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Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II75
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Les mousses actives : une solution pour l’amélioration de l’absorption acoustique aux basses fréquences
diffère légèrement des autres tensions de contrôle là où
le coefficient d’absorption n’est pas proche de 1, c’est-
à-dire en-dessous de 300 Hz et au-dessus de 1 100 Hz.
En-dessous de 300 Hz, l’efficacité de rayonnement de la
mousse active est relativement faible dans les basses
fréquences et son niveau de distorsion est assez élevé
(-10 dB). Dans les basses fréquences, le niveau à fournir
pour atteindre un contrôle optimal est relativement
important. En essayant de fournir ce niveau, la mousse
active génère des harmoniques à plus hautes fréquences
non intégrées dans le signal de référence et par conséquent
non contrôlables. Afin de ne pas trop détériorer le contrôle
aux hautes fréquences, le contrôleur diminue l’amplitude
de la commande de contrôle et change la phase aux
basses fréquences. Il y a un équilibre qui se forme alors
entre les hautes fréquences et les basses fréquences
dans le but d’atteindre un maximum de puissance
absorbée, ou plutôt un minimum de puissance réfléchie.
Ce minimum accessible par le contrôle dépend entre
autres du nombre d’échantillons utilisés par le filtre (FIR)
de contrôle, nombre qui dépend directement du temps
d’anticipation du contrôleur. Ce temps d’anticipation est
dépendant du temps de latence des contrôleurs et du
placement du capteur de référence.
La phase de la tension de contrôle normalisée par la
pression incidente sur la surface nous renseigne sur le
mode d’action du PVDF. Dans les basses fréquences, la
phase est proche de π /2. Sachant que la pression est en
retard de π /2 sur le déplacement particulaire, le PVDF
se déplace donc en phase avec les molécules d’air à la
surface de la mousse. Dans les basses fréquences, la
mousse active agit donc exactement comme un haut-
parleur qui est contrôlé pour maximiser l’absorption.
Quand la fréquence augmente, l’absorption passive de
mousse est de plus en plus importante et le PVDF doit
générer un déplacement moins important correspondant
au déplacement de l’onde incidente qui n’a pas été
passivement dissipée dans la mousse.
Comparaison des performances des trois cellules
La comparaison des absorptions passives (figure 7)
montre que les mousses actives 2 et 3 dominent largement
la mousse adaptative 1 sans contrôle. Ceci peut être
mis directement en relation avec l’épaisseur moyenne
et le volume de mousse des différentes configurations.
L’absorption passive fixe la limite haute fréquence jusqu’à
laquelle le contrôle doit fonctionner (dépendamment du
seuil à atteindre sur le coefficient d’absorption). Si l’on fixe
par exemple un seuil minimum de 0,95 pour le coefficient
d’absorption, la cellule 1 devra contrôler au-dessus de
1 500 Hz, la cellule 2 jusqu’à 1 500 Hz et la cellule 3 jusqu’à
1 100 Hz. La limite haute fréquence de fonctionnement du
contrôle des mousses actives est un paramètre important
à ne pas négliger.
En situation de contrôle optimal, pour une même pression
incidente, la cellule demandant le moins de tension
électrique d’alimentation est globalement la cellule 2
(figure 8). La mousse active 2 a pourtant une surface de
PVDF inférieure à la mousse 3. On voit donc qu’il n’y a
pas que la surface de PVDF qui impacte l’efficacité des
mousses actives, la forme et le comportement modal de
la mousse (ici mélamine) a aussi une forte influence. Le
mode d’action des mousses actives qui est de contraindre
le PVDF et la mousse à se déplacer en phase avec les
molécules d’air à la surface de la mousse, induit le fait
que l’efficacité de contrôle est intimement liée au débit
acoustique des mousses actives
La tension maximale applicable aux bornes du PVDF
est environ de 300 Vrms. Étant donné que la cellule 2
a besoin de 100 Vrms pour absorber 1Pa rms (93 dB)
à 100 Hz, le niveau de pression le plus élevé que cette
cellule pourrait absorber est 103 dB à 100 Hz. Ce niveau
serait de 114 dB à 300 Hz. C’est un niveau relativement
important, mais valable uniquement pour une fréquence
pure. Pour le contrôle le plus réaliste, c’est-à-dire le
contrôle adaptatif large bande, les mousses actives 2 et
3 offrent de belles potentialités. Il est possible d’obtenir
un coefficient d’absorption supérieur à 0,95 à partir de
250 Hz et ce pour une onde incidente de 91 dB sans
pour autant avoir atteint la limite de tension supportée
par le PVDF. On peut donc espérer absorber une onde
incidente de 100 dB en large bande en utilisant le PVDF
au maximum de ces capacités (300 Vrms).
Fig. 7 : Absorption acoustique passive des trois cellules
Passive acoustic absorption of the
3 smart foam prototypes
Fig. 8 : Tensions de contrôle normalisées par la pression incidente
sur la surface de la mousse dans le cas de contrôle
de type adaptatif avec une perturbation harmonique
Normalized driven voltages obtained with the
three smart foam prototypes for an adaptive
control using a pure tone as excitation