TS – Spécialité Physique Nom et prénom : _________________ _________________ www.sciencesphysiques.info TP de Sciences Physiques nÀ7 Traitement du son : le filtre ÿ cross - over Ÿ Le cross-over est une catégorie de filtres électroniques conçus spécifiquement pour des utilisations dans des applications audio. Enceintes Cabasse Pacific 3SA Lorsque les trois haut-parleurs, woofer, médium et tweeter se trouvent rassemblés à l’intérieur d’un caisson acoustique (enceinte), on ne peut pas les relier en parallèle car chacun d’eux recevrait des fréquences qu’ils ne seraient pas capables de reproduire parfaitement et, mis à part le fait qu’on obtiendrait des sons distordus, on risquerait de les endommager. Pour éviter d’endommager les haut-parleurs et pour obtenir une reproduction hi-fi fidèle, il est nécessaire de diviser toute la gamme du spectre acoustique avec un filtre appelé cross-over, permettant d’envoyer aux trois haut-parleurs uniquement les fréquences qu’ils sont capables de reproduire. Pour les basses fréquences, le filtre cross-over est un passe-bas qui sert à dévier vers le hautparleur woofer toute la bande de fréquences comprises entre 25 et 500 Hz, en bloquant toutes les fréquences supérieures. Pour les moyennes fréquences, le filtre crossover est un passe-bande servant à dévier vers le haut-parleur médium toute la bande de fréquences comprises entre 500 et 3500 Hz, en bloquant toutes les fréquences inférieures et supérieures. Pour les fréquences aiguës, le filtre cross-over est un passe-haut servant à dévier vers le hautparleur tweeter toute la bande des fréquences supérieures à 3500 Hz, en bloquant toutes les fréquences inférieures. On utilise en général le tweeter pour les fréquences hautes comprises entre 3500 et 25000 Hz. En reliant, sur les trois haut-parleurs, un filtre cross-over, nous pouvons diriger sur chacun d’eux la gamme de fréquence qu’il est capable de reproduire et nous permettrons, en outre, à l’amplificateur de trouver l’impédance exacte de chaque haut-parleur. Problème posé : vous avez un filtre constitué d’un conducteur ohmique de résistance R et d’un condensateur de capacité C. Vous devez trouver à quel haut – parleur vous pouvez associer ce filtre. En vous aidant des documents suivants et du matériel présent sur la paillasse, proposer une démarche et un protocole vous permettant de répondre au problème posé. Thème n°2 : son et musique / Traitement du son Page 1 / 5 TS – Spécialité Physique www.sciencesphysiques.info Document n°1 : schéma du filtre à étudier UE(t) est une tension alternative symétrique sinusoïdale. On peut se fixer une amplitude de 3,0V. C UE(t) R US(t) R= 1,0 kΩ et C = 47 nF (C est la capacité du condensateur) Le condensateur est un composant électrique dont l’unité est le farad de symbole F. Les composants utilisés ne sont pas polarisés. Document n°2 : étude d’un filtre Pour définir la nature d’un filtre, il est nécessaire de tracer une courbe que l’on nomme « la réponse en fréquence » du filtre. Pour une tension d’entrée fixe, la tension de sortie US dans un filtre, dépend de la valeur de la fréquence du signal d’entrée. Pour représenter la réponse de ce type de filtre, les physiciens ont pour habitude de calculer le gain du montage : G = 20 × log (US / UE). L’unité est le décibel (dB). un gain nul correspond à US = UE un gain négatif correspond à un signal Us atténué. plus le gain est faible, plus le signal est atténué. La réponse en fréquence du filtre correspond à la courbe donnant le gain en fonction de la fréquence. Cette courbe se trace sur papier semi – log. Document n°3 : échelle semi-logarithmique Elle est basée sur le principe d’une échelle linéaire sur l’axe des ordonnées et d’une échelle logarithmique sur l’axe des abscisses. L’échelle logarithmique peut permettre de présenter des domaines en fréquences qui seraient difficilement représentables en utilisant une échelle linéaire. Sur une échelle logarithmique, il y a le même écart entre 1 et 10 qu’entre 10 et 100, qu’entre 100 et 1000, etc… Document n°4 : matériel à votre disposition composants : conducteur ohmique de résistance 1,0 kΩ et condensateur de capacité C = 47 nF. 2 multimètres 1 générateur de fonctions (GBF) des fiches BNC et des fils de connexions. Thème n°2 : son et musique / Traitement du son Page 2 / 5 TS – Spécialité Physique www.sciencesphysiques.info TRAVAIL A EFFECTUER 1 – Analyse du problème et formulation d’un protocole expérimental (durée estimée : 35 min) Proposer une démarche et un protocole expérimental permettant de trouver la nature du filtre. Ce protocole expérimental doit expliciter la façon dont vous allez utiliser le matériel, les mesures que vous voulez réaliser. Vous compléterez le schéma donné ci-dessous en précisant les appareils utilisés. Démarche et protocole expérimental proposé (ANA) : Démarche : _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ Protocole : ______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ Schéma à compléter (ANA) : C UE(t) APPEL N°1 R US(t) Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental ou en cas de difficulté Thème n°2 : son et musique / Traitement du son Page 3 / 5 TS – Spécialité Physique www.sciencesphysiques.info 2 – Réaliser le protocole expérimental et effectuer les mesures (REA, durée estimée : 35 min) Attention : il est conseillé de vérifier que la tension d’entrée est constante pendant vos mesures, sinon faire les réglages nécessaires pendant vos mesures. Compléter le tableau. UE = ____________ fqce (Hz) US (V) G (dB) fqce (Hz) US (V) G (dB) APPEL N°2 Appeler le professeur pour lui présenter le relevé d’une mesure ou en cas de difficulté 3 – Courbe à tracer (REA, durée estimée : 15 min) Tracer la courbe G = f(fqce) sur papier semi-log en choisissant une échelle appropriée (feuille en annexe). 4 – Exploitation des résultats et conclusion (VAL, durée estimée : 20 min) Conclure sur la nature du filtre et sur son association au haut – parleur de l’enceinte (justifier votre réponse). Informations Dans les filtres « passe-haut » et « passe-bas », il existe une fréquence particulière appelée « fréquence de coupure » qui délimite le domaine d’étude du filtre. 1 La fréquence de coupure a pour expression FC = . 2 πRC Elle est déterminée graphiquement par la valeur de la fréquence pour laquelle le gain vaut : Gmax – 3 dB. Dans un filtre « passe–bande », il existe deux fréquences de coupure. APPEL N°3 Appeler le professeur pour lui présenter la réponse au problème posé ou en cas de difficulté Défaire le montage et ranger la paillasse. Thème n°2 : son et musique / Traitement du son Page 4 / 5 TS – Spécialité Physique www.sciencesphysiques.info Nom et prénom : Annexe : papier semi-log Thème n°2 : son et musique / Traitement du son Page 5 / 5
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