Projet : Conception d'un sonomètre

Ingénierie des dispositifs electroniques

CONCEPTION D’UN SONOMETRE

1. Objectifs de l’étude & cahier des charges

L’objectif de cette manipulation est de réaliser un sonomètre sous MBED, composé d’une capsule à électret, un système d’amplification, et un filtrage moyenneur numérique.

1. Etude préliminaire

1. Microphone et signaux audio

Afin de concevoir un sonomètre, nous utiliserons une capsule à électret, circuit qui nécessite une polarisation. Ce « microphone » est à vrai dire composé d’un microphone et d’un transistor à effet de champ (voir schéma du montage ci-dessous).

[pic 1]

Ses spécifications sont les suivantes :

        - Réponse en fréquence : 30Hz à 10kHz

        - Sensibilité S = 5,6 mV/Pa à 1kHz

        - Résistance de sortie R = 2,2 kHz

        - Tension d’alimentation VCC = 1,5 à 10V

Question 1 : Nous rappellerons le modèle équivalent de Thévenin de l’ensemble :

[pic 2]

Question 2 : La sensibilité S du microphone donnée en dBV est donnée par la formule ci-dessous :

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

Le dBSPL est utilisé dans le domaine de l'acoustique, plus précisément là où il est question de pression acoustique. Il représente « l’effort » de l’oreille humaine face à un son. L’usage d’une valeur référence est nécessaire. Cette référence est le seuil d'audibilité de l'oreille humaine, c'est à dire le niveau sonore au-dessous duquel l'oreille n'entend plus rien. Le seuil d'audibilité pour un son à 1 kHz, a été « fixé » à PREF = 10-12 Watt.m-2, soit pREF = 20μPa.

Question 3 : L’amplitude de mV d’un signal audio délivré par le microphone, lorsqu’il capte un son donné en dBSPL, est donnée par la formule ci-dessous :

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

Il semble alors évident que la tension de sortie du microphone devra être amplifiée.

1. Amplificateur

[pic 10]L’amplification de la tension de sortie du microphone est assurée par un amplificateur opérationnel R2R MCP6273. Le schéma du montage est le suivant :

Question 1 : L’entrée + de l’AOP est polarisée par le pont diviseur de tension composé des deux résistances R (de valeur identique. Ainsi V+ est donné par : (Xq = x(t) « à vide »)

[pic 11]

La tension x(t) va alors « osciller » autour d’une valeur continue de .[pic 12]

L’ampliOP est ici câblé en non inverseur, ainsi y(t) est donné par :

[pic 13]

[pic 14]

Question 2 : A partir des expressions données en question 1, nous pouvons déterminer la réponse en fréquence de l’ampli, notée H(jω), qui représente aussi le facteur d’amplification A :

[pic 15]

[pic 16]

Nous pouvons alors tracer le diagramme de bode de notre système :

[pic 17]

Question 3 : Nous cherchons maintenant à avoir l’amplification maximale en entrée de notre MBED. Rappelons que la valeur de tension « maximale » de sortie de notre micro est de 35,4mV (à 110dB). Nous en déduisons Amax :

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