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Spécial “ Electroacoustique ”
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Acoustique
&
Techniques n° 52
La mesure des dispositifs d’écoute individuelle
L’oreille artificielle (cf. [1] et figure 1) est constituée
d’un volume frontal, qui simule une partie du pavillon de
l’oreille humaine et assure le couplage entre le casque
de l’audiomètre et l’oreille artificielle. Les autres éléments
reproduisent l’impédance acoustique du conduit auditif. Il
s’agit de conduits étroits (4 tubes et une fente annulaire plate)
débouchant dans deux cavités de volumes différents.
Le LNE en collaboration avec le Laboratoire d’Acoustique de
l’Université du Maine (LAUM) a donc réalisé une étude sur la
modélisation individuelle des éléments constitutifs de l’oreille
artificielle. Ces nouvelles modélisations s’appuient sur les
équations de l’acoustique en fluide dissipatif homogène,
les effets de viscosité du fluide, importants dans les
conduits capillaires, sont pris en compte de manière plus
rigoureuse ainsi que les effets de conductivité thermique
qui sont négligés dans les modèles en usage. L’impédance
d’entrée de l’oreille artificielle est ainsi calculée sur la base
des données géométriques des éléments constituant le
transducteur. La comparaison des impédances d’entrée
de l’oreille artificielle calculées à partir du nouveau modèle
analytique et du modèle normalisé montre des différences
significatives (cf. figure 2) appuyant ainsi l’idée de la
nécessité d’une description analytique plus rigoureuse.
Mesure de l’impédance acoustique d’éléments
capillaires
La validation des nouveaux modèles d’impédances des
éléments constitutifs de l’oreille artificielle exige une
méthode de test permettant d’accéder à ces grandeurs
par la mesure. Le LNE a donc développé une méthode
de mesure d’impédances acoustiques de petits éléments
tels que des tubes, des fentes, des cavités ou leurs
associations.
Le dispositif de mesure d’impédance proposé repose sur
les avancées mises en œuvre au LNE pour l’étalonnage des
microphones en pression par la méthode de réciprocité (cf.
encart 1) [2]. Il nécessite deux microphones réciproques,
l’un utilisé en émetteur et l’autre en récepteur, couplés par
une cavité acoustique de forme cylindrique où les petits
éléments à caractériser sont disposés en paroi sur la
périphérie de la cavité (cf. figure 3).
L’impédance d’entrée de l’élément placé en paroi de
la cavité de couplage est alors déduite de mesures
électriques et de modèles analytiques de champs
acoustiques décrivant le comportement du fluide à
l’intérieur de la cavité de couplage. Ces mesures sont
alors comparées aux impédances théoriques des éléments
utilisés, l’objectif étant de parvenir à une convergence
des deux résultats.
Fig. 2 : Admittance acoustique théorique (inverse de
l’impédance) du conduit auditif de l’oreille artificielle
(tubes, fente annulaire et cavités annulaires) selon
le modèle utilisé, nouveau modèle et modèle à
constantes localisées (norme CEI 60318-1, Réf.[1])
Fig. 3 : Dispositif utilisé pour la mesure d’impédances
acoustiques de petits composants (en exemple,
tubes débouchant dans une cavité annulaire)
Etalonnage des microphones par la méthode
de la réciprocité
Les microphones à condensateur sont des transducteurs à la fois
réversibles et réciproques c’est-à-dire qu’ils conservent leurs propriétés
électroacoustiques, qu’ils soient utilisés en émetteur ou en récepteur.
Cette propriété autorise une méthode d’étalonnage dite «méthode de la
réciprocité», laquelle permet de déterminer de manière apparemment
absolue l’efficacité (rapport de la tension électrique crée sur la pression
acoustique subie) d’un microphone en le couplant à deux microphones,
eux aussi inconnus et réciproques.
Pour chaque couple de microphones, l’un émetteur et l’autre récepteur,
dans un milieu approprié (champ libre ou cavité) on peut déterminer
le produit des efficacités. La théorie nous indique que ce produit
est égal au quotient d’une impédance électrique par une impédance
acoustique. La première est déterminée par des mesures électriques
tandis que la deuxième résulte de l’expression analytique du champ
acoustique (champ libre ou dans la cavité). Le raccordement de la
mesure de l’efficacité aux unités du système international se fait par ces
impédances qui font intervenir des paramètres électriques, dimensionnels
et thermodynamiques.
Disposant de trois couples et de trois inconnues, les efficacités
respectives des microphones peuvent être calculées.
L’important est de noter que la précision de l’étalonnage est directement
liée à la précision de la modélisation du couplage. Ce point constitue la
limite actuelle de la méthode ; néanmoins, elle reste la plus précise donc
la méthode primaire d’étalonnage des microphones (Réf[2]). On étalonne
tous les autres microphones par comparaison avec ces microphones
de référence.