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CASQUE AUDIO À RÉDUCTION DE BRUIT
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 s’isolent de l’environnement 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 aujourd’hui des casques audio qui présentent, en plus de la réduction passive, un dispositif dit « actif » qui tend à supprimer les bruits résiduels à l’intérieur des oreillettes. L’exercice traite de ces dispositifs.
Extrait de la notice d’un 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 l’oreillette gauche permet d’allumer ou d’éteindre le dispositif actif.
Caractéristiques du casque et oreille humaine
La « réponse en fréquence » du casque est-elle adaptée à l’audition humaine ?
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 d’intensité I toutes deux réglables.
Le capteur d’un premier sonomètre est placé entre les deux oreillettes du casque. Les oreillettes sont en outre maintenues plaquées l’une contre l’autre de manière à enfermer le mieux possible le capteur. Ce sonomètre mesure ainsi le niveau d’intensité sonore L entre les oreillettes. Casque et sonomètre sont placés face à l’enceinte.
Un deuxième sonomètre mesure le niveau d’intensité sonore à proximité immédiate du casque.
Les niveaux d’intensité sonore mesurés en fonction de la fréquence sont représentés ci-dessous :
- niveau d’intensité sonore ambiant à proximité immédiate du casque (cas n°1) ;
- niveau d’intensité sonore entre les oreillettes lorsque le dispositif actif est éteint et que les oreillettes interviennent seules (cas n°2) ;
- niveau d’intensité sonore entre les oreillettes lorsque le dispositif actif fonctionne (cas n°3).
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. Concernant la réduction de bruit, les mesures ayant permis la construction graphique ci-dessus sont-
elles conformes à la performance annoncée dans l’extrait 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 l’intérieur d’un 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 n’étant pas périodiques mais particulièrement complexes, leurs spectres ne sont pas des spectres de raies comme celui d’une note jouée par un instrument de musique mais des spectres continus. L’amplitude relative en ordonnée montre la contribution de chaque fréquence émise au niveau d’intensité sonore global.
Spectre de l’environnement sonore créé par une discussion dans une pièce
Exploiter l’ensemble des trois graphes afin de prévoir dans lequel des deux environnements sonores le dispositif actif est susceptible d’intervenir le plus efficacement. Justifier.
Simulation du dispositif actif
D’après 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 l’enceinte 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 l’intensité de chaque signal ainsi que le déphasage entre les signaux. À une distance de deux mètres face aux enceintes, le niveau d’intensité sonore du son émis par chaque enceinte, seule, est systématiquement ajusté à LA = LB = 50 dB.
Ce dispositif permet ainsi de mesurer l’influence de la fréquence de chaque signal et du déphasage entre les signaux sur le niveau d’intensité 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.
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