Comment un haut-parleur fonctionne-t-il? Pourquoi associer plusieurs haut-parleurs dans une enceinte acoustique?

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1 L 6 COMMET REPRODUIRE U IGAL OORE? Quelles sont les propriétés d un aimant? Comment un haut-parleur fonctionne-t-il? Pourquoi associer plusieurs haut-parleurs dans une enceinte acoustique? Qu est-ce qui caractérise un microphone électrodynamique? Capacités connaissances Vérifier le sens du champ magnétique crée par un courant dans une bobine. Vérifier que l intensité du champ magnétique est proportionnelle à l intensité du courant. Vérifier le sens de déplacement d un conducteur placé dans un champ magnétique donné et parcouru par un courant. Décrire par un schéma le principe de fonctionnement d un haut-parleur à partir des phénomènes physiques mis en jeu entre la grandeur d entrée et la grandeur de sortie. Connaître les caractéristiques et les propriétés du champ magnétique créé par un aimant droit, par une bobine. avoir que tout conducteur parcouru par un courant et soumis à un champ magnétique extérieur subit une force. Connaître le principe de fonctionnement d un haut-parleur. Classer des haut-parleurs en fonction de leurs courbes de réponses (tweeter, medium, boomer). Comparer expérimentalement les courbes de réponse de différents hauts parleurs. Déterminer le sens du courant induit. Produire expérimentalement une tension induite alternative. Déterminer expérimentalement la bande passante d un microphone. avoir qu un haut-parleur est caractérisé par sa bande passante (plage de fréquences qu il transmet avec un niveau d intensité sonore suffisant). Connaître et caractériser les grandeurs associées au phénomène d induction électromagnétique : flux magnétique, loi de Lenz, tension et courant induits. Connaître le principe de fonctionnement d un microphone électrodynamique. Connaître les différentes caractéristiques d un microphone et les grandeurs qui y sont associées (sensibilité, directivité et bande passante).

2 I) Quelles sont les propriétés d un aimant? 1) Champ magnétique d un aimant a) spectre magnétique d un aimant droit Le champ magnétique peut être décrit en un point M par un ayant pour caractéristiques : - point d application : - direction : - sens : - intensité : b) le spectre magnétique d un aimant en U Entre les branches de l aimant en U, les lignes de champ sont parallèles. Le vecteur champ magnétique a sensiblement même direction, même sens, et même intensité.

3 2) Champ magnétique d un conducteur a) Expérience d Oersted La figure ci-dessous représente les lignes de champ dans un plan perpendiculaire à un conducteur rectiligne parcouru par un courant. Ce sont des lignes concentriques, centrées sur le conducteur. Le vecteur champ magnétique est tangent à ces lignes. Le sens de ce vecteur est donné par la règle du bonhomme d Ampère, couché sur le fil, le courant lui rentrant par les pieds, regardant le conducteur, le sens est celui de son bras gauche. b) champ magnétique d une bobine ens du vecteur champ magnétique : On applique la règle du tire-bouchon de Maxwell Exemple :

4 Expérience : 3) Champ magnétique d un solénoïde d TELAMETRE L unité du champ magnétique est le Fixons d = 0, et faisons varier I avec le rhéostat, puis mesurons avec le tesla mètre. (en T) I (en A) et I varient proportionnellement, d où =.I Comparons ce coefficient au nombre x l avec = spires et l = m Aux environs du centre de la bobine, on a : avec 0, intensité du champ magnétique l, longueur de la bobine ou solénoïde (m),, nombre de spires, I, intensité du courant (A), Remarques : = n, nombre de spires ; mètre l le solénoïde est considéré comme infini dès lors que l > 5R est une constante appelée 0 (constante magnétique) Application : Quelle est l induction magnétique créée par une bobine avec 600 spires, l = 30 cm, et I = 3.5A?

5 II) Comment un haut-parleur fonctionne-t-il? 1) Force de Laplace a) Mis en évidence: le rail de Laplace I A Loi de Laplace : b) Caractéristiques de la force de Laplace F La règle des 3 doigts : le sens de la force est donné par la règle des trois doigts de la main droite. Pouce = I, Index =, Majeur = F Il Intensité de la force de Laplace : () (T) (A) (m)

6 Exercice Une barre de fer de 50cm de longueur, pouvant se déplacer sur deux rails conducteurs, est placée dans un champ magnétique d induction = 1,5 T, perpendiculairement à celui-ci. L intensité du courant d alimentation est 5A. Déterminez les caractéristiques de la force électromagnétique appliquée au conducteur. Calculez le travail mécanique effectué par la force quand le conducteur se déplace de A à A. I A A 50cm 30 cm 2) Application au haut parleur ous l effet d un champ magnétique constant (aimant), la variation de la tension délivrée au HP entraîne III) Pourquoi associer plusieurs haut-parleurs dans une enceinte acoustique? Hypothèse : 1) Etude de la réponse d un haut parleur en fonction de la fréquence d entrée Pour le GF : électionner la tension sinusoïdale ; Régler la fréquence sur 100 Hz ; Régler la tension sur 0,8 V. Pour le sonomètre : électionner la pondération «A» et le mode «lent» ; Positionner le sonomètre à environ 8 cm du haut-parleur et l orienter dans l axe de la membrane du haut-parleur. Pour le voltmètre : Choisir la fonction «voltmètre alternatif» Choisir le calibre le mieux adapté. Appel n 1 Faire vérifier le montage et les réglages et, devant l examinateur, effectuer la mesure suivante

7 Mesure du niveau sonore à 1OO Hz Mettre le sonomètre en marche. Fermer l interrupteur. Ajuster la tension du GF à 0,8 V. électionner la gamme de mesure du sonomètre et mesurer en décibel (d) le niveau d intensité acoustique L. oter la valeur, arrondie à l unité, dans le tableau ci-dessous. Mesure des niveaux sonores en fonction de la fréquence Pour chaque fréquence : régler la tension du GF sur 0,8 V ; Mesurer en décibels (d) le niveau d intensité acoustique L (adapter, si besoin est, la gamme du sonomètre). oter, dans le tableau ci-dessous, pour chaque fréquence la valeur, arrondie à l unité, du niveau d intensité acoustique correspondant : Appel n 2 : Faire vérifier les mesures. Observation :

8 Conclusion : Déterminer L max =.Tracer la droite d équation y = L max 6 = Tracer les traits de construction permettant de lire f 1 et f 2 correspondant à L max 6 On a f 1 = et f 2 = L intervalle [f 1, f 2 ] correspond à la Le haut-parleur répond de façon du haut parleur dans cette gamme de fréquence 2) Les différents type de haut-parleur On distingue classiquement trois types de haut-parleurs : Pour 1 : Ce sont les : Pour 2 : Ce sont les : Pour 3 : Ce sont les : A quel type appartient le haut-parleur? Conclusion :

9 IV)Activité : Comment fonctionnent les haut-parleurs électrodynamiques Ils sont composés de haut-parleurs aux courbes de réponses différentes.pour ne pas envoyer un son ne rentrant pas dans le domaine de chaque haut-parleur, on utilise des filtres Comment l association d un condensateur et d une résistance peut générer des filtres différents? Ce procédé est il vraiment efficace? 1) Comment l association d un condensateur et d une résistance peut générer des filtres différents? a) pour le filtre passe-bas Avec la formule du diviseur de tension on a U = U E = Z R +Z C Z c 1 C R+ 1 C U E 1 C RC+1 C U E 1+RC U E b) pour le filtre passe-haut Avec la formule du diviseur de tension on a U = R U E 1 C R c) pour le filtre passe-bande

10 2) Ce procédé est il vraiment efficace? a) Réaliser le montage expérimental schématisé ci-dessous : Appel n 1 : Faire vérifier le montage ainsi que les réglages effectués. Fermer l interrupteur K 1. i l interrupteur K 2 est ouvert, le condensateur est en série avec le haut-parleur ; i l interrupteur K 2 est fermé, le courant passe directement par l interrupteur et met le condensateur " hors circuit ". Régler le générateur de fonctions afin qu il délivre une tension : - de forme sinusoïdale ; - de fréquence 100 Hz Positionner le bouton d amplitude à mi-course. Régler le voltmètre en choisissant le calibre le mieux adapté. Placer le sonomètre à environ 10 cm devant le haut-parleur. Fermer l interrupteur K 2 ; régler la tension de sortie du GF à 0,8 V en agissant sur le bouton d amplitude puis mesurer en décibels (d) le niveau d intensité acoustique L 1 à l aide du sonomètre. Ouvrir l interrupteur K 2 ; régler la tension de sortie du GF à 0,8 V en agissant sur le bouton d amplitude puis mesurer en décibels (d) le nouveau niveau d intensité acoustique L 2. Le niveau d intensité acoustique L 1 correspond à un fonctionnement du haut-parleur sans condensateur ; L 1 = Le niveau d intensité acoustique L 2 correspond à un fonctionnement du haut-parleur avec condensateur. L 2 = Appel n 2 : Faire vérifier les valeurs pour une fréquence de 100 Hz b) Relevé de mesures : Reporter les valeurs précédentes, arrondies à l unité, dans le tableau ci-dessous. Faire varier la fréquence délivrée par le G..F., et reporter les valeurs dans le tableau ; ajuster la tension de sortie du G..F. à 0,8 V. Effectuer les différentes mesures en reportant les valeurs dans le tableau : Une fois toutes les mesures effectuées, éteindre les appareils. Appel n 3 : Faire vérifier le tableau de valeurs. c) Courbe de réponse du haut-parleur : - Placer les points de coordonnées (f ; L 1 ) et tracer en vert la courbe représentant les variations de L 1 en fonction de f ; - Placer les points de coordonnées (f ; L 2 ) et tracer en bleu la courbe représentant les variations de L 2 en fonction de f.

11 De quel type de filtre s agit il? On appelle fréquence de coupure d un filtre la valeur f 0 pour laquelle L 2 est inférieur à L 1 de 3 d. Déterminer f 0 en laissant apparents les tracés nécessaires. f 0 = 3) Vérification A partir du montage précèdent, ajouter un GF en dérivation au premier. ur un GF, régler la fréquence à 50 Hz, sur l autre, régler la fréquence à 5000 Hz. Ouvrir K 2.Que constatez vous? Conclusion :

12 IV) Qu est-ce qui caractérise un microphone électrodynamique? Principe général d un microphone : 1) Etude expérimentale Conclusions : 2) Loi de Faraday 3) Les lois de l induction électromagnétique a) Le sens du courant induit On reprend l expérience avec la bobine, l aimant, et le galvanomètre à 0 central. i on approche un pôle ord, le courant induit produit i on approche un pôle ud, le courant induit produit i on éloigne un pôle ord, le courant induit produit i on éloigne un pôle ud, le courant induit produit b)loi de Lenz

13 Application : Déterminez les polarités de la bobine et le sens du courant dans les deux cas suivants, déplacement déplacement 4) Applications a) L alternateur b) Le transformateur noyau magnétique Un transformateur est composé de : 1 U 1 circuit primaire U 2 circuit secondaire 2 - une bobine composée de 1 spires appelée circuit primaire. - une bobine composée de 2 spires appelée circuit secondaire. - un circuit magnétique fermé constitué de feuillets métalliques isolés les uns des autres qui canalise les lignes de champ U 1 est une tension sinusoïdale, donc le flux magnétique créé par 1 varie, et donc le flux magnétique à travers 2 varie, et il produit, d après la loi de Faraday, une tension induite U 2 sinusoïdale. On appelle rapport de transformation : si 2 1 le transformateur est 2 1 le transformateur est c) le microphone