Bac S 2014 Métropole Session de remplacement Septembre 2014 ...
Les intervalles de confiance associés aux mesures des niveaux d'intensité
sonores lors des expériences 1,2 et 3 permettent-ils de conclure que les valeurs
...
part of the document
Bac S 2014 Métropole Session de remplacement Septembre 2014 HYPERLINK "http://labolycee.org" http://labolycee.org EXERCICE II CASQUE AUDIO À RÉDUCTION DE BRUIT (10 points)
Une enquête réalisée en 2010 a révélé que les jeunes de 12 à 25 ans passent en moyenne 1h38 par jour à écouter leur baladeur numérique. Dans les transports en commun notamment, nombreux sont ceux qui sisolent de lenvironnement sonore extérieur en écoutant de la musique. Les casques audio offrent tous une réduction dite « passive » des bruits ambiants en isolant le système auditif par la seule application des oreillettes. Mais il existe aujourdhui des casques audio qui présentent, en plus de la réduction passive, un dispositif dit « actif » qui tend à supprimer les bruits résiduels à lintérieur des oreillettes. Lexercice traite de ces dispositifs.
Document 1. Extrait de la notice dun casque audio à réduction de bruit
La technologie consiste à placer un micro miniature, dans chaque oreillette, destiné à capter le bruit ambiant (trafic, installations de ventilation, climatiseur, etc.) et à le supprimer par un signal anti-bruit adapté.
Caractéristiques techniques*
Un interrupteur disposé sur loreillette gauche permet dallumer ou déteindre le dispositif actif.
1. Caractéristiques du casque et oreille humaine
La « réponse en fréquence » du casque est-elle adaptée à laudition humaine ?
2. Efficacité du dispositif de réduction de bruit
Le dispositif expérimental représenté ci-contre est mis en place.
Une enceinte acoustique émet un signal sonore de fréquence f et dintensité I toutes deux réglables.
Le capteur dun premier sonomètre est placé entre les deux oreillettes du casque. Les oreillettes sont en outre maintenues plaquées lune contre lautre de manière à enfermer le mieux possible le capteur. Ce sonomètre mesure ainsi le niveau dintensité sonore L entre les oreillettes. Casque et sonomètre sont placés face à lenceinte.
Un deuxième sonomètre mesure le niveau dintensité sonore à proximité immédiate du casque.
Les niveaux dintensité sonore mesurés en fonction de la fréquence sont représentés ci-dessous :
niveau dintensité sonore ambiant à proximité immédiate du casque (cas n°1) ;
niveau dintensité sonore entre les oreillettes lorsque le dispositif actif est éteint et que les oreillettes interviennent seules (cas n°2) ;
niveau dintensité sonore entre les oreillettes lorsque le dispositif actif fonctionne (cas n°3).
2.1. Identifier approximativement les domaines de fréquence pour lesquels :
- seules les oreillettes sont efficaces pour la réduction de bruit ambiant ;
- seul le dispositif actif est efficace pour la réduction du bruit ambiant ;
- les deux dispositifs participent à la réduction du bruit ambiant.
2.2. Concernant la réduction de bruit, les mesures ayant permis la construction graphique ci-dessus sont-elles conformes à la performance annoncée dans lextrait de la notice présente dans le document n°1 ? Justifier.
Le casque à réduction de bruit est ensuite testé dans deux environnements sonores différents ; à lintérieur dun train Corail et dans une pièce où deux personnes discutent. Les deux environnements sonores ont par ailleurs été enregistrés et les documents 2 et 3 présentent les spectres associés. Ces sons nétant pas périodiques mais particulièrement complexes, leurs spectres ne sont pas des spectres de raies comme celui dune note jouée par un instrument de musique mais des spectres continus. Lamplitude relative en ordonnée montre la contribution de chaque fréquence émise au niveau dintensité sonore global.
Document 2. Spectre de lenvironnement sonore dans un train Corail
Document 3. Spectre de lenvironnement sonore créé par une discussion dans une pièce
2.3. Exploiter lensemble des trois graphes afin de prévoir dans lequel des deux environnements sonores le dispositif actif est susceptible dintervenir le plus efficacement. Justifier.
3. Simulation du dispositif actif
Daprès la notice, la réduction active du bruit consiste à émettre un signal dit « anti-bruit ».
Le dispositif expérimental représenté ci-contre est mis en place.
Le bruit est modélisé par une onde sonore sinusoïdale de fréquence fB = 132 Hz émise par lenceinte acoustique B.
Le signal anti-bruit est modélisé par une onde sonore sinusoïdales de fréquence fA émise par une deuxième enceinte acoustique A accolée à la première.
Un logiciel contrôle la fréquence et lintensité de chaque signal ainsi que le déphasage entre les signaux.
À une distance de deux mètres face aux enceintes, le niveau dintensité sonore du son émis par chaque enceinte, seule, est systématiquement ajusté à LA = LB = 50 dB.
Ce dispositif permet ainsi de mesurer linfluence de la fréquence de chaque signal et du déphasage entre les signaux sur le niveau dintensité sonore L face aux deux enceintes à une distance de deux mètres.
Les résultats de trois expériences sont regroupés dans le document 4 ci-après.
Document 4. Résultats des expériences
Expérience123Fréquence fB (Hz)132132132Fréquence fA (Hz)198132132Déphasage à lémission des signaux produits par les enceintes A et Ben phaseen opposition de phaseL (dB)53±156±144±1
Remarque : Les incertitudes affichées dans ce document sont associées à des niveaux de confiance de 95%.
3.1. Les intervalles de confiance associés aux mesures des niveaux dintensité sonores lors des expériences 1,2 et 3 permettent-ils de conclure que les valeurs mesurées sont significativement différentes ? Justifier.
3.2. On note I lintensité sonore associée au niveau dintensité sonore L. Pour quelle expérience lintensité I du son est-elle la somme des intensités des sons issus de chaque enceinte prise séparément ? On justifiera la réponse par un calcul.
3.3. Comme les ondes électromagnétiques, les ondes sonores peuvent donner lieu aux phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction, interférences, etc.
3.3.1. Par comparaison avec les propriétés des ondes électromagnétiques monochromatiques, indiquer quel phénomène physique est responsable de la variation du niveau dintensité sonore observée dune expérience à lautre dans le document 4. On apportera les précisions nécessaires permettant de justifier lévolution du niveau dintensité sonore.
3.3.2. Quelle expérience modélise le dispositif actif de réduction de bruit ? Justifier votre réponse.
4. Traitement numérique du bruit
Données :
le pas de quantification p dun convertisseur sur n bits sexprime par : p = EMBED Equation.DSMT4 où U est la plage de conversion exprimée en volt ;
la condition de Shannon indique que, pour numériser convenablement un signal, il faut que la fréquence d échantillonnage soit au moins deux fois supérieure à la fréquence maximale du signal à numériser.
Le signal anti-bruit émis résulte dun traitement numérique du bruit selon les étapes suivantes :
(a) le bruit est capté par le microphone ;
(b) le signal électrique correspondant est numérisé ;
(c) le signal numérique est traité pour produire le signal numérique anti-bruit ;
(d) le signal numérique anti-bruit est converti en signal analogique.
Les graphiques du document 5 ci-contre illustrent, pour une fréquence déchantillonnage fe et un pas de quantification p donnés, le début du processus de traitement.
4.1 À l aide des graphiques ci-contre, calculer la fréquence fe d échantillonnage et estimer la valeur du pas p de la quantification.
4.2. La plage de conversion a pour valeur U = 2 V.
S agit-il d un codage sur 8 ou sur 16 bits ?
4.3. Dans le cas duh_h_CJ^JaJ$jh#JhÜ>UmHnHtHuhîDù5CJ^JaJh_5CJH*^JaJh_5CJ^JaJhs~CJ^JaJhîDùhîDù5CJ^JaJh¿[CJ^JaJhîDùCJ^JaJhîDùhîDùCJ^JaJhîDùhË©CJ^JaJhîDùhq¢CJ^JaJhq¢hq¢0J5^JaJ jhq¢hq¢5U^JaJhq¢hq¢5^JaJ³´HIJnoòó$
&
t
v
ÍŽ½½$a$gd)w)$$d%d&d'dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿa$gd_$a$gdË©$a$gdq¢2$$d%d&d'd(dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿRÆÿa$gdq¢òó#
$
t
u
w
©
ì
'(89PQÃÑUVûüý]^¤¥ã8:öìáÖöÈöáö¾³¾³¾ö©©©}sis_sUKhbëCJ^JaJh´wÄCJ^JaJh
RCJ^JaJhí1ÿCJ^JaJhýjZCJ^JaJhX[CJ^JaJhª"hª"CJ^JaJhª"6CJ^JaJh`RCJ^JaJhª"CJ^JaJha`à6CJ^JaJha`àCJ^JaJjhX[UmHnHuh)w5CJ^JaJh_BW5CJ^JaJh_CJ^JaJh_BWCJ^JaJv
w
©
ª
ì
Q¡ü^¬; ¡¢£¤¥¦§¨©ª«÷÷÷ëëëë÷àààØ÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷$a$gdbë$
&Fa$gdýjZ$¾]¾a$gda`à$a$gd)w:;«¬®ß庻¼%&'(jklröìÞìÔÉÔ¿µ«µ¡¡¡ugR@#hð5NhD=CJaJmHnHtHu(jhð5Nhð5NCJUaJmHnHuhð5Nhí1ÿ5CJ^JaJhð5Nhð5N5CJ^JaJhD=CJ^JaJhÌ9§CJ^JaJhãtxCJ^JaJh"#CJ^JaJhýwCJ^JaJhþ¾CJ^JaJh8®CJ^JaJhí1ÿmHnHtHuhí1ÿCJ^JaJjh8®UmHnHuhbëCJ^JaJhýjZCJ^JaJ«¬®¯°±²³´µNß໼½&'÷òêêêêêêêêâÖÖÖÑâââââgd8®$Ä`Äa$gdãtx$a$gdãtx$a$gd)wgdí1ÿ$a$gdí1ÿ'kmnopqrstuvwxyz{|}~Ø®®®®®®®®®®®®®®®®®®)$$d%d&d'dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿa$gd¾T¨&$d%d&d'dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿgd¾T¨~ÔÖ×ØÙÚÛÜÝÞßàáâãäåæç裤÷ÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ÷÷÷)$$d%d&d'dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿa$gd¾T¨$a$gd)wrÓÔÕÖ×æçè颣¤¥ÇÈíÜȳ¡kaWJW?5h×|éCJ^JaJhgJc5CJ^JaJhð5NhgJcCJ^JaJh]N CJ^JaJhgJcCJ^JaJ(jhð5NhëCJUaJmHnHuh¾T¨CJ^JaJhìbCJ^JaJhð5NhD=CJ^JaJ#hð5NhD=CJaJmHnHtHu(jhð5Nhð5NCJUaJmHnHu&hj~hD=5CJaJmHnHtHu hj~5CJaJmHnHtHu#hð5Nhð5NCJaJmHnHtHu¤¥ÇÈ)kÝtàU¤ËÌ×ÙÛÝ÷÷÷ëëëëëëëë÷÷ßßßß$$Ifa$gd«Jú$P]Pa$gdð)b$a$gd)wÈ()k®¯°±ºÜ-./025:Ostuvwz{|ûöìâØÍÀضض««¶Øâ}re}re}[Q[h,4ÒCJ^JaJh%CJ^JaJh{!6CJH*^JaJh{!6CJ^JaJh{!CJ^JaJh_nàCJ^JaJhð)bhð)bCJ^JaJhð)b6CJH*^JaJhð)b6CJ^JaJhð)bCJ^JaJhur6CJH*^JaJhur6CJ^JaJhurCJ^JaJhOCJ^JaJh×|éCJ^JaJhÍZCJ^JaJTU£¤¥ÊËÌÝÞèéêïý `ôêàÖɼ±§ugWuugWuJh«Júh6jCJ^JaJh«Júh+XQ6CJH*^JaJh«Júh+XQ6CJ^JaJh«Júh+XQCJ^JaJh«Júh@ dCJ^JaJh«Júh@ d5CJ^JaJhígCJ^JaJh]N CJ^JaJhíg5CJ^JaJhð5NhYCJ^JaJh%h,4ÒCJ^JaJh,4ÒCJ^JaJh{!CJ^JaJh%CJ^JaJh%6CJ^JaJÝÞðôøüD8888$$Ifa$gd«JúºkdY@$$IfTFÖÖ\ÿ)7n(×7
7
t Ö0ÿÿÿÿÿÿö6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ4Ö4Ö
laöpÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿyt«JúTüýD8888$$Ifa$gd«JúºkdA$$IfTFÖÖ\ÿ)7n(×7
7
t Ö0ÿÿÿÿÿÿö6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ4Ö4Ö
laöpÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿyt«JúTabkD8888$$Ifa$gd«JúºkdåA$$IfTFÖÖ\ÿ)7n(×7
7
t Ö0ÿÿÿÿÿÿö6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ4Ö4Ö
laöpÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿyt«JúT5)))$$Ifa$gd«JúÉkd«B$$IfTFÖÖ\ÿ)7n(×7
7
Ö
t Öÿÿÿ¿¿¿Ö0ÿÿÿÿÿÿö6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ4Ö4Ö
laöpÖ(ÿÿÿ¿¿¿ÿÿÿÿyt«JúTÞßíî()NOPQ×opqÌ !3!4!6!W!X!a!c!ñä×Íù¯¹¥¥¥¥¥¥|r|h]P]hhxrhxrCJ^JaJhxr5CJ^JaJhxrCJ^JaJhK:CJ^JaJh|KãCJ^JaJhê xCJ^JaJhc@^CJ^JaJhe16CJ^JaJhe1CJ^JaJhG-CJ^JaJh¦CJ^JaJhdVCJ^JaJh@ dCJ^JaJh«Júh@ dCJ^JaJh«Júh6jCJ^JaJh«Júh6j6CJ^JaJó8000$a$gd)wºkdC$$IfTFÖÖ\ÿ)7n(×7
7
t Ö0ÿÿÿÿÿÿö6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ4Ö4Ö
laöpÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿyt«JúT$$Ifa$gd«JúßàÖ×pqÌ Í 4!5!6!W!X!b!c!b"ø#a$$Â$%Z%[%&&÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷ììàààààààà$_]_a$gdôw|$
&Fa$gdqÔ$a$gd)wc!|!}!¬!!°!±!È!É!Ê!Ë!"""ú"ö#ø#ú#ü#þ#`$a$$$Ì$öèöÝöÏö¾«ÏöÝö}o_UKAKAhôw|CJ^JaJhYCJ^JaJhûbCJ^JaJjh9[@UmHnHtHujhM7UmHnHuhígCJ^JaJhxrhqÔCJ^JaJhâB¤CJ^JaJhqÔ6CJOJQJaJ%jUDhqÔhqÔCJEHèÿU^JaJ!j-Õ X
hqÔCJUV^JaJjhqÔCJU^JaJhqÔ6CJ^JaJhqÔhqÔ6CJ^JaJhqÔCJ^JaJÌ$ê$ò$%%[%³%´%µ%Ò%Ó%&~&&&à&â&'f'h'j'Ô'(TPTQTRTTÈUÉUöìöìöâ×Ìâ×ⷪ· xvxlbxXKhÇ=h9ØCJ^JaJh9ØCJ^JaJh®