Tricky Circuit

Fréquence, forme et hauteur du son

Fabrique un son avec deux niveaux

La hauteur décrit si un son paraît aigu ou grave. La fréquence f compte les cycles par seconde ; Hz (hertz) vaut un cycle par seconde. Une onde rectangulaire alterne 0 et V ; à 50% elle devient carrée et symétrique. Le rapport cyclique D est le pourcentage haut. La période T dure un cycle ; ms (millisecond) est une milliseconde, 1/1000 seconde.

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TABLE D’EXPÉRIENCES

Modifie les réglages du circuit, prédis les mesures puis vérifie un défi. Ce sont des modèles pédagogiques ; chaque leçon explique leurs hypothèses.

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Pourquoi cela fonctionne

Piezo abrège piezoelectric, piézoélectrique : la tension déforme le matériau, qui peut vibrer et produire du son. On calcule temps et tension moyenne, pas niveau sonore ni courant. L’écoute éventuelle est un bref son du navigateur, pas un modèle physique du piézo. Les appareils peuvent sonner différemment.

Piezo abrège piezoelectric, piézoélectrique : le matériau change de forme sous tension et peut faire vibrer l’air. V est le niveau haut en volts, D le pourcentage du temps haut et Vmean la moyenne temporelle. Modifier D change la forme, pas f. À 50%, les deux niveaux durent autant.

Difficulté

  1. Construis · Construis le circuit

    Allume avec f = 200 Hz, D = 50% et V = 5 V. Obtiens T = 5 ms et Vmean = 2.5 V.

    Besoin d’un indice ?

    f = 200 Hz; D = 50%; V = 5 V → T = 5 ms; Vmean = 2.5 V

  2. Explore · Change la commande

    Règle f = 1000 Hz, D = 25% et V = 5 V. Obtiens T = 1 ms et Vmean = 1.25 V.

    Besoin d’un indice ?

    f = 1000 Hz; D = 25%; V = 5 V → T = 1 ms; Vmean = 1.25 V

  3. Résous · Relève le défi

    Règle f = 500 Hz, D = 75% et V = 4 V. Obtiens T = 2 ms et Vmean = 3 V.

    Besoin d’un indice ?

    f = 500 Hz; D = 75%; V = 4 V → T = 2 ms; Vmean = 3 V

Lectures complémentaires et fiches de circuits

Fabrique un son avec deux niveaux

Une alternance répétée peut produire un bip. Prédis d’abord le temps sur la courbe, puis écoute si le navigateur le permet.

T = 1000 / f ms; Vmean = V × D / 100

Le signal reste haut pendant D% du cycle et à zéro le reste. La moyenne est V multiplié par cette fraction. La fréquence fixe le rythme ; le composant sonore influence aussi le son.

Une règle utile

Doubler la fréquence divise la période par deux : 200 Hz donne 5 ms, 400 Hz donne 2.5 ms. La hauteur des impulsions peut rester fixe.

Au-delà du modèle

Un piézo réel a des résonances mécaniques et une réponse dépendant de la fréquence. Sa tension moyenne ne suffit pas à déterminer le niveau sonore.

Un piège à éviter

Une moyenne de 2.5 V ne signifie pas une tension constante : la courbe alterne ici 0 et 5 V. Une moyenne plus forte ne garantit pas un son plus fort.

À f = 200 Hz et V = 5 V, D passe de 50% à 25%. Que se passe-t-il ?

  1. T reste 5 ms ; Vmean devient 1.25 V
  2. T devient 2.5 ms
  3. la fréquence devient 100 Hz
Pour aller plus loin

D raccourcit la partie haute du même cycle. La moyenne baisse, la fréquence ne change pas.

Construis le circuit

Règle 200 Hz, 50% et 5 V. Des durées hautes et basses égales donnent 2.5 V de moyenne.

f = 200 Hz; T = 5 ms; Vmean = 2.5 V

Change la commande

Règle 1000 Hz, 25% et 5 V. Le cycle dure 1 ms, haut pendant 0.25 ms, avec 1.25 V de moyenne.

f = 1000 Hz; T = 1 ms; Vmean = 1.25 V

Essaie un autre chemin

À 5 V et 50%, compare 200 et 400 Hz après avoir prédit la période. Puis fixe la fréquence et varie D : distingue forme et répétition.

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