sensation» des fréquences 20 Hz, 500 Hz et Hz. CCF TP scientifiques sur systèmes 2 Bac Pro S.E.N. 10/10

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