Comment faire son choix parmi la multitude de modèles proposés en boutiques ?








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date de publication03.04.2018
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Thème : Son et musique

Domaine d’étude : Emetteurs et récepteurs sonores

TS spécialité partie 1: Casque audio 
LISTE DU MATÉRIEL


  • émetteurs : casque audio, baffles, écouteurs intra-auriculaires.

  • Un sonomètre : il faut faire attention à la bande passante de ce sonomètre. En effet si elle est inférieure à [20 Hz, 20 kHz], on risque de ne plus mesurer la réponse en fréquence du casque audio mais celle du sonomètre !

  • Un GBF avec un adaptateur jack femelle – bananes.

  • Un ordinateur muni d’un tableur-grapheur (avec échelle logarithmique).



I. Contexte de la séance

Le casque audio est composé de deux écouteurs, un pour chaque oreille. Chaque écouteur renferme une mini-enceinte constituée d'un petit haut-parleur dont la membrane, très fine, est capable de restituer toutes les fréquences audibles, ou du moins une partie, selon la valeur de la bande passante du casque audio. Cette bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences sur lequel le casque audio peut être considéré comme 'fiable'.

D'après : http://fr.wikipedia.org/
Le simple remplacement des piètres écouteurs livrés avec la plupart des baladeurs suffit à métamorphoser la qualité sonore. La qualité sonore d'un baladeur tient beaucoup plus à son casque audio qu'à son électronique. En effet, à quelques exceptions près, la plupart des lecteurs portables embarquent désormais des composants assez similaires qui tendent à lisser les différences entre les différentes marques. En revanche, la qualité des casques audio varie énormément d'une marque à l'autre.
Comment faire son choix parmi la multitude de modèles proposés en boutiques ?

Peut-on toujours se fier aux étiquettes ?
II. Documents mis à disposition


Document 1 : Labo son : un test audio, ça se passe comment ?

Pour tester l'audio d'un appareil, il faut des oreilles. Habituées à entendre des sons à longueur de journée qui sont traités et analysés par notre cerveau, il s'agit d'un outil indispensable à une évaluation qualitative. Mais il existe des appareils dont les capacités de mesures permettent de gagner du temps et de la précision ou de découvrir des caractéristiques plus ou moins cachées et parfois incongrues.

Le cerveau humain a pour objectif premier notre survie et le maintien permanent d'une bonne intelligibilité des sons environnants, de quelque type qu'il soit. De fait, la fidélité n'est pas franchement la première de ses préoccupations. Il applique tout un tas de traitements au signal perçu par nos oreilles qui nous facilitent la vie et l'usage de l'ouïe. Le cerveau risque alors de corrompre l'écoute. Or si notre réalité sonore varie, il devient impossible de comparer plusieurs produits entre eux. Il faut alors se doter d'appareils à la neutralité et la fidélité assurées qui nous fourniront un large panel d'informations sur le comportement des produits testés.

Tout comme il serait absurde de tester un appareil photo dans le noir complet, il est nécessaire de remplir certaines conditions pour tester un produit audio correctement. Il ne serait pas très raisonnable d'évaluer le rendu d'une enceinte dans une grotte ou une salle de bain : la pièce détruirait trop d'informations. C'est ce qui nous à poussé à faire construire une salle dédiée dont nous maîtrisons le comportement acoustique, au sein de nos locaux. Avoir une pièce à l'acoustique maîtrisée permet une meilleure évaluation auditive d'un produit.


Document 2 : La réponse en fréquence

Pour bien évaluer les performances d'un produit audio, il faut, entre autres, mesurer la réponse en fréquence ; une source de bien des entourloupes de la part de certaines constructeurs aux services marketing sans-gêne.

Son chaud, basseux, boomy, sibilant, cristallin, brillance, analytique... Si tous ces termes ont des définitions bien spécifiques, ils ont trait le plus souvent à une variation du niveau sonore selon la fréquence reproduite. On considère qu'une oreille humaine jeune et en bonne santé est sensible aux fréquences allant de 20 Hz pour les plus graves à 20 000 Hz (ou 20 kHz) pour les plus aiguës. De fait, pour évaluer un produit audio, on s'intéressera à cette bande de fréquences. Le traitement des fréquences par le cerveau humain est logarithmique. Il ressent le même écart entre un son à 20 Hz et un son à 40 Hz qu'entre un son à 2 000 Hz et un autre à 4 000 Hz. C'est pour cette raison que, sur les graphiques de réponse en fréquence, la distance entre les marques de 20 et 40 Hz sont les mêmes qu'entre les marques de 2 et de 4 kHz.

La réponse en fréquence en pratique : La mesure de réponse en fréquence n'est rien d'autre qu'une mesure du niveau sonore de chaque fréquence. Une fois notre niveau sonore de référence mesuré à 1 kHz pour un son d’intensité sonore I, on mesure le niveau sonore des sons d’intensité sonore constante I et de fréquences variant de 20 Hz à 20 kHz.

Il faut donc que l’intensité sonore I reste constante tout au long des mesures, il faut évidemment veiller à ce que le sonomètre soit positionné systématiquement de la même façon et il faut aussi utiliser une salle où aucun son n'est réfléchi : le sonomètre ne mesure ainsi que les sons provenant directement du produit évalué.
Document 3 : Caractéristiques du constructeur et bande passante

Si la courbe de réponse en fréquence d'un casque audio est rarement indiqué sur son emballage, on trouve fréquemment la bande passante, par exemple : « 35 Hz - 18 kHz ».

Si on note L(1 kHz), le niveau sonore de référence pour un son de fréquence 1 kHz, la bande passante est l’ensemble des fréquences pour lesquelles le niveau sonore L vérifie : L  L(1 kHz) – 3 dB.

D


ocument 4 :
Test de deux casques audio








Caractéristiques du constructeur

Marque / modèle

Urbanears Plattan

Type de casque

supra-aural

Bande passante

20 Hz – 20 kHz

Haut parleur

Transducteur dynamique de 40mm

Impédance

60 ohms

Longueur cordon

1,2 m

Poids

227 g

Prix

50 €


Courbe de réponse en fréquence



Un casque sans basses, ni aigus, voilà la courbe type du strict minimum (et vraiment pas un Hz de plus...) à la compréhension d'un interlocuteur en kit main-libre. C'est dire à quel niveau se situe ce casque.

Un seul mot s'échappe de notre bouche : catastrophique. Difficile de trouver de quoi « raconter » sur le rendu sonore du casque. C'est tellement déformé que ça en devient inécoutable quelle que soit la musique diffusée.


Caractéristiques du constructeur

Marque / modèle

Philips Fidelio L1

Type de casque

Supra-aural

Bande passante

12 Hz – 25 kHz

Haut parleur

Transducteur dynamique / semi-ouvert

Impédance

26 ohms

Longueur cordon

1,5 m

Poids

270 g

Prix

279 €


Courbe de réponse en fréquence




Sans doute l'une des réponses en fréquences les plus propres rencontrées dans notre labo sur un casque. Pour faire mieux, il va falloir taper dans le matériel de haute volée.

Il coûte cher mais on en a pour son argent ! Le L1 ouvre la gamme Fidelio avec succès. Un casque parfait pour les audiophiles nomades.


III. Travail à effectuer

1. Analyse du problème et formulation d’un protocole expérimental

1.1. Analyse du problème

A l’aide des documents précédents, répondre aux questions suivantes :

a. Pourquoi ne peut-on pas se contenter de nos oreilles pour tester un appareil audio ?

b. Quelles sont les 3 précautions à prendre lorsque l’on souhaite déterminer la courbe de réponse en fréquence d’un appareil audio ? Justifier.

c. Déterminer les bandes passantes des 2 casques audio du document 4 à l’aide des courbes de réponse en fréquence.

d. Sont-elles cohérentes avec les informations des constructeurs ?

e. Quel est le lien entre la bande passante d’un casque audio et sa qualité ?
1.2. Formulation d’un protocole expérimental

Vous êtes ingénieur dans un laboratoire qui réalise des tests audio et vous devez évaluer la qualité de 3 types d’émetteurs audio : casque audio, écouteurs intra-auriculaires ; baffles.

À l’aide du matériel fourni, proposer un protocole expérimental complet et détaillé pour savoir si les émetteurs sont de bonnes qualités.
Remarque : le protocole expérimental doit expliciter précisément la façon dont on va utiliser le matériel et les logiciels, les mesures, ainsi que les éventuels calculs à effectuer pour vérifier la qualité du casque.



2. Réalisation du protocole expérimental proposé

Mettre en œuvre le protocole.
Remarques :

  • Régler l’amplitude délivrée par le GBF de manière à ce que le niveau sonore de référence mesuré à 1 kHz soit de 90,0 dB.

  • Dans Excel, on peut obtenir une échelle logarithmique en double-cliquant sous l’axe des abscisses puis en cochant la case appropriée.



3. Conclusion sur le travail réalisé et les résultats obtenus

1. les émetteurs audio étudiés reproduisent-ils fidèlement les fréquences audibles ?

2. Relevez sur les courbes de réponses les niveaux d’intensités maximales Lmax des 3 émetteurs audio.

3. Déterminer les bandes passantes des 3 émetteurs audio.

4. conclure sur la qualité des émetteurs audio.

5. En justifiant, classer la dangerosité pour l’audition des 3 émetteurs étudiés pour un même niveau d’intensité sonore d’écoute.

6. Que peut-on dire de la fidélité d’un émetteur audio ?


TS spécialité partie 2: Audiogramme.
Partie 1 : étude de documents
Document 1 :

Troubles auditifs Source : http://www.french.youth.hear-it.org/Un-concert-de-trop Interview du Dr. Doria Maria Denk, professeur à la clinique ORL de l'Université de Vienne

«Je vois beaucoup de patients avec des acouphènes, sifflements ou tintements aux oreilles ou une déficience auditive qui survient suite à un concert de musique pop, un volume à fond sur un Mp3, des sorties fréquentes dans les boîtes de nuit.

Les médecins ORL en Allemagne ont enregistré les niveaux de bruit de plusieurs discothèques. Ils y ont trouvé des niveaux de bruit aussi élevé que le décollage d'un avion à réaction.

Si vous ne voulez pas abandonner les sorties en boîte et les concerts, il faut au minimum que vous portiez des bouchons d'oreille.

Les très populaires iPods, lecteurs Mp3 peuvent être la cause de ces problèmes auditifs vu que les jeunes utilisent ces appareils plus longtemps et plus forts que ce qui est conseillé.

Les petits bouchons d’écouteur, en particulier, sont nuisibles pour la capacité auditive vu qu’ils sont moins efficaces à bloquer le bruit extérieur que les écouteurs classiques. Ceci encourage l’auditeur à augmenter le volume sonore.
Document 2 :

La proportion des troubles auditifs chez les jeunes (moins de 20 ans) est en augmentation. De plus, 23% des 15-19 ans et 27% des 20-24 ans ont des difficultés à suivre une conversation à voie basse.

Lors de la conférence du Pr Jean-Luc Puel (membre de l'équipe de l'INSERM dirigée par Rémy Pujol) à Sète le 18 avril 2006 : « Quand il existe un problème au niveau du pavillon, du tympan ou des osselets, on sait comment les traiter. En revanche, quand les sièges des problèmes sont dans l’oreille interne, on n’a pour l’instant aucun moyen de les traiter ».
Animation à consulter :

http://bruit.erasme.org/images/films/oreille-m.swf
Document 3 : Notions d’acoustiques

L’émission d’une onde sonore a pour origine une vibration mécanique.

L’intensité sonore I est l’énergie transportée par une onde sonore par unité de temps. Elle s’exprime en watt par mètre au carré (W.m–2)

Le niveau d’intensité sonore L (Level) d’un son d’intensité I est donné par la relation : L=10 log (I/I0).

I0 = 10–12 W.m–2 l’intensité sonore de référence est celle du seuil minimum d’audibilité moyenne de l’oreille humaine. L s’exprime en dB et se mesure avec un sonomètre.



Document 6 : La sensibilité de l’oreille Source : bac 2010 Antilles

La sensibilité de l’oreille, c’est à dire sa capacité à entendre, ne sera pas la même selon la hauteur du son parvenant à l’oreille de l’auditeur. D’autre part, un son émis par une source avec un certain niveau sonore ne sera pas perçu par l’oreille avec ce même niveau sonore. Ces différentes caractéristiques sont résumées dans le diagramme suivant appelé diagramme de Fletcher et Munson.

Ce diagramme montre des courbes d’isotonie (même niveau sonore perçu par l’oreille) en fonction de la hauteur du son. La courbe de niveau 0, nommée sur ce graphe « MINIMUM AUDIBLE » indique le niveau sonore minimal que doit posséder un son pour que celui-ci puisse être audible.




Document 7 : problème d'audition

Un audiogramme permet d'évaluer la capacité auditive d'une personne. C'est une courbe renseignant sur la sensibilité d'une oreille selon différentes fréquences. Sur l'exemple ci-contre, le patient présente une forte perte auditive pour des sons de 4 kHz.

Questions :
1. Quelles sont les trois parties de l'oreille ?

2. Comment les vibrations du tympan sont-elles amplifiées ?

3. Prouver les relations du document 5.

4. Sur le document 6, placer le point sur la courbe de niveau 0, qui permette de justifier que la sensibilité maximale de l’oreille se situe autour de 4000 Hz.

5. On considère deux sons de même niveau sonore 60 dB. L’un de fréquence 50 Hz et l’autre de fréquence 100 Hz. En utilisant le diagramme de Fletcher et Munson, déterminer avec quel niveau sonore sera perçu chacun de ces sons par l’oreille.
Synthèse de documents : Comment peut on aboutir à une perte auditive ?

Vous décrirez notamment le fonctionnement de l'oreille et sa perception des sons en fonction de la hauteur. Vous indiquerez aussi l'impact du niveau sonore sur l'audition et comment on peut détecter une perte auditive.

Construction d'un audiogramme.
Aller à l'adresse http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/hearing.html.
Le test consiste, pour chaque fréquence, à relever le niveau sonore minimal audible. Relever ces valeurs et tracer sur le document joint la courbe traduisant votre audiogramme. Le premier réglage consiste à se placer à 1kHz et 0 dB et régler le son de façon à ce qu'il soit fort sans être dérangeant. Pour le reste, read the instructions for use. Surligner les valeurs dans les petits rectangles du cadre ci-dessous.



Votre audiogramme correspond-il au diagramme de Fletcher et Munson ? Noter quelques différences.



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