Traquer les fausses notes à l'aide d'un capteur de son : 
le micro

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Prérequis

Qu'est-ce qu'on mesure en physique ? (TP)

Comment transformer son ordinateur en thermomètre ? (TP)

La tension une grandeur de toute première importance !
 

Introduction

Qui chante juste, qui chante faux? Après avoir découvert comment  un microphone électrodynamique (micro pour les intimes) fonctionne, il sera possible de répondre à cette question.

Plan

1 - Comment un micro capte-t-il un son ?
2 - Étudier un son pur provenant d'un diapason .
3 - Reconnaître une fausse note
4 - La reconnaissance vocale
5 - Et si on changeait la fréquence d'échantillonnage ?

Rédacteur : JMR

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1 - Comment un micro capte-t-il un son ?

Entendre la voix d'un ami, cela peut sembler banal. Pourtant, cela ne serait  pas possible sur la Lune. En effet, le son est-une onde, une vibration qui se propage dans un milieu matériel.  Dans l'air, ce sont les molécules de dioxygène et de diazote qui, en se serrant puis en s'espaçant permettent au son de se propager. Sur la Lune, il n'y a pas d'air donc pas de sons.   Le schéma ci-contre montre la propagation d'un son produit par un haut parleur   Un micro est sensible aux mouvements des molécules d'air : C'est un récepteur de son. A l'intérieur du micro, une membrane vibre en suivant les mouvements des molécules d'air, cette membrane entraîne la vibration d'une petite bobine de cuivre dans l'entrefer d'un aimant.

D'après le schéma suivant, à ton avis, en quoi sont convertis ces mouvements ?

Commence un compte rendu pour expliquer ce qu'est un son, comment un micro le capte et en quoi il le transforme.

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2 - Étudier un son pur provenant d'un diapason .

Pour étudier un son , tu vas acquérir le signal délivré par le micro grâce à l'interface Datadirect
Comme la tension délivrée par le micro est faible, on doit placer un amplificateur entre le micro et l'interface.

Réalise le montage photographié mais surtout ajoute bien un fil de masse entre l'interface et la borne noire du générateur  : Fais-le vérifier par le professeur !

Attention, un système d'amplification (ampli pour les intimes) doit toujours être alimenté !
Ici, on utilise une alimentation - 15 V / 0 V / + 15 V.

Le son ne se mesure pas en volt. Il serait intéressant d'étalonner le capteur micro pour trouver la correspondance entre la tension délivrée par le micro et les variations de pression de l'air ou la vitesse des molécules qui vibrent mais cet étalonnage est délicat. Nous nous contenterons d'acquérir la tension en sortie du micro. Cette tension possède les même caractéristiques que les vibrations de l'air.

Dans les paramétrage de l'acquisition choisi donc le capteur de tension et règle les ordonnées minimales et maximales à -5V et +5V

Le diapason donne (d'après le fabricant) la note La  de fréquence f =440 Hz. Cela signifie que le diapason vibre périodiquement 440 fois par seconde. Calcule la durée d'une vibration appelée période T puis paramètre la durée d'acquisition pour enregistrer une dizaine de vibrations. 

Réalise une acquistion.

Fais vérifier la courbe obtenue par le professeur, puis enregistre la dans ton dossier MPI.

  Sur le graphique mesure la période de vibration : le temps minimal au bout duquel la courbe se reproduit.

Poursuis ton compte rendu en insérant le graphique puis vérifie que la période mesurée correspond bien avec la période que l'on peut calculer à partir de la fréquence annoncée par le fabricant du diapason .

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3 - Reconnaître une fausse note

Après avoir bien écouté le diapason, chante un la continu et réalise un enregistrement.

Délimite la période du son enregistré par deux curseurs après avoir bien lu la définition complète de ce qu'est une période.

période T : plus petite durée au bout de laquelle un phénomène se reproduit à l'identique.

Fais vérifier par le professeur.

Compare cette période avec la période du diapason et déduis en si tu chantes juste ou faux.

Pour passer d'une note à la même note plus aiguë, il faut multiplier la fréquence par 2. 
Le La 440 Hz est une note aigu. Si tu as une voix grave il est possible que tu aies chanté un la plus grave que celui du diapason à 220 Hz ou à même à 110 Hz.

Poursuis ton compte rendu concernant cette partie.

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4 - La reconnaissance vocale

Recommence l'enregistrement précédent avec l'autre membre du binôme.

Compare attentivement les deux courbes.

Ces deux courbes représentent le même son émis par deux voix différentes. Notre oreille reconnaît facilement ces deux voix grâce à leurs timbres différents. 

On peut observer en comparant les courbes, que les cordes vocales ne vibrent pas tout à fait de la même manière.

La reconnaissance vocale se développe rapidement dans l'informatique : ci-dessus un exemple de logiciel d'entraînement à la prononciation pour progresser en français.

Pas de compte rendu pour cette partie

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5 - Et si on changeait la fréquence d'échantillonnage ?

"A" comme analogique "D" comme numérique

Pour être gravé sur un CD, un son doit être numérisé, c'est à dire codé par des 0 et des 1. Ces 0 et ces 1 doivent permettre de retrouver la courbe d'origine correspondant au son.  La première étape de la numérisation d'un son est l'échantillonnage, c'est à dire la mesure à intervalle de temps réguliers de la tension (fig1) aux bornes du micro.  Chaque mesure correspond à un des points de la courbe (fig2) . En reliant ces différents points on obtient la courbe représentant le son (fig3).    Chacun de ces points peut ensuite être codé avec des 0 et des 1, puis ces 0 et 1 sont gravés sur le CD sous forme de creux ou de bosses microscopiques.

Un des paramètre important de la numérisation d'un son est la fréquence d'échantillonnage : C'est le nombre de mesures que l'on effectue par seconde.   

La fréquence d'échantillonnage influe sur la qualité de l'enregistrement mais aussi sur "l'espace mémoire" que prendra cet enregistrement sur un CD ou un lecteur MP3

Réalise des acquisitions successives d'un même son en diminuant progressivement la fréquence d'échantillonnage. (Cela revient à conserver une durée d'acquisition de 20 ms et de diminuer peu à peu le nombre de mesures pendant ces 20 ms : 1000, 500, 100, 50, 20)

Quel enregistrement sera le plus fidèle au son d'origine?

Quel enregistrement ne sera pas du tout fidèle?

Quel enregistrement représentera le meilleur compromis entre fidélité et espace mémoire réduit?

Rédige un compte rendu pour cette partie. Pour gagner du temps tu pourras utiliser les images suivantes.