I Objectifs

	Montrer que le son émis par la membrane d'un haut-parleur consiste en ondes de pression de l'air
	Mesurer la différence de pression relative de l'air près de la membrane du haut-parleur
	Utiliser la loi d'Ohm: relever la tension aux bornes d'un résistor de précision pour acquérir automatiquement la valeur de l'intensité dans la bobine
	Enregistrer simultanément le variations de i(t) dans la bobine, qui est l'image de la force appliquée à la membrane du haut-parleur.

II Montage et réglages

A. Schéma de principe

	L'alimentation réglable doit pouvoir débiter un courant alternatif d'intensité atteignant 2.5 A en valeur instantanée. Le générateur de puissance MICRELEC GP-30-5 convient parfaitement à cet usage
	L'intensité sera acquise par l'intermédiaire de la tension aux bornes d'un résistor de précision de 1 ohm (='shunt') monté en série avec la bobine du haut-parleur; ce shunt est déjà monté à l'intérieur du module TRANSDUCTOR, entre les bornes marquées "ref 0" et "I", et supporte jusqu'à 4 A.

ATTENTION AUX COURT-CIRCUITS INVOLONTAIRES

La pression dans l'enceinte du haut-parleur est mesurée au moyen du capteur de pression absolue 2.5 b.

N.B. Ce capteur effectue une mesure de la pression ABSOLUE, qui varie relativement peu (environ 5 %) dans cette expérience: d'où les aménagements (amplification et décalage du signal) qui suivent, pour que l'amplitude du signal autour de sa valeur moyenne soit bien observable.

B. Visionner la réalisation de l'ensemble du montage!

Penser à brancher les haut-parleurs!

cliquer ici pour visionner

C. Montage

brancher le capteur de pression sur la prise droite ARRIERE du module ampli physique

Il est basé sur l'ensemble "TRANSDUCTOR", sorte de mini-enceinte qui comporte un haut-parleur intégré, avec une mesure de la pression à l'intérieur de l'enceinte. Cette mesure de pression s'effectue obligatoirement en régime variable ("dynamique"); sinon, les nombreuses fuites dues au manque d'étanchéité de l'enceinte donneraient une pression toujours égale à la pression atmosphérique.

	Relier le générateur alternatif aux bornes marquées (+) et (–) du panneau de TRANSDUCTOR.
	Le capteur de pression doit être relié par son tuyau à l'orifice aménagé dans le boîtier de TRANSDUCTOR, à l'arrière de la membrane du haut-parleur.

borne NOIRE=masse commune à l'alimentation et au capteur d'intensité

D. Amplificateur-décaleur

Pour disposer d'une amplitude suffisante:

Il faut amplifier la tension qui sort du capteur de pression: ce capteur doit être relié à la prise latérale droite supérieure de l'AMPLI PHYSIQUE ("prise ampli": celle qui comporte "E+" sur le brochage sérigraphié en façade), lui-même branché sur la prise F d'ORPHY (la seule à comporter l'alimentation 12 V nécessaire au fonctionnement de l'ampli). La prise F est située du côté gauche sur GTS ou GTI, et à l'avant sur GTS2. La mesure de la tension image de DP sera alors effectuée automatiquement sur l'entrée EA2.

Mais du même coup la valeur moyenne (1000 mb) étant amplifiée du même coefficient, le signal dépasserait toujours le calibre utilisé et sortirait donc de l'écran! Un DÉCALAGE ajouté au signal permet alors de le ramener au milieu de l'écran, c'est à dire d'observer les variations de pression AUTOUR de la valeur moyenne (la pression atmosphérique) qui est prise comme nouvelle référence (réglages ayant le même effet que le sélecteur d'entrée "AC" dans un oscilloscope). C'est l'AMPLI PHYSIQUE qui permet aussi d'assurer cette fonction de décalage.

E. Réglages matériels préliminaires

1. Réglages de l'ampli physique

	calibre d'entrée sur 0.5 V (ce qui donne un coeff d'amplification de 5/0.5=10 en utilisant le calibre 5 V de l'entrée EA2; la position du bouton "gain" est alors indifférente
	commutateur sur "+" ⁽¹⁾
	le décalage sera réglé plus loin (voir début du protocole d'acquisition).

consulter la fiche technique du capteur Micrelec:
ampli physique

2. Réglages de l'alimentation GP 30-5:

	sélecteur de gauche (à 2 positions) sur "générateur de puissance"
	signal de type sinusoïdal, gamme 5/500, amplitude max (30 V), sans décalage
	vernier de fréquence sur une valeur f comprise entre 50 et 100 Hz.

N.B. NE PAS SORTIR de cette intervalle de fréquences pour obtenir un résultat correct de la mesure de pression.

III. Acquisitions

A. Configuration du logiciel d'acquisition

Abscisse:

Voies actives:

Enregistrement:

Déclenchement (synchro):

Temps

t

EAx:

Variable:

Signe:

Cal:

Unité:

Nombre points:

Durée:

manuelle:

* Frappe Clavier

ou
* Clic sur bouton Acquisition

EA0

i

±(*)

1.5

A

100

30 ms

EA2

DP

±(*)

0.25

bar

(*) avec zéro à mi-hauteur de l'écran

Tension sortie ampli physique

(Sortie capteur de pression)

Pression mesurée DP

5 V sur EA2

0.5 V

0.25 bars ou hPa

Après avoir choisi le capteur de pression absolue pour la 2è voie d'acquisition, il faut modifier manuellement l'étalonnage de la voie correspondante (DP sur EA2) pour tenir compte du gain *10 apporté par l'ampli physique. Saisir pour cela, en bas de la boite de dialogue de paramétrage de la voie, les valeurs comme indiquées ci-contre.

Charger l'acquisition pré réglée:

* avec ORPHY-GTS2 * avec ORPHY-GTI2

* avec Orphy USB ou PORTABLE 2

B. Protocole d'acquisition

1. Alimentation hors tension: réglage du décalage de l'ampli physique

Tourner le bouton multi-tours de l'ampli physique jusqu'à ce que ses DEUX D.E.L. soient éteintes: chercher alors dans ces conditions (réglage délicat, mais tout à fait réalisable...) la position du bouton qui permet d'amener le curseur d'écran (celui qui correspond à DP) exactement à mi-hauteur (référence zéro, mais en réalité valeur de la pression atmosphérique).

2. Alimentation sous tension

Choisir une valeur de fréquence entre 50 et 100 Hz

Clic-G sur bouton 'Acquisition", ou frappe barre d'espace, pour lancer l'acquisition

Au voisinage de 50 Hz, le signal analogique de mesure de pression devient plus faible, et on peut chercher à passer sur le calibre 50 mV de l'ampli physique, mais le réglage du décalage expliqué plus haut devient alors très délicat! Il faudrait de plus corriger l'étalonnage du capteur de pression d'un facteur 1/10 (menu contextuel de la voie d'acquisition correspondante) pour que les mesures affichées en millibars restent exactes...
En fin d'acquisition, cliquer sur le bouton pour transférer vers Regressi.

C. Variables transférées

Ä t,i, et DP

Dans la fenêtre 'Graphiques' (menu Fenêtre/graphe Variables), clic-D pour choisir 'Coordonnées' dans le menu contextuel, ou clic-G sur l'icône correspondante ; vérifier (ou modifier pour) qu'on ait bien:

t en abscisses

i en ordonnées (par exemple à gauche)

P en ordonnées (par exemple à droite)

On a ainsi la représentation graphique de i et P en concordance des temps.

IV Exploitation des courbes obtenues

A. Étude de P et i en concordance des temps

Les variations de i(t) représentent en fait celles de la force de Laplace (résultante) appliquée à la membrane du haut-parleur, donc aussi les forces pressantes exercées sur la couche d'air adjacente.

Charger le fichier Regressi

f=80 Hz

Les variations de DP sont synchrones de celles de i, ce qui montre bien leur corrélation: le son émis par la membrane consiste en ondes de pression qui se transmettent dans l'air (ces ondes sont d'ailleurs associées à une onde de vitesse de déplacement des molécules de gaz, en quadrature par rapport aux précédentes: pression et vitesse sont ici des grandeurs conjuguées).

B. Problème du déphasage

Le déphasage entre les 2 courbes varie beaucoup avec la fréquence utilisée: en phase vers 100 Hz, en opposition à 50 Hz, et en quadrature vers 80 Hz. Le phénomène est a priori complexe à expliquer: l'enceinte de Transductor, agissant comme caisse de résonance, y est certainement pour quelque chose, mais la supprimer empêcherait la mesure de la variation de pression.

Charger le fichier Regressi

Cliquer ici pour ouvrir la documentation complète de Regressi

retour sommaire chapitre en cours

(1) Mode "+": amplifie et décale en mode suiveur le potentiel appliqué entre E+ et 0V.