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Spécial “ CFM 2007 ”
Acoustique
&
Techniques n° 50
Identification de sources acoustiques sur un moteur essence par méthodes de cohérences
de référence) sont partiellement cohérentes entre elles,
soit à cause de leur nature déterministe, soit par pollutions
mutuelles. Les signaux de références peuvent en effet se
polluer mutuellement dans le sens où ce sont rarement des
signaux d’excitation purs : en pratique, un signal de référence
est issu d’un capteur positionné de manière à maximiser la
contribution de la source à caractériser.
La décomposition en composantes principales, également
appelée analyse en sources virtuelles, a été proposée par
Price et Bernhard en 1986 [5]. L’idée est de dénombrer et
d’identifier les phénomènes décorrélés à partir de la matrice
interspectrale en faisant sa décomposition propre, le “rang”
de la matrice (nombre de valeurs propres non négligeables)
correspondant au nombre de phénomènes décorrélés. De
nombreux travaux traitent de l’application expérimentale de
cette méthode [9, 10].
L’avantage est que l’on identifie facilement le niveau de
cohérence entre capteurs de références, ainsi que le nombre
de phénomènes décorrélés. L’inconvénient est que les sources
virtuelles identifiées ne correspondent pas aux mêmes sources
physiques sur toute la bande de fréquences: on associe en
effet un numéro à chaque source virtuelle qui correspond à sa
place dans la hiérarchie à une fréquence donnée, et la source
virtuelle prépondérante ne correspond pas systématiquement
à la même source réelle lorsqu’on change de fréquence.
Notion de source : Il est utile à ce stade de revenir au sens du
mot «source» que l’on qualifie ici de physique, réelle ou encore
virtuelle. On utilise dans ce travail des approches de séparations
statistiques, la définition de source au sens statistique se
base sur des notions d’indépendance. Une source virtuelle,
identifiée par ACP, répond à cette définition. On qualifie une
source identifiée sur le moteur (une pièce, un accessoire) de
«réelle» par opposition au qualificatif «virtuelle» précédemment
défini. Une source est qualifiée de physique si elle découle
d’un phénomène physique particulier (choc, combustion,
écoulement turbulent …). Par exemple, un carter du moteur
qui rayonne fortement est identifié comme une source «réelle»,
tandis que physiquement ce n’est qu’un émetteur acoustique
sollicité par la distribution ; mais si la distribution est corrélée
avec la combustion, ce n’est pas une source indépendante
au sens statistique. Ces définitions non exhaustives ne sont
également pas universelles, ce sont cependant celles qui sont
utilisées dans cette communication.
Méthodologie
Les deux approches évoquées sont complémentaires, c’est
pourquoi elles seront toutes deux utilisées pour cette étude.
L’analyse conditionnée permet en effet d’analyser dans un
premier temps de manière spécifique les différentes sources
potentielles sur le moteur. Cependant, étant donné le fort
niveau de corrélation entre les références sur ce type de
source, la méthode la plus adéquate s’avère être l’analyse en
sources virtuelles. L’interprétation des résultats est certes plus
ardue que pour l’analyse conditionnée, mais le risque de faire
de mauvaises conclusions est moindre. Une méthodologie
particulière a été adoptée quant à l’application de cette
approche à notre cas. Un certain nombre de capteurs dits de
«réponse» sont disposés autour de la source considérée de
manière à représenter suffisamment –sur le plan statistique–
le rayonnement acoustique de ladite source. Une analyse en
composantes principales est réalisée sur ces capteurs de
réponse de manière à identifier les différents phénomènes
décorrélés participant au rayonnement. Chaque phénomène
identifié sera considéré comme la contribution d’une source
virtuelle, la source virtuelle prépondérante correspondant au
phénomène le plus énergétique sur les capteurs de réponse.
Une deuxième batterie de capteurs dits de «référence»
est parallèlement placée au voisinage direct des sources
potentielles sur l’objet étudié. Une représentation de la
cohérence fonction de la fréquence entre chaque référence
et les différentes sources virtuelles identifiées permet alors de
déterminer si les sources sont séparables, et le cas échéant
de les identifier. Cette représentation, fonction de la fréquence,
caractérise chaque source virtuelle, ce que l’on appellera sa
«signature».
Mise en œuvre expérimentale
17 microphones ont été positionnés sur un dôme de mesure
autour du moteur (cf. fig. 1) de manière à représenter le bruit
global moteur. 15 autres voies ont été allouées à des signaux
dits de référence, capteurs placés ”au voisinage” de différentes
sources physiques (alternateur, pression cylindre...).
Fig. 1 : Le moteur étudié et le dôme de mesures microphoniques
Fig. 2 : Contribution (dB (A)) des
sources virtuelles 1 et 2
au bruit global du moteur
à 4000tr/mn pleine
charge en troisième.