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Approfondissons…
Acoustique
&
Techniques n° 50
Des obstructions de contrôle pour lutter contre le bruit des ventilateurs axiaux
- à l’oreille,
- en mesurant, à l’aide d’un microphone et d’un analyseur de
spectre, la surface d’erreur (haut de la Fig. 4), c’est-à-dire la
pression acoustique totale en fonction de la position axiale (z)
et de la position angulaire (
θ
) de l’obstruction de contrôle (la
position optimale de l’obstruction est alors celle qui minimise
l’amplitude de la pression acoustique totale),
- en mesurant, à l’aide d’un tachymètre, un microphone et un
analyseur de spectre (ou oscilloscope), la pression acoustique
totale dans le plan de Nyquist (bas de la Fig. 4).
Lorsque l’obstruction de contrôle n’est pas présente dans
l’écoulement (ou loin du rotor), l’autospectre de la pression
acoustique mesurée par le microphone nous fournit une
information sur l’amplitude du bruit primaire et l’interspectre
entre les signaux issus du microphone et du tachymètre
nous fournit une information sur la phase du bruit primaire.
Lorsque l’obstruction de contrôle est introduite dans
l’écoulement, les amplitudes et les phases mesurées sont
celles du bruit total (bruit primaire + bruit secondaire). Si un
ruban réfléchissant a été collé sur chaque pale du rotor une
rotation de 2
π
/B de l’obstruction fera tourner la phase du
bruit secondaire de 2
π
.
La méthode du plan de Nyquist, qui présente beaucoup
de similitudes avec l’équilibrage dynamique [15], permet
d'analyser vectoriellement (amplitude et phase) la pression
acoustique primaire (sans obstruction) et totale (avec
obstruction de contrôle). La position optimale de l’obstruction
est alors celle qui correspond à un vecteur nul dans le plan
de Nyquist, pour lequel p
s
= - p
p
(Fig. 4 à gauche). Lorsque
l’obstruction est trop proche du rotor, l’amplitude du vecteur
secondaire peut être plus grande que l’amplitude du vecteur
primaire ; dans ce cas, il y a risque d’amplification du bruit
primaire (Fig. 4 au milieu). Lorsque l’obstruction de contrôle
est relativement loin du rotor, l’amplitude du bruit secondaire
est négligeable; dans ce cas le bruit total est environ égal
au bruit primaire (Fig. 4 à droite). Certains oscilloscopes et
analyseurs de spectre permettent la visualisation de signaux
dans le plan de Nyquist, ce qui facilite le positionnement des
obstructions grâce à l’observation du vecteur de pression
acoustique total à la fréquence à contrôler, en temps réel, en
fonction de la position de l’obstruction de contrôle.
Résultats d’atténuation d’une fréquence
en champ libre
Les résultats de contrôle en champ libre ont été obtenus
à l’oreille pour des ventilateurs de radiateur d’automobile
(diamètre 30 cm) à six pales tournant approximativement à
3 000 tours/min. Le contrôle de la FPP (300 Hz) générée par
une interaction «primaire» rotor/stator (sans radiateur) a été
réalisé par une obstruction sinusoïdale (Fig. 5).
La Fig. 6 présente les niveaux de pression acoustique avec
et sans contrôle sur un arc de cercle centré sur le milieu du
ventilateur. La réduction sonore est globale dans tout l’espace
amont et aval du ventilateur. La puissance acoustique intégrée
dans tout l’espace, estimée à partir de pressions acoustiques
mesurées en 66 points répartis sur une sphère en champ
lointain, a été atténuée de 8.4 dB à la FPP.
Résultats d’atténuation de deux fréquences en
condition de rayonnement mixte
Le contrôle simultané de la FPP (cette fois à 280 Hz), à
l’aide d’une série de 6 obstructions trapézoïdales, et de son
premier harmonique (560 Hz), à l’aide d’une seconde série
de 12 obstructions trapézoïdales, est présenté dans une
condition de rayonnement mixte : condition semi-anéchoïque
en amont du ventilateur et condition de propagation en conduit
en aval pour une configuration d’interaction rotor/(stator +
radiateur).
Les atténuations de pression acoustique de la FPP et de son
premier harmonique (Fig. 7 page suivante) sont respectivement
de l’ordre de 20 dB et de 10 dB en amont (microphone situé
à 1 m dans l’axe) et en aval (microphone situé à 190 cm
au centre du conduit). Les amplitudes des harmoniques
d’ordres supérieurs ne sont quasiment pas affectées par
le contrôle, ce qui confirme la sélectivité harmonique des
Fig. 5 : Photo de l’obstruction
sinusoïdale en position optimale.
À gauche : vue de l’amont dans
l’axe, à droite : vue amont ¾
Fig. 6 : Directivité du rayonnement sonore à la fréquence
de passage des pales avec contrôle (traits
discontinus) et sans contrôle (traits pleins).