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Son et intensité sonore
Sujet Bac Corrigé - La radio - Bac S Liban 2004 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2004
Bac S (ancien programme)
De l'antenne au haut-parleur : cet exercice de spécialité de 4 points du Bac S Liban 2004 suit le trajet d'un son transmis par radio 📻.
- trois questions à choix sur la modulation d'amplitude, la fréquence de la porteuse et le domaine audible ;
- le circuit LC accordé et l'encadrement de la capacité du condensateur variable ;
- le rôle du détecteur d'enveloppe et du filtre, et l'association de chaque tension à son oscillogramme ;
- la hauteur du son reçu, son spectre et la comparaison des timbres de deux sons.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les lectures d'oscillogrammes expliquées.
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La radio : de la modulation d'amplitude au timbre d'un son
Cet exercice de spécialité du bac S 2004 Liban, noté sur 4 points, remplaçait un exercice obligatoire pour les candidats ayant choisi cet enseignement. Il comporte trois parties indépendantes : l'émission, la réception et l'analyse du son reçu. La modulation, le circuit LC, la hauteur et le timbre d'un son ne figurent plus au programme actuel de spécialité, mais l'exercice reste un très bon entraînement à la lecture de graphes et d'oscillogrammes. Compter environ 52 minutes.
Partie A : trois questions à choix
Une onde modulée en amplitude a une amplitude variable, qui suit les variations du signal à transmettre, et une fréquence constante. La fréquence de la porteuse doit être très supérieure à celle du son : il faut de nombreuses oscillations de la porteuse pendant une période du signal pour que l'enveloppe le reproduise fidèlement. Un son audible a une fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz ; en dessous on parle d'infrasons, au-dessus d'ultrasons.
Partie B, question 1 : le circuit d'accord
L'antenne capte toutes les émissions ; le circuit LC parallèle sélectionne celle dont la fréquence est voisine de sa fréquence propre. De f = 1/(2π√(LC)), on tire C = 1/(4π2Lf2). Avec L = 1,0 mH, on obtient 2,5 × 10-5 F pour 1,0 kHz et 2,5 × 10-7 F pour 10 kHz. Le piège est d'associer la plus grande capacité à la plus grande fréquence : C varie comme 1/f2. Il faut aussi convertir les millihenrys et les kilohertz.
Partie B, question 2 : démodulation et oscillogrammes
La diode et le dipôle R1C1 forment le détecteur d'enveloppe : la diode supprime les alternances négatives et le condensateur élimine la porteuse. Le dipôle C2R2 est un filtre passe-haut qui supprime la composante continue. La tension modulée correspond à l'oscillogramme 2, l'enveloppe décalée vers le haut à l'oscillogramme 3 et le signal centré sur zéro à l'oscillogramme 1. Sur l'oscillogramme 2, quinze périodes de la porteuse occupent 3 ms, d'où f ≈ 5 kHz. Mesurer plusieurs périodes d'un coup rend la lecture plus précise.
Partie C : hauteur, spectre et timbre
Le motif du son reçu se répète trois fois en 0,024 s : la période vaut 8,0 ms et la hauteur 125 Hz. Le piège est de prendre l'écart entre deux bosses voisines, qui ne correspond pas au motif complet. Le spectre présente des pics à 125, 250, 375 et 500 Hz : le fondamental et ses harmoniques, de fréquences multiples de f1. Le second son a le même fondamental, donc la même hauteur, mais ses harmoniques n'ont pas les mêmes amplitudes et d'autres apparaissent au-delà de 700 Hz : les timbres sont différents.
Conseils
Dans un exercice d'oscillogrammes, note toujours la sensibilité et la base de temps avant de lire, compte plusieurs périodes et justifie chaque association par un argument visible sur la courbe.