Page 10 - base

Spécial “ Electroacoustique ”9
Acoustique
&
Techniques n° 52
Conception d’actuateurs dipolaires pour dispositif de contrôle actif de bruit
chacune de ces tranches, et la valeur maximale est retenue
pour dimensionner l’actuateur.
Un calcul, prenant comme hypothèse un écartement des
deux pôles de l’actuateur de 20 cm ainsi qu’un coefficient
de sécurité de 10 dB sur le niveau obtenu (cette marge est
nécessaire pour assurer le réglage de l’algorithme), a fourni
une valeur «crête» pour le volume d’air à déplacer par le
haut-parleur d’environ 100 cm3. Cette valeur a été obtenue
en multipliant le volume RMS nécessaire maximal par un
facteur de crête supposé être celui de la pression mesurée.
Avec ce critère, la minimisation de la taille de l’actuateur
a imposé de choisir un haut-parleur de 7’’ (dont la surface
émissive est de l’ordre de 150 cm2), et de sélectionner un
modèle possédant une excursion linéaire de membrane
d’au moins 7 mm. Il n’est en effet pas possible d’obtenir
un volume d’air déplacé de 100 cm3 avec des modèles
de haut-parleur de tailles plus petites qui ont des valeurs
d’excursion linéaire de membrane plus faibles. En revanche,
le choix d’un haut-parleur de 7’’ nous a placé en limite des
contraintes imposées pour la dimension des actuateurs car
le diamètre extérieur est en général de 18 ou 19 cm, auquel
il faut ajouter le corps de l’actuateur (voir figure 5-a). Pour
accroître le niveau acoustique généré par l’actuateur, et par
conséquent essayer de réduire la taille du haut-parleur, il a
été envisagé de placer des charges acoustiques de type
résonateur de Helmoltz à l’avant et à l’arrière du haut-parleur
(figure 5-b). Ceci permet d’optimiser les performances de
l’actuateur sur la bande de fréquence concernée.
La figure 6 montre des simulations du débit acoustique
généré par deux actuateurs utilisant le même haut-parleur
de 7’’, l’un correspondant à un montage «tube» (figure 5-a),
l’autre à un montage de type «Helmholtz» (figure 5-b) avec
une fréquence d’accord des résonateurs d’environ 300 Hz.
Il apparaît une nette augmentation du débit acoustique sur
la bande de fréquences 100 Hz/400 Hz.
Sur la figure 6 sont également présentées les performances
obtenues en remplaçant dans la configuration «Helmholtz»
le haut-parleur de 7’’ par un modèle de 5’’1/2. Ce dernier
possède un rendement moindre, ce que l’on voit aux
fréquences inférieures à 100 Hz où le niveau de débit généré
est plus faible. En revanche, sur la bande de fréquence 120
Hz/ 370 Hz le niveau est supérieur à ce que l’on aurait avec
un haut-parleur de 7’’ monté en configuration «tube».
Ces résultats ayant été confirmés par des essais sur un
cas académique, il a été décidé d’opter pour un haut-
parleur de 5’’1/2. Le choix s’est porté sur le modèle
15W/8530K00 de la marque Scan-Speak qui offre un bon
compromis entre une taille réduite et une bonne amplitude
d’excursion linéaire, tout en conservant un bon rendement
et un poids raisonnable. Ses caractéristiques sont données
en figure 7.
Conception de l’actuateur
Dans un second temps, les contraintes géométriques et
environnementales ont été prises en compte. Ainsi, le fait de
pouvoir occasionnellement supporter la pluie sans risquer
la destruction des composants électroacoustiques, nous
a d’emblée imposé d’orienter les ouvertures (surfaces
rayonnantes du dipôle) vers le bas. Compte tenu de la
gamme de fréquences du cahier des charges (80 Hz/
500 Hz) et des dimensions de l’actuateur, l’orientation des
surfaces rayonnantes a peu d’influence sur les performances
acoustiques de ce dernier.
Un processus itératif a ensuite permis un premier
dimensionnement de l’actuateur en effectuant un compromis
entre dimensions extérieures minimales, utilisation de
composants commerciaux, encombrement du haut-parleur,
performances acoustiques (notamment l’ajustement de la
fréquence de résonance des Helmholtz), contraintes liées à
l’utilisation, ergonomie et esthétisme. Une vue schématique
de la configuration retenue est présentée en figure 8.
Fig. 7 : Caractéristiques du haut-parleur
ScanSpeak 15W/85300K00
Fig. 5 : Configurations envisagées pour les actuateurs
Fig. 6 : Impact de la charge acoustique et du haut-parleur
sur le débit acoustique généré par l’actuateur
Fig. 8 : Vue schématique de l’actuateur