Transposition à une colonne d'air excitée par un haut-parleur - Maxicours

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Transposition à une colonne d'air excitée par un haut-parleur

Objectifs : On observe qualitativement le phénomène d’ondes stationnaires dans un tube fermé contenant une colonne d’air excitée par un haut-parleur.
On explore alors la colonne d’air excitée à l’aide d’un microphone relié à un oscilloscope.
On détermine les fréquences favorisées par la colonne, et en particulier celle du mode fondamental, et les positions des nœuds et des ventres de vibration.
1. Montage expérimental

La colonne d’air contenue dans un tube de longueur L, est excitée sinusoïdalement par un haut-parleur alimenté par un générateur basse fréquence (GBF), de fréquence variable.
L’onde sonore progressive dans la colonne d’air peut être modélisée par des tranches de surpression ou dépression d’air qui se déplacent toutes à la même vitesse. On utilise donc un microphone, sensible à la pression pour étudier les positions de ces tranches d’air.

L’onde sonore incidente sinusoïdale se propage le long de la colonne d’air, puis se réfléchit sur le bouchon et le haut parleur.
La superposition de l’onde incidente sinusoïdale et de son mode réfléchi peut donner naissance à un phénomène d’onde stationnaire.

2. Relations avec la longueur de la colonne d’air

On sélectionne une fréquence du GBF assez élevée, pour laquelle la colonne d’air émet un son.
On explore alors l’intérieur du tube en déplaçant le microphone.

On observe que lorsque le microphone, qui est sensible à la pression, se trouve au niveau d’un noeud de pression (ventre de placement des tranches d’air du tube), le signal sur l’oscilloscope est pratiquement nul.
Lorsque le microphone se trouve au niveau d’un ventre de pression, le signal est maximal.


 

3. Mise  en évidence expérimentale de la quantification des modes propres de vibration de la colonne d’air

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