Groupe de Travail Numérique Physique- Chimie Académie de Nancy-Metz

2019 Romuald Jacquesson-Gaudin, Lycée Kastler, Stenay

La harpe laserI. Contexte du sujet

Depuis les années 1980, la harpe laser est un instrument qui a été très souvent utilisé. Jean-Michel Jarre est un français connu, entre autres, pour l’utilisation de celle-ci en concert.

Le but est de déterminer les notes que l’instrument doit jouer, et sous quelle condition.

II. Corpus

Doc 1. La harpe laserLa harpe laser est un instrument de musique électronique où l'émission du son est contrôlée par les mains de l'instrumentiste interrompant le passage de faisceaux laser. L'interruption du faisceau laser déclenche un évènement sonore.

Doc 2. Principe de fonctionnement et montageLe montage peut être séparé en 2 parties distinctes : à gauche la réception et l’émission sonore ; à droite l’émission lumineuse.

Lorsque les photorésistances sont éclairées par la source laser, le dispositif n’émet aucun son.

Si on interpose un objet opaque entre une photorésistance et une source laser, le dispositif émet un son de fréquence précise.

Figure 1 - Prototypage d'une harpe laser

Doc 3. Photorésistance dans le montage et interprétation Arduino.Lorsque la photorésistance est éclairée, la valeur de la tension VR aux bornes de la résistance obtient sa valeur maximale VR max.

Lorsque le passage de la lumière entre la photorésistance et la diode laser est rompu, la valeur de la tension VR obtient sa valeur minimale VR min.

Pour déclencher l’évènement sonore, on considèrera qu’il faut que la tension seuil VR soit égale à la moitié de VR max + VR min.

Figure 2 - Schéma du pont diviseur de tension Figure 3 - Partie du prototypage pont diviseur de tension

La carte Arduino ne comprend pas la valeur en tension (comprise entre 0 et 5V) par une entrée Analogiq In mais une valeur variant de 0 à 1023 proportionnelle à la tension. Il faudra donc convertir la tension seuil en une valeur comprise entre 0 et 1023.

Doc 4. La gamme tempéréeDans la gamme tempérée, l’octave est séparée en douze intervalles, appelés demi-tons ou degrés chromatiques. Dans chaque octave, la nième note a pour fréquence fn = fo x 2n/12, où fo est la fréquence de la note de départ. La gamme tempérée est celle présente sur le piano, pour lequel deux touches successives (blanche ou noire) sont séparées par un demi-ton.

Figure 4 - Représentation des notes sur un clavier

Ainsi une note d’une octave N a une fréquence double de la même note à l’octave N-1.

Dans la gamme tempéré la note de référence est le La3 = 440,0Hz.

III. Travail à effectuerNous allons dans cette partie réaliser les calculs et les mesures nécessaires pour compléter les déclarations de constantes (NOTE, NOTE1, NOTE2, NOTE3, NOTE4, NOTE5 et SEUIL) dans le fichier HarpeLaser0.ino.

Figure 5 - Extrait du code HarpeLaser0.ino

1. Fréquences de notesCompléter le tableau suivant en explicitant les calculs

Variable Note Fréquence (Hz)

NOTE0 Do 3

NOTE1 Ré 3

NOTE2 Mi 3

NOTE3 Fa 3

NOTE4 Sol 3

NOTE5 La 3

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2. Tension seuil et valeur seuilMesurer les tensions minimale et maximale aux bornes de la résistance.

Pour cela, on placera la photorésistance à une distance de 5cm de la source laser. L’obstruction se fera avec un doigt équidistant de la source laser et de la photorésistance.

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Déterminer la tension seuil

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Convertir la tension seuil en valeur SEUIL

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3. Codage et téléversementModifier les valeurs nécessaires dans le fichier HarpeLaser0.ino et les téléverser dans le microcontrôleur Arduino.

4. Test de la harpe laserTester la harpe laser. L’écart de 5cm est à respecter.

Que pourrait-on faire pour améliorer celle-ci ?

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Photos : remarque : on peut aussi utiliser des Lasers indépendants.