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Système d’Information & Numérique Projet en classe terminale Contexte du projet

Système d’Information & Numérique Projet en classe terminale Contexte du projet Problématique proposée Comment régler facilement la justesse de la note produite par un instrument de musique ? Effectifs Classe de 32 élèves répartis en 2 groupes de 16 Objectif Réaliser un accordeur de guitare en analysant différentes solutions permettant de répondre au problème posé. Un exemple de projet à l’aide du microcontrôleur PSOC, utilisant des fonctions numériques et analogiques, sera développé. Centres d’intérêts • CI1 : Configuration et performances du traitement de l’information. • CI4 : Gestion de l’information / Structures matérielles et logiciels associés au traitement de l’information. • CI6 : Traitement analogique de l’information Compétences visées CO1.2. Décoder le cahier des charges fonctionnel décrivant le besoin exprimé, identifier la fonction définie par un besoin exprimé, faire des mesures pour caractériser cette fonction et conclure sur sa conformité. CO1.3. Exprimer le principe de fonctionnement d’un système à partir des diagrammes UML pertinents. Repérer les constituants de la chaîne d’énergie et d’information. CO2.1. Rechercher et choisir une solution logicielle ou matérielle au regard de la définition d'un système. CO3.2. Installer, configurer et instrumenter un système réel. Mettre en œuvre la chaîne d’acquisition puis acquérir, traiter, transmettre et restituer l’information. Pré-requis Enseignement transversal : •Signaux périodiques, •Traitement analogique de l’information •Traitement numérique de l’information. •Simulation «Matlab / simulink». •Analyse fonctionnelle SysML. Enseignement de spécialité : •Démarche de projet, •Mise en oeuvre d’un système de prototypage à base de microcontrôleur. •Langage C Organisation du projet Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage 70h 14h 16h 30h 8h 2h Restitution Description fonctionnelle Sous- ensemble fonctionnel Bilan technique Cahier des charges Phase d’appropriation du projet Sous phase Durée Activités Idée de projet 2 h • Analyse du besoin, • Analyse de l’existant, • Fonctionnalités de l’accordeur. Activités de découverte 6 h • Représentation temporelle et forme d’onde d’un signal sonore (fréquence, type et enveloppe). • Correspondance entre une note et une fréquence. Définition de la précision souhaitée. • Représentation spectrale d’un signal périodique et notion d’harmoniques. • Formalisation des connaissances. Caractériser l’accordeur 2 h • Elaboration d’une carte mentale. Revue de projet n°1 2 h • Faire le point sur l'appropriation du projet par les élèves. Définition des projets 2 h • Définition de 4 projets distincts et formation de 4 équipes. Planning prévisionnel  14 heures Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution 14h Idée de projet : analyse du besoin On agit sur les mécaniques (en bout de manche) de façon à modifier la tension de chaque corde. Pour savoir si la note obtenue est correcte, deux méthodes sont possibles . Comment procède t-on pour accorder une guitare ? Le professeur soumet l’idée de projet aux élèves et pose une question sur le principe d’accordage. Accorder une guitare • Écouter le son produit par l’instrument et le comparer à une référence : diapason • Mesurer la hauteur de la note produite par l’instrument : accordeur 1/2h Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Analyse de l’existant Accordeurs matériels autonomes Accordeurs classiques chromatiques : indiquent la note jouée avec sa précision Accordeur à pince : se place sur le manche de la guitare Accordeur à pince sans fil : l’indicateur est déporté Le professeur place différents modèles sur la table et demande aux élèves de décrire leurs particularités Accordeur polyphonique : permet d’accorder plusieurs cordes simultanément 1/2h Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Accordeurs logiciels Accordeur classique sur Android : indique la note jouée avec sa précision Accordeur de type diapason sur PC : génère le son accordé des 6 cordes de la guitare Accordeur classique sur IPAD: indique la note jouée avec sa précision Accordeur polyphonique sur IPHONE : Permet d’accorder plusieurs cordes simultanément Le professeur présente des accordeurs logiciels sur différentes plateformes et demande aux élèves de décrire leurs particularités 1/2h Analyse de l’existant Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Fonctionnalités de l’accordeur A partir des différents modèles présentés, le professeur pose des questions aux élèves afin de définir quelles sont les fonctionnalités des appareils / logiciels observés Avec quoi est capté le son de la guitare ? Quels sont les réglages possibles ? Avec quoi est restitué le son pour un modèle diapason ? Par un microphone ou un capteur de vibrations Il est possible de régler la fréquence de référence du LA On peut adapter la mesure au type d’instrument : basse ou guitare On peut choisir le mode d’accordage : prédéfini ou libre A l’aide d’un haut parleur intégré ou d’une paire d’enceintes 1/2h Analyse de l’existant Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Activités de découverte Elles permettent d’appréhender les éléments fondamentaux de ce projet : •Découvrir la représentation temporelle une onde sonore (forme, enveloppe, caractéristiques). •Etudier le lien entre la hauteur d’une note et la fréquence du signal associé (progression, précision ...). •Découvrir la représentation spectrale d’une onde sonore (FFT, harmoniques ...). A l’issue de chaque activité, une fiche de formalisation des connaissances est complétée Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Activités de découverte Découvrir la représentation temporelle d’une onde sonore : La forme du signal périodique et son évolution Evolution de l’amplitude : enveloppe Période  fréquence  note Attaque Descente Maintien Relâchement Dans cette activité les élèves doivent constater que le signal généré par la guitare est périodique avec une amplitude qui varie et que la valeur de la fréquence est modifiée selon la corde jouée. Des mesures sont effectuées sur plusieurs échantillons de sons de guitare correspondant aux 6 cordes de la guitare jouées à vide. 2h Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Étudier le lien entre la hauteur d’une note et sa fréquence : Mesure de fréquence Gamme chromatique Signal audio Dans cette activité les élèves doivent mesurer l’évolution de la fréquence du signal de l’onde sonore en fonction de la hauteur des 12 notes de la gamme par octave et doivent vérifier la relation mathématique. On en déduit alors la précision de l’accordeur. Relation et précision 2h Activité de découverte Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Découvrir la représentation spectrale d’une onde sonore Analyse spectrale Signal audio Dans cette activité les élèves doivent mesurer, à l’aide d’une FFT, le spectre de signaux périodiques de différentes natures et de différentes fréquences, et observer que la forme du signal a une incidence sur le nombre d’harmoniques observées. Dans cette activité est abordée la notion d’échelle non linéaire logarithmique et de décibel Echelle logarithmique Harmoniques FFT 2h Activité de découverte Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Elaborer ensemble une carte mentale Caractériser l’accordeur A partir des activités précédentes et avec l’aide du professeur, les élèves élaborent une carte mentale afin de caractériser complètement les systèmes permettant d’accorder une guitare. 2h Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Bilan de l'appropriation du projet par les élèves. Peuvent être évaluées les notions de signal périodique, de période, de fréquence, d’amplitude, d’enveloppe, de spectre, d’harmoniques ... Revue de projet n°1 Le professeur peut proposer une évaluation écrite sur l’ensemble des notions abordées pendant les séances précédentes et permettant de s’approprier le projet sur l’accordeur 2h Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Définition des différents projets A partir de la phase d’appropriation, le professeur propose, en concertation avec les élèves, 4 projets différents répondant à diverses méthodes d’accordage et fonctionnant sous diverses plateformes. On suppose que le groupe comprend 16 élèves qui formeront 4 équipes distinctes. 2h n° Projet Plateforme description 1 microcontrôleur PSOC Accordeur affichant la note produite par la guitare par mesure de période (capture) 2 microcontrôleur PSOC Diapason générant une note de référence par tables d’ondes stockées en mémoire 2 tablette ANDROID Accordeur affichant la note produite par mesure de fréquence par FFT 4 tablette ANDROID Diapason générant une note de référence par synthèse additive et génération d’enveloppe Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Définition du projet Sous phase Durée Activités Elaboration du cahier des charges fonctionnel 2h Le professeur, en consultant les élèves, élabore un cahier des charges fonctionnel permettant de répondre au problème posé par le projet. Investigations collectives sur les solutions techniques à adopter 2h Recherche des solutions fonctionnelles permettant de répondre au cahier des charges. Activités connexes au projet 6h Activités pratiques permettant d’aborder les notions fondamentales à l’élaboration du projet. élaboration de diagrammes fonctionnelles 4h Dessin de diagrammes fonctionnelles selon la norme SysML : •Diagramme des exigences, •Diagramme des cas d’utilisation, •diagramme des séquences, •diagramme de définition des blocs, •digrammes d’état. Revue de projet n°2 2h Bilan de l'avancement du projet sur les solutions adoptées et la description fonctionnelle Tâches collectives Définition du projet Conception préliminaire Tests & Validation Conception détaillée Prototypage Restitution Conception préliminaire et CdCF Planning prévisionnel  uploads/Ingenierie_Lourd/ 192-projet-accordeur-sin-pdf.pdf