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Spécial “ Electroacoustique ”
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Acoustique
&
Techniques n° 52
climatisation apparaît comme importante dans les pays
du Sud de l’Europe ou dans tout autre pays au climat
tropical.
Une antenne réduite de 15 actuateurs avait déjà été étudiée
avec succès à proximité de l’aéroport de Saint-Exupéry par
le LMA et le Comptoir de la Technologie dans le cadre du
projet EAU financé par l’ADEME en 2002-2003. Pour TERIA,
l’antenne devait être beaucoup plus grande et compter
64 modules (un module comprend un actuateur et un
microphone) montés sur une antenne de 5 mètres sur 5
mètres. Elle devait être expérimentée sur la terrasse d’une
villa transformée en centre d’essais et située à 400 mètres
de l’extrémité des pistes de l’aéroport de Malpensa à Milan
(Italie). Des simulations avaient montré qu’une telle antenne
était susceptible de produire, dans le cas d’une source de
bruit parasite fixe et éloignée, une réduction de 5 à 10 dB
du bruit dans une zone jusqu’à 10 mètres derrière l’antenne
et pour une bande de fréquence de 80 à 500 Hz. Dans
le cas d’avions au décollage, les performances attendues
étaient moindres mais non négligeables.
L’originalité principale de l’antenne étudiée par le LMA
résidait dans le fait que grâce à l’utilisation de transducteurs
(actuateurs et microphones) directifs, le contrôle pouvait
être décentralisé (contrôle actif diagonal)
; c'est-à-dire que
les N modules étaient complètement indépendants les uns
des autres et ne nécessitaient chacun qu’un contrôle actif
monovoie beaucoup plus simple à réaliser et à mettre en
œuvre qu’un contrôle actif global à N voies.
Cahier des charges fonctionnel
pour les modules
Dans le cadre du projet TERIA, le LMA a sous-traité au CTTM
(Centre de Transfert de Technologies du Mans) l’étude et la
réalisation de 64 modules (on appelle module un ensemble
constitué d’un actuateur réalisé à partir d’un haut-parleur
électrodynamique et d’un microphone à électret monté
sur l’axe de l’actuateur) et de leur support permettant
de les monter en antenne 8x8 à l’extérieur. Le CTTM a
également eu en charge la fourniture des préamplificateurs
des microphones et des amplificateurs de puissance des
actuateurs.
Le cahier des charges établi par le LMA a été défini comme
suit :
Contraintes géométriques en environnementales
- L’espacement entre modules sur leur support est
susceptible de varier de 50 à 80 cm.
- Le montage et le démontage des modules de leur support
doivent être rapides.
- La connectique et le câblage doivent permettre le
remplacement aisé des modules tout en restant étanche,
et autoriser un éloignement de 10 mètres de l’antenne
avec son électronique.
- Les dimensions des actuateurs ne doivent pas dépasser le
volume d’un cylindre de 20 cm de diamètre et de 40 cm de
long pour laisser à l’antenne une apparence suffisamment
«transparente».
- Les microphones peuvent être positionnés à une distance
pouvant varier de 20 à 60 cm du centre acoustique de la
source.
- Le poids maximal de chaque module est de l’ordre de
3 kg.
- L’antenne doit pouvoir rester sans protection environ 2
ans à l’extérieur.
Contraintes acoustiques
- Les actuateurs doivent posséder une directivité de type
dipolaire de manière à réduire leur contribution sur les
microphones de contrôle des modules voisins par rapport
à celle de leur propre microphone de contrôle (condition
imposée par le contrôle diagonal).
- Pour les mêmes raisons, les microphones de contrôle
doivent posséder une directivité dipolaire de façon à capter
préférentiellement le contre-bruit émis par l’actuateur de
leur module.
- Chaque actuateur doit produire, à un mètre de son centre
acoustique, dans la bande 80-500 Hz, un niveau acoustique du
même ordre de grandeur que celui créé par le plus important
des bruits d’avion mesurés sur la terrasse de la villa.
Contraintes économiques
- Les transducteurs doivent être choisis parmi les produits
commerciaux.
- Pour minimiser les coûts, la réalisation des modules doit
utiliser le plus possible d’éléments standards.
Dans ce qui suit, nous nous limitons à exposer le
développement des actuateurs.
Conception des actuateurs
Monopôle acoustique/dipôle acoustique
Dans les applications les plus courantes, un actuateur
est de type monopolaire. C’est, par exemple, le cas d’un
haut-parleur chargé par une enceinte close. Aux basses
fréquences (dimensions de la source plus petites que la
longueur d’onde acoustique), pour un rayonnement dans
4
π
stéradians, la pression acoustique p
m
(r) créée par la
source monopolaire à une distance «r» est alors décrite
par l’expression suivante
:
où
ρ
est la densité de l’air,
c est la célérité,
k=
ω
/c,
ω
étant la pulsation correspondant à la fréquence f,
Q est le débit acoustique du monopôle.
Le rayonnement est omnidirectionnel et la pression décroît
avec la distance.
Un dipôle acoustique est une source constituée de deux
monopôles identiques, séparés d’une distance «d» petite
devant la longueur d’onde (kd<<1), mais dont les débits sont
en opposition de phase (voir figure 1 page suivante).
L’un des exemples les plus courants est un haut-parleur sans
écran rayonnant par ses deux faces. Le champ de pression
créé par un dipôle s’obtient en appliquant le principe de
superposition à deux sources de type monopolaire. Il est
donné par p
d
(r)
:
Conception d’actuateurs dipolaires pour dispositif de contrôle actif de bruit