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Spécialité SI LE MICROPHONE EST CASSÉ… Session 2019

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BACCALAURÉAT SÉRIE S

Épreuve de PHYSIQUE CHIMIE Évaluation des Compétences Expérimentales

Sommaire I. DESCRIPTIF DU SUJET DESTINÉ AUX ÉVALUATEURS ........................................................................... 2 II. LISTE DE MATÉRIEL DESTINÉE AUX ÉVALUATEURS ET AUX PERSONNELS DE LABORATOIRE .... 4 III. ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT ............................................................................................................ 5

1. Enregistrement d’une voix captée par deux types d’écouteurs (20 minutes conseillées) .................. 8

2. Étude et amélioration des enregistrements obtenus (10 minutes conseillées)................................... 9

3. Comparaison de deux enregistrements d’un même son musical (20 minutes conseillées) ............... 9

4. Conclusion (10 minutes conseillées) ................................................................................................. 11


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I. DESCRIPTIF DU SUJET DESTINÉ AUX ÉVALUATEURS

Tâches à réaliser par le candidat

Dans ce sujet, le candidat doit : • enregistrer le signal capté par deux haut-parleurs, utilisés chacun comme

des microphones, pour valider l’inversion du fonctionnement d’un haut-parleur ;

• à l’aide d’une analyse spectrale, comparer le signal capté par un haut-parleur utilisé comme un microphone à celui capté par un microphone du commerce.

Compétences évaluées Coefficients respectifs

• Analyser (ANA) : coefficient 3 • Réaliser (REA): coefficient 2 • Valider (VAL) : coefficient 1

Préparation du poste de travail

Avant le début des épreuves • Dans la partie 3 de l’énoncé destiné au candidat, indiquer dans les deux

cases le numéro de la corde de la guitare que le candidat doit utiliser pour effectuer les enregistrements.

• Ne rien brancher aux prises jack de l’ordinateur. • Lancer le logiciel Audacity et le paramétrer en mode « mono » avec un

échantillonnage de 44,1 kHz.

Entre les prestations de deux candidats • Débrancher les prises jack de l’ordinateur. • Couper-coller les fichiers enregistrés par le candidat précédent sur la clé

USB pour une vérification ultérieure. • Relancer le logiciel Audacity.

Prévoir aussi : • une clé USB contenant les enregistrements sonores de secours à fournir

aux candidats en difficulté ; • une clé USB permettant de récupérer les fichiers « 12345 » des candidats

(la clé peut être la même que la première).

Déroulement de l’épreuve.

Gestion des différents appels.

Minutage conseillé • Enregistrement de sons captés par deux types d’écouteur (20 minutes

conseillées. • Étude et amélioration des enregistrements obtenus avec chaque type

d’écouteur (10 minutes conseillées). • Comparaison de deux signaux (20 minutes conseillées). • Conclusion (10 minutes conseillées).

Il est prévu trois appels obligatoires et un appel facultatif de la part du candidat. • Lors de l’appel 1, l’évaluateur vérifie le protocole proposé par le candidat. • Lors de l’appel facultatif, l’évaluateur vérifie que les enregistrements

effectués par le candidat sont exploitables. • Lors de l’appel 2, l’évaluateur vérifie le protocole proposé par le candidat. • Lors de l’appel 3, l’évaluateur vérifie que le candidat exploite

convenablement des spectres en fréquences. Le reste du temps, l’évaluateur observe le candidat en continu.

Remarques

Les fiches II et III sont à adapter en fonction du matériel utilisé par les candidats au cours de l’année. Autres remarques

• Ce sujet a été conçu pour être proposé avec une guitare. Un instrument de musique différent peut toutefois être utilisé. La partie 3 est alors à modifier en conséquence. Il faut cependant veiller à ce que le niveau sonore du son


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produit ne soit pas trop élevé (par exemple, une flûte à bec ne convient pas) afin de ne pas trop gêner les autres candidats, et que le son produit ne soit pas pur (un diapason ne conviendra pas car l’analyse du spectre perdrait alors tout son sens).

• Les cordes d'une guitare sont numérotées de 1 (pour la plus épaisse) à 6 pour la plus fine).

• Les tests ont montré que les enregistrements qui permettent la meilleure exploitation ont été réalisés avec les trois cordes les plus épaisses de la guitare.

• On privilégiera un poste informatique dont les branchements microphone et casque sont facilement accessibles, par exemple en façade. Les symboles utilisés dans les documents 1 et 2 peuvent être adaptés en fonction de ceux apparaissant sur l’ordinateur utilisé par le candidat.

• En mode « mono », seul l’un des écouteurs du micro-casque ou des oreillettes intra-auriculaire sera capté via la prise jack de l’ordinateur. Il convient d’indiquer, sur le micro-casque et les oreillettes, l’écouteur à utiliser.

• Il est possible de faire l'étude de la partie 3 du sujet avec des cordes différentes selon les candidats, ce qui modifiera les valeurs numériques pour chacun d’entre eux. Les énoncés sont alors à modifier en conséquence.

• Pour information, le micro-casque et les oreillettes intra-auriculaires suivants ont été utilisés avec succès lors des tests de ce sujet :

• Si les oreillettes intra-auriculaires ont un embout en silicone, il est préférable

de ne pas le retirer et de bien faire attention à les orienter convenablement vers la source sonore pour que le son capté soit exploitable avec le logiciel Audacity.


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II. LISTE DE MATÉRIEL DESTINÉE AUX ÉVALUATEURS ET AUX PERSONNELS DE LABORATOIRE

La version modifiable de l’ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT jointe à la version .pdf vous permettra d’adapter le sujet à votre matériel. Cette adaptation ne devra entraîner EN AUCUN CAS de modifications dans le déroulement de l’évaluation.

Paillasse candidats

• une calculette type « collège » ou un ordinateur avec fonction « calculatrice » • un micro-casque • une paire d’oreillettes intra-auriculaires • une guitare dont l’une des cordes a été identifiée pour l’étude de la partie 3 • une potence avec une pince permettant de maintenir le micro-casque au-dessus de l’ouverture de la

guitare • un ordinateur avec le logiciel Audacity et des prises jack (« entrée son » et « sortie son ») facilement

accessibles et identifiables par le candidat Paillasse professeur

• les fichiers des enregistrements « ecouteurcasque.wav » et « ecouteuroreillette.wav » à fournir au cas où le candidat ne parvient pas à les effectuer correctement

• les deux enregistrements du son émis par la corde de la guitare obtenus d’une part par l’écouteur du micro-casque et d’autre part par le microphone du micro-casque

Document mis à disposition des candidats

• une notice simplifiée du logiciel Audacity (voir annexe)

Le logiciel d’enregistrement et de montage Audacity, libre et gratuit, est téléchargeable sur le site https://sourceforge.net/projects/audacity ou sur le site http://www.audacityteam.org/download/

Remarques

• Audacity peut avoir des problèmes de prise en charge des microphones. Il faut souvent brancher une prise jack sur l’« entrée son » de l’ordinateur avant de lancer le logiciel.

• Si le signal capté par les deux types écouteurs n’est pas visualisable, ou s’il est inaudible avant amplification par le logiciel Audacity, il faut activer ou modifier l’amplification permise par le système d’exploitation Windows® de la façon suivante :

Une faible amplification (10 dB) semble convenir lorsqu’elle est nécessaire.


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III. ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT

NOM :

Prénom :

Centre d’examen :

n° d’inscription :

Ce sujet comporte sept pages sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses. Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen. Dans ce sujet, le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d’initiative tout au long de l’épreuve. En cas de difficulté, le candidat peut solliciter l’examinateur afin de lui permettre de continuer la tâche. L’examinateur peut intervenir à tout moment, s’il le juge utile. L'utilisation d'une calculatrice ou d'un ordinateur autres que ceux fournis n'est pas autorisée.

CONTEXTE DU SUJET

Les casques et les microphones électrodynamiques sont composés d’éléments similaires (membrane, aimant et bobine).

Schéma constitutif d'un microphone

Schéma constitutif du haut-parleur d'un écouteur

Source : https://www.edumedia-sciences.com/fr

Ils ont cependant des fonctionnements inverses : l’onde sonore provoque le mouvement de l’ensemble « membrane-bobine », ce qui engendre un courant électrique dans le microphone. À l’inverse, dans l'écouteur d'un casque, c’est le courant électrique dans la bobine qui provoque le mouvement de l’ensemble « membrane-bobine », ce qui engendre une onde sonore.

Le but de cette épreuve est d’étudier la possibilité qu’un écouteur puisse remplacer un microphone pour enregistrer un son de manière satisfaisante.


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DOCUMENTS MIS À DISPOSITION DU CANDIDAT Document 1 : Les connexions jack d’un ordinateur

Il existe plusieurs types de prises sur l’unité centrale d’un ordinateur. Certaines d’entre elles, les prises jack, permettent d’écouter ou d’enregistrer du son. Pour pouvoir utiliser ces prises, il faut brancher des dispositifs audio disposant d’un connecteur jack.

Pour écouter du son, il est possible soit de brancher un casque ou des oreillettes intra-auriculaires, soit des enceintes haut-parleur. Le branchement de ce type de périphérique audio s’effectue sur la prise jack verte constituant la « sortie audio » de l’ordinateur. Lorsque les prises jack n’ont pas de code couleur, il suffit d’identifier

la prise sur laquelle est représenté le symbole avec une flèche orientée vers l’extérieur, ou encore l’un des

symboles suivants : , .

Les prises jack de couleurs rose ou bleue sont des « entrées audio » et permettent l’enregistrement du son. La prise rose permet de brancher un micro seul ou intégré à un micro-casque. Si une telle prise n’a pas la couleur

rose, elle est généralement repérée par le symbole d’un microphone : , .

Sans empêcher le branchement d’un microphone, la prise de couleur bleue est plutôt destinée au branchement d’un autre type de périphérique audio comme par exemple un enregistreur de son (dictaphone) ou un instrument de musique. Si une telle prise n’a pas la couleur bleue, elle est généralement repérée le même genre de symbole

que la prise « sortie audio » sauf que la flèche est orientée vers l’intérieur : .

D’après http://savoir-utiliser-un-ordinateur.fr/generalites/les-connecteurs-deuxieme-partie/ Document 2 : Branchements d’un micro-casque ou d’oreillettes intra-auriculaire

« Micro-casque » « Oreillettes intra-auriculaire »

Un micro-casque est souvent muni de deux prises jack, celle du microphone repérée par le symbole et celle

des écouteurs repérée par le symbole , alors que la paire d’oreillettes intra-auriculaires n’en comporte qu’une seule. Document 3 : Le logiciel Audacity

Le logiciel Audacity est un logiciel libre d’enregistrement de sons numériques qui permet d’enregistrer, de jouer, d’importer et d’exporter des données en plusieurs formats dont les formats « .wav » et « .mp3 ». Il intègre aussi des fonctionnalités permettant d’ajouter des effets aux enregistrements ou d’en réaliser l’analyse spectrale.


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Matériel mis à disposition du candidat

• une calculette type « collège » ou un ordinateur avec fonction « calculatrice » • un micro-casque • une paire d’oreillettes intra-auriculaires • une guitare dont l’une des cordes a été identifiée • une potence avec une pince permettant de maintenir le micro-casque • un ordinateur avec une « entrée son » et une « sortie son » • le logiciel Audacity ouvert sur l’ordinateur


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TRAVAIL À EFFECTUER 1. Enregistrement d’une voix captée par deux types d’écouteurs (20 minutes conseillées)

Le principe de fonctionnement d’un haut-parleur et d’un microphone est inversé d’un dispositif à l’autre. Il repose principalement sur la présence d’un aimant, d’une bobine et d’une membrane.

On souhaite vérifier qu’il est possible d’enregistrer le son d’une voix en utilisant le haut-parleur de l’écouteur d’un micro-casque ou d’une oreillette intra-auriculaire.

Proposer un protocole utilisant le logiciel Audacity et permettant l'enregistrement de la phrase « un, deux, trois, quatre, cinq » par les deux dispositifs d’écoute étudiés. Le branchement des dispositifs devra être précisé et les sons devront être enregistrés au format « .wav ».

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APPEL n°1

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas de difficulté

Mettre en œuvre le protocole validé par le professeur en prenant soin de prononcer la phrase distinctement avec un volume de voix normal. Il faudra veiller à sauvegarder chaque enregistrement sur le bureau de l’ordinateur au format « .wav » et les nommer « ecouteurcasque » et « ecouteuroreillette ».

APPEL facultatif

Appeler le professeur pour lui présenter les enregistrements ou en cas de difficulté


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2. Étude et amélioration des enregistrements obtenus (10 minutes conseillées) Écouter avec le casque et à l’aide du logiciel Audacity les deux enregistrements précédents et les comparer en quelques lignes.

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Parmi les effets suivants : « Amplification », « Changer la hauteur » et « Écho » du menu « Effets » du logiciel Audacity, choisir celui qui permet d’améliorer le niveau sonore des deux enregistrements effectués précédemment.

Mettre en œuvre l’effet choisi sur les deux enregistrements.

Conclusion : entre l’écouteur du micro-casque et celui de l’oreillette intra-auriculaire, quel est celui qui permet d’obtenir le meilleur enregistrement de la voix après amélioration du niveau sonore ? Justifier.

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…………………………………………………………………………………………………..……….………..……………….. 3. Comparaison de deux enregistrements d’un même son musical (20 minutes conseillées)

On souhaite maintenant comparer les performances d’enregistrement d’un écouteur de micro-casque à celles du microphone du même microcasque, dans le cas de l’enregistrement d’un son musical.

Le son à enregistrer par les deux dispositifs à tester est le son produit en pinçant la corde n°….. identifiée sur la guitare. De plus, contrairement à la partie 2, les sons enregistrés ne doivent pas être améliorés.

Une fois l’enregistrement des sons effectués, leur comparaison sera effectuée à travers l’étude de leur timbre.

Proposer un protocole permettant la comparaison des timbres des signaux sonores enregistrés par chacun des deux dispositifs lorsque la corde n°….. de la guitare a été pincée. Les branchements des appareils ainsi que l’outil d’analyse du logiciel Audacity à utiliser devront être précisés.

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APPEL n°2

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas de difficulté

Mettre en œuvre le protocole validé par le professeur. Sauvegarder séparément les deux enregistrements sonores au format « .wav » sur le bureau de l’ordinateur.

Comparer en quelques lignes la hauteur et le timbre des deux signaux sonores enregistrés.

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APPEL n°3

Appeler le professeur pour lui présenter les résultats de la comparaison ou en cas de difficulté

4. Conclusion (10 minutes conseillées)

Conclure, en quelques lignes et en s’appuyant sur les résultats obtenus, sur le possible remplacement d’un microphone par l’écouteur d’un micro-casque dans n’importe quelle circonstance. La réponse devra s’appuyer sur des arguments issus de l’étude des enregistrements d’une voix et d’un son musical effectués précédemment.

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Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle.

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