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Spécial « Congrès Acoustics 2012 »
Étude expérimentale d’égalisation modale d’une salle aux basses fréquences à l’aide d’absorbeurs électroacoustiques actifs
Ainsi, pour certains types d’impédance de charge, le coef-
ficient d’absorption peut atteindre des valeurs proches de
l’unité, sur une bande de fréquence plus ou moins large
selon la valeur de résistance totale. Celle-ci est obtenue
en additionnant les résistances mécaniques équivalentes
du haut-parleur shunté (somme des pertes mécaniques
et électriques, incluant la charge active) et la valeur de
réactance mécanique équivalente à la charge électrique
active, qui est généralement réglée de manière à dimi-
nuer la réactance mécanique globale (somme de toutes
les réactances mécaniques équivalentes) sur la bande de
fréquence désirée (par exemple en synthétisant une réac-
tance électrique négative).
Ce résultat peut en particulier être exploité pour réaliser
une égalisation modale aux basses fréquences dans une
salle. Pour un contrôle performant de l’absorption acous-
tique, la gamme de fréquences est idéalement située
autour de la résonance, soit sur une bande de fréquences
comprise entre 20 et 100 Hz. C’est cette configuration qui
sera développée dans les sections suivantes.
Validation expérimentale du principe
Afin de mettre en évidence les propriétés absorbantes d’un
absorbeur électroacoustique soumis à une charge électri-
que active, plusieurs prototypes d’absorbeur électroacous-
tique ont été réalisés avec des haut-parleurs bas-medium
Monacor SPH-300TC en enceinte close de 23 litres, avec
un dispositif de synthèse d’impédance électrique dont la
mise en œuvre n’est pas détaillée davantage.
Les performances d’absorption acoustique de ces proto-
types sont mesurées avec la méthode de mesure de l’im-
pédance acoustique à l’aide de deux microphones, selon
la norme ISO 10534-2 [7].
Fig. 3 : Coefficient d’absorption mesuré pour les 4 absorbeurs
électroacoustiques utilisés pour l’étude, comparé au cas
en circuit ouvert
Measured sound absorption coefficient of the four
electroacoustic absorbers used in the experiments in
open circuit and connected to a specific electrical load
Comme le montrent les résultats présentés en figure 3,
le concept d’absorbeur électroacoustique permet d’amé-
liorer les performances acoustiques de la membrane du
haut-parleur, en augmentant les pertes totales du dispo-
sitif à travers des résistances électriques. Le facteur de
qualité de la résonance est affecté par le contrôle, indiquant
un changement au niveau de la réactance du système.
Ainsi, il est possible de montrer que le contrôle électri-
que revient à créer, du côté mécanique, une masse et
une compliance équivalentes et négatives, permettant
d’abaisser la pente de la réactance acoustique autour de
la résonance du haut-parleur.
Ce principe de contrôle acoustique va maintenant être
appliqué à un champ complexe tridimensionnel, afin de
mettre en évidence le potentiel de la technique pour l’éga-
lisation modale d’une salle en vue de la diffusion de son
aux basses fréquences.
Égalisation modale aux basses fréquences
Cette étude expérimentale vise à appliquer le contrôle modal
à une pièce rectangulaire dont les murs et le plafond sont en
béton, et le sol en carrelage. La salle de tests est un local
technique de dimensions 3 x 5,6 x 3,53 m
3
, représentant
une surface totale de 94,3 m² et un volume de 59,3 m³. Du
fait de parois rigides ce local est caractérisé par une faible
absorption équivalente, et par conséquent de réverbéra-
tion importante. Elle présente en outre des modes isolés
facilement identifiables aux basses fréquences.
Identification des fréquences propres de la salle
L’identification des modes propres dominants de la salle
est un préalable à l’étape de traitement acoustique qui va
suivre. Leur évaluation explicite via le calcul des valeurs et
fréquences propres de la salle est en général complexe et
peut-être facilitée par l’application de méthodes numéri-
ques par éléments finis (FEM). Compte tenu de la géomé-
trie particulièrement simple et des conditions de frontière
relativement uniformes, la théorie ondulatoire de l’acous-
tique des salles peut également être appliquée [1,8].
Un modèle de la salle a été établi par éléments finis à l’aide
du logiciel Comsol Multiphysics, afin de calculer la struc-
ture spatiale des différents modes. Par cette approche, la
solution de l’équation d’onde est résolue en fonction des
conditions aux limites, qui décrivent mathématiquement les
propriétés acoustiques des murs, du sol et du plafond.
Le niveau de pression acoustique calculé avec le logiciel
dans un coin (désigné par le numéro 8 sur la figure 8 ou la
figure 7) de la salle est illustré sur la figure 4. Le tableau 1
résume les quinze premières fréquences propres de la
salle obtenues pour une célérité de l’air égale à 343 m/s
-1
,
ainsi que la structure des modes associés, représentés
par le triplet (n
x
, n
y
, n
z
).
Fig. 4 : Niveau de pression acoustique calculé dans le coin 8 de la
salle
Acoustic pression level computed in the corner 8 of the room
