Faits: A. B._ travaille au service de la société X._ SA en tant que responsable des opérations. A ce titre, elle est assurée contre le risque d'accidents auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA). Le samedi 10 juin 2006, B._ a participé à une sortie d'entreprise organisée par son employeur. Une des activités proposées était d'effectuer des exercices de tir au fusil d'assaut dans le stand de tir de Y._ dans le canton de Berne. Après avoir terminé une série de dix tirs et retiré les protections auditives qu'elle portait, la prénommée a eu la sensation d'entendre moins bien (sensation d'oreilles bouchées). Cette gêne persistant les jours suivants, elle a consulté, le docteur P._, oto-rhino-laryngologue (ORL). Celui-ci a constaté une perte auditive de 45,7 % à droite et de 38,4 % à gauche (entre 500 et 2000 hz ainsi qu'entre 4 et 6000 hz) sans lésion spécifique visible par IRM; il a posé le diagnostic de «surdité bilatérale à prédominance droite sur traumatisme acoustique» (rapports des 14 et 30 août 2006). Lors d'un entretien avec une collaboratrice de l'agence de la CNA le 3 octobre 2006, B._ a confirmé avoir porté les protections d'usage - des pamirs - durant toute la séance de tirs et précisé qu'elle n'avait jamais eu de problèmes aux oreilles auparavant (hormis une otite soignée par le docteur P._ en 2005); pour elle, la seule explication possible à la survenance de sa surdité était que les protections auditives qu'elle avait portées étaient défectueuses. Depuis fin octobre 2006, B._ est appareillée avec des résultats satisfaisants. Par décision du 20 février 2007, la CNA a refusé de prendre en charge les suites de l'événement du 10 juin 2006. Elle a considéré que le déroulement des faits décrits par l'assurée ne mettait en évidence aucun facteur extérieur extraordinaire, si bien que l'on ne se trouvait pas en présence d'un accident. L'existence d'une lésion assimilée à un accident devait également être niée au vu des constatations médicales. Dans le cadre de l'opposition formée par l'assurée contre cette décision, la CNA a pris contact avec La Mobilière, assureur en responsabilité civile de R._, organisateur de la sortie d'entreprise du 10 juin 2006, qui lui a communiqué certaines pièces de son dossier. La CNA a également requis l'avis du docteur M._, de sa division de médecine (appréciation du 4 décembre 2007). Dans une nouvelle décision du 21 décembre 2007, l'assureur-accidents a écarté l'opposition. B. Saisie d'un recours de l'assurée contre cette dernière décision, la Cour des assurances sociales du Tribunal administratif du canton de Neuchâtel l'a rejeté par jugement du 15 juillet 2009. C. B._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement cantonal. Sous suite de frais et dépens, elle conclut, principalement, à ce que les conséquences de l'événement du 10 juin 2006 soient prises en charge par la CNA; subsidiairement, à ce que la cause soit renvoyée au tribunal cantonal pour instruction complémentaire et nouveau jugement. La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique ne s'est pas déterminé.