Les caractéristiques d'un home-cinéma. Bac S Antilles 2016.

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Depuis une vingtaine d’années, les systèmes home-cinéma sont de plus en plus utilisés à domicile. L’objectif est de reproduire le plus fidèlement possible l’image et le son du cinéma à la maison. Le choix pour le consommateur est parfois difficile, perdu au milieu de sigles et autres arguments commerciaux : HD, full HD, UHD, 4K, OLED, LCD, son 2.0, 5.1, TV connectée, etc...
Dans cet exercice, on se propose d’étudier les principales caractéristiques d’un home-cinéma.
1. L’installation sonore.
Les cinémas ont été les premiers à être équipés de sons multicanaux afin d’offrir une spatialisation
des effets sonores (le son vient alors de toutes les directions).
Caractéristique d’une installation sonore 5.1.
Un équipement 5.1 signifie que « 5 » haut-parleurs (enceintes) sont utilisés pour retranscrire les voix, les musiques et les effets sonores (alimentés par 5 signaux différents) et que « 1 » caisson de graves est utilisé pour retranscrire les sons très graves (explosions dans un film par exemple).
Les enceintes sont disposées comme sur le schéma ci-dessous. Le caisson de graves (subwoofer) peut être placé n’importe où.

1.1. À quelle grandeur physique est liée la hauteur d’un son ?
La hauteur d'un son est égale à la fréquence du fondamental.
1.2. Laquelle des trois courbes représentéesci-dessous correspond au caisson de graves ? Justifier.

Les fréquences des graves sont plus faibles que celles des médium et des aigus : courbe 1.
1.3. Un technicien souhaite calibrer correctement une installation home-cinéma. Équipé d’un sonomètre, il se place sur le canapé. À l’aide de la télécommande, il déclenche un son sur l’enceinte centrale uniquement et règle son niveau sonore pour que le sonomètre indique 70 dB. Il
répète l’opération pour chacune des quatre autres enceintes. L’installation est alors parfaitement
équilibrée.
Pour finaliser ses réglages, il met en marche simultanément les cinq enceintes (le caisson de graves restant éteint). Le son produit présente-t-il un danger pour l’audition du technicien ?
Intensité sonore ( une seule enceinte ) = I0 100,1 L = 1,0 10-12 *107 = 1,0 10-5 W m-2.
Intensité sonore ( cinq enceintes )  :5,0
10-5 W m-2.
Niveau sonore correspondant : 10 log[
5,0 10-5 / (1,0 10-12)] = 77 dB.
Le son produit ne présente pas de danger, le niveau sonore reste inférieur au seuil de danger ( 85 dB).





2.1. La télécommande.
Pour piloter les différents appareils d’un home-cinéma, on utilise une ou plusieurs télécommandes
équipées de diodes qui émettent des ondes électromagnétiques dans l’infrarouge.
2.1. Définir ce qu’est une onde progressive.
Une onde progressive est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel avec transport d'énergie, sans transport de matière.
2.2. Quelle est la principale différence entre une onde mécanique et une onde électromagnétique ?
Une onde électromagnétique se propage dans le vide ; une onde mécanique nécessite un milieu de propagation.
2.3. Justifier, à l’aide des documents fournis, que le rayonnement émis par la télécommande correspond bien à un rayonnement infrarouge.
Fréquence du signal émis par la diode f = 3,10 1014 Hz.
Longueur d'onde correspondante l = c / f = 3,00 108 /(3,10 1014) =9,68 10-7 m = 0,968 µm.
Cette longueur d'onde appartient au proche infrarouge.
2.4. Le signal émis par la télécommande est-il de nature analogique ou numérique ? Justifier.
Le signal émis par la télécommande est discontinu ( seul un petit nombre de valeurs est possible) : c'est un signal numérique.
3. Définition de l’image.
La taille moyenne des écrans de télévision n’a cessé de progresser. À la fin du XXème siècle, les
plus grosses télévisions à tube cathodique avaient un écran mesurant 92 cm de diagonale. Depuis l’arrivée des écrans plats (à technologie plasma, LCD ou actuellement OLED), cette diagonale peut atteindre plusieurs mètres.
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Le codage RVB consiste à représenter les couleurs à partir de trois couleurs de bases: le rouge, le
vert et le bleu. Chaque pixel est codé sur 3 octets, un par composante de couleur.









3.1. Un client décide d’acheter une télévision de 65 pouces de diagonale et de placer son canapé à environ 2,50 m de la TV.
Si l’achat d’une TV UHD est retenu, les conditions d’utilisation recommandées par le constructeur sont-elles respectées ?
Nombre de pixel en largeur : 3840 ; nombre de pixels en hauteur : 2160 ; distance minimale du spectateur à l'écran : 1,3 x la diagonale.
Diagonale = 65 pouces soit 65 *2,54 = 165 cm = 1,65 m.
Distance minimale du spectateur à l'écran : 1,3 *1,65 = 2,15 m.
La distance minimale entre l'écran et le spectateur est bien respectée.
3.2. Si le téléspectateur s’approche de l’écran, quel défaut apparaitra sur l’image ?
Il risque de voir des petits points juxtaposés et non pas une image.
3.3. Calculer la définition de l’écran de la TV UHD.
2160 x 3840 =8,3 106 pixels.
3.4. Calculer le nombre de couleurs différentes que peut générer un pixel de l’écran.
Chaque pixel est codé sur trois octets, soit (28)3=1,68 107 couleurs.
3.5. Vérifier que la taille d’une image au format UHD est d’environ 25 Mo.
8,3 106 pixels soit 3 *8,3 106  = 2,5 107 octets = 25 Mo.
3.6. Un film d’une durée de 1h 30 min est numérisé au format UHD. Il est composé de 25 images par seconde et le fichier audio attaché au film est de 10 Go. Montrer que le fichier de ce film ne peut théoriquement pas tenir sur un seul Blu-Ray (double couche) de capacité totale 50 Go.
Nombre d'image : 25*3600*1,5 =1,35 105 images.
Tailles du fichier : 1,35 105 *25 ~3,4 106 Mo =3,4 103 Go, valeur bien supérieure à 50 G0.
4. Téléchargement du film en streaming par internet.
On peut visionner les films au format UHD en streaming (lecture d’un flux vidéo à mesure de sa diffusion, ne nécessitant pas le téléchargement). Ce service est directement accessible depuis les TV connectées à internet ou les appareils mobiles. Cependant pour « streamer » au format UHD il
faut un débit minimum d’au moins 25 Mbit.s-1 pour un visionnage confortable (sans saccades).
La compression de données ou codage de source est l'opération informatique consistant à transformer une suite de bits A en une suite de bits B plus courte pouvant restituer les mêmes informations en utilisant un algorithme particulier.
4.1. Parmi les modes de transmission évoqués dans les documents à disposition, quels sont ceux qui mettent en oeuvre une propagation guidée ?
ADSL, fibre optique : Internet à domicile.
4.2 Quel est le mode de transmission à privilégier si on souhaite « streamer » un film au format UHD sur un home-cinéma ? Argumenter.
Il faut un débit minimum d’au moins 25 Mbit.s-1 pour un visionnage confortable : téléphonie mobile 4G ou internet à la maison ( fibre optique).
4.3. Montrer que les débits actuels ne permettent pas de regarder en streaming un film UHD de 3,385 To et d’une durée de 1h 30 min sans compression d’images.
3,385 1012 octets en 5400 s, soit un débit de : 3,385 1012 /5400 ~ 6,3 108 octet s-1 ou 6,3 102 Mo s-1.
Cette valeur est bien supérieure au meilleur débit actuel.
4.4. Pourquoi est-il nécessaire de compresser les fichiers lors de leur transmission ?
Un fichier compressé voit son "poids" en octet diminuer considérablement.

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