2 1 '~ 0 ~
Procédé de contrôle actif du bruit ~roduit Dar un aD~areil et dis~ositif de mise en oeuvre du Procédé.
La présente invention concerne un procédé de contrôle actif du bruit produit par un appareil. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention s'applique particulièrement bien à
l'atténuation des bruits générés par les appareils entrant dans la constitution d'un train pour réduire le bruit de roulement transmis à l'intérieur des véhicules.
Il est connu d'atténuer les bruits générés par des machines tournantes, des appareils comportant des organes en mouvement, etc, par des matériaux absorbsnt les bruits. On les utilise généralement sous forme de panneaux d'isolation 15 disposés autour des appareils bruyants. Pour être suffisamment efficaces, ces panneaux doivent être relativement épais donc encombrants. Ils sont disposés à une certaine distance des appareils ce qui augmente l'encombrement. En outre, il y a inévitablement des zones 20 dépourw ss d'isolation (zones de transmission des mouvements, conduits de ventilation, conduits d'échappement de gaz, etc.).
On conn~it aussi des systèmes de contrôle actif du - bruit qui utilisent un procédé consistant ~ générer électroniquement un bruit en opposition de phase svec un bruit genant afin d'annuler ce dernier. Bien gue ce procédé
utilise des principes théoriques connus depuis longtemps, ce n'est que depuis peu qu'il a donné lieu à quelques applications. La raison tient à la complexité qu'il y a à
reproduire en temps réel un signal en opposition de phase avec un bruit donné. Cette difficu;té peut maintenant être surmontée grâce aux progrès incessants effectués dans le domaine des microprocesseurs qui peuvent actuellement traiter des algorithmes complexes.
Les systèmes de controle actif du bruit étudiés actuellement et même commercialisés pour certains consistent 212~ )9 à tenter d'annuler le bruit à proximité immédiate des oreilles d'une personne ou à la rigueur de quelques personnes. Un casque à contrôle actif du bruit vient d'etre commercialisé. Il permet de superposer, aux oreilles du 5 porteur du casque, un signal antibruit à un bruit environnant. Des expériences sont actuellement menées à bord de petits avions pour réduire le bruit dans la carlingue. On utilise pour cela des capteurs acoustiques, représentant grossièrement les oreilles des passagers, et un nombre relativement important de haut-parleurs pour générer un s-gnal d'antibruit dans la carlingue, ce signal se superposant au bruit environnant.
Ces systèmes connus de controie actif du bruit présentent un certain nombre d'inconvénients. En effet, ils 15 ont pour objet d'annuler le bruit à un emplacement déterminé
ou a plusieurs emplacements également bien déterminés représentant la position d'une ou de plusieurs personnes.
Si le casque antibruit peut s'utiliser sans problème dans le cas d'un pilote d'avion de chasse, il n'en va pas de même 20 des passagers d'un avion de ligne ou d'un tra n. Le contrôle actif du bruit dans un local de grand volume (une voiture ferroviaire par exemple) est, par ces méthodes, difficile à
mettre en oeuvre. ~1 exige un grand nombre de hauts parleurs et de microphones detecteurs de bruit. En outre, les zones à~
faible bruit sont localisées. On retombe dans un espace bruyant dès qu'on s'écarte de ces zones.
La presente invention yropose une solution à ces problèmes. Elle consiste à utiliser un procédé de contrôle actif du bruit. non pas pour annuler ou diminuer le bruit à
30 certains endroits déterminés d~un local occupé, mais pour annuler ou diminuer le bruit autour de l'appareil générateur de bruit afin d'empêcher sa propagation vers le local en question. L'appareil bruyant occupant généralement un espace restreint par rapport au local occupé, le dispositif 35 antibruit utilise alors un nombre réduit de détecteur et de haut-parleurs.
'~120ilO9 L'invention a donc pour objet un procédé de contrôle actif du bruit ;ransmis dans un local par une source bruyante extérieure au local, consistant à capter le bruit produit par la so~rce bruyante et à générer électroniquement un contre-bruit, c'est-à-dire un bruit en opposi'ion de phase avec le brui' de la source afin de l'annuler, caractérisé en ce que le ccntre-bruit est ajouté au bruit de so~rce d~ns une .one située entre la source bruyante et le local pour former une barriè~e silencieuse presente tout le 1~ long de ladite zone et dont les dimensions sont celles de ladite zone, de manière à empécher la transmission du bruit de source vers le local.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de mise en ceuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyers de captage du bruit de source placés à
proximité de la source bruyante et délivrant des signaux représentatifs du ~ruit de source, - des moyens recevant les signaux représentatifs du bruit de source et générant ~lectroniquement en réponse des signaux de contre-bruit, - des moyens transducteurs recevant les signaux de contre-bruit et e~ettant le contre-bruit, ces moyens transducteurs étant situés dans ladite zone entre la source bruyante et le local, - des moyens de controle, relies aux moyens transducteurs, assurant la minimisation du niveau de bruit, ces moyens de controle étant situés dans ladite zone entre la source bruyante et le local, ~ ~-et caractérisé par la formation d'une barrière silencieuse 30 présente tout le lcng de ladite zone et dont les dimensions sont celles de ladite zone.
Les moyens transducteurs peuvent etre des haut-parleurs dirigés ve s le local.
Ils peuvent constituer des parois vibrantes enveloppant la source bruyante.
212~109 La source bruyante peut être un organe constitutif d'un train. Il peut s'agir d'un bogie situé sous la caisse d'un véhicule ferroviaire. Il peut s'agir d'un bogie médian reliant deux véhicules ferroviaires, les moyens transducteurs étant disposés d'une part sur l'un des deux véhicules ferroviaires et d'autre part sur l'autre véhicule ferroviaire.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaitront à la lecture de la 10 description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 représente une fraction d'une rame ferroviaire non arti~ulée sur laquelle est monté le dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une fraction d'une r~me ferroviaire articulée sur laquelle est monté le dispositif selon l'invent on, - la figure 3 illustre une première variante de mise en oeuvre de l'invention sur une rame ferrovi~ire articulée, - la figure 4 illustre une deuxième variante de mise en oeuvre de l'invention sur une rame ferroviaire articulée, - la figure 5 représente schématiquement la partie électrique du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
~5 Dans la suite de la description, on choisira comme source bruyante un bogie de véhicule ferroviaire et comme l~cal le compartiment voyageurs ~ou les compartiments voyageurs) adjacents.
Le bruit de roulement d'un train est transmis, par l'intermédiaire des boqies, aux compartiments voyageurs.
Pour atténuer ce bruit de roulementj on utilise actuellement des panneaux isolants disposés entre bogies et compartiments. Ces panneaux pèsent relativement lourds (plus de 30 kg/m') et ont entre 10 et 15 cm d'épaisseur.
-21 2Q~09 Les bogies peuvent atre reliés aux véhicules ferroviaires de deux façons différentes illustrées par les figures 1 et 2.
Chaque extrémité d'un véhicule ferroviaire peut reposer sur un bogie qui lui est propre. C'est le cas des rames ferroviaires non articulées. Ainsi à la figure 1, les extremités de deux véhicules ferroviaires adjacents 1, 2 reposent sur des bogies 3, 4 propres à chaque véhicule.
Selon l'invention, la transmission du bruit de roulement lo venant des bogies 3, 4 est arretée ou fortement atténuée par la présence de barrières silencieuses 5, 6 recouvrant les bogies et les séparant de l'intérieur des véhicules 1, 2.
Deux extrémités adjacentes de véhicules ferroviaires peuvent reposer sur un bogie commun. C'est le cas des rames 15 articulées. Ainsi à la figure 2, les extrémités adjacentes des véhicules 11 et 12 reposent sur un bogie commun 13. De même, les extrémités adjacentes des véhicules 12 et 14 reposent sur un bogie commun 15. Selon l'invention, la transmission du bruit de roulement venant des bcgies 13 et 15 est arretée ou fortement atténuée par la présence de deux barrières silencieuses par bogie. Les barrières silencieuses 16 et 17 s'opposent à la propagation du bruit de roulement venant du bogie 13 et se propageant vers les véhicules 11 et 12. De même, les barrières silencieuses 18 et 19 s'opposent 25 à la propagation du bruit de roulement venant du bogie 15 et se propageant vers le véhicules 12 et 14.
Les barrières silencieuses s'opposent au bruit tout le long de la zone entre la source bruyante et le local. Ses dirensions sont celles de la zone située entre la source 30 bruyante et le local.
L'épaisseur des barrières accoustiques dépendra du problème traité qui est fonction, par exemple, de la gamme de fréquence, de l'étendu de la source.
Les barrières silencieuses sont présentes tout le long 35 de la zone. Elles ont donc des dimensions correspondant à
celle de la paroi.
2126~ 109 En d'autres termes, les barrières silencieuses ont comme fonction de doubler, de façon fictive, la paroi d'origine.
La barrière silencieuse est susceptible d'être équipée 5 de moyens de controle ~non représentés), par exemples des capteurs. Ces moyens de contrôle sont reliés aux moyens transducteurs recevant les signaux de contre-bruit et émettant le contre-bruit.
Ces capteurs ont pour fonction d'assurer la 10 minimisation du niveau de bruit dans la zone de silence.
Les figures 3 et 4 illustrent l'application de l'invention au cas d'une rame articulée à deux niveaux. Ces figures montrent une moitié de bogie 20 supportant l'extrémité d'un véhicule 21. Un capteur de ~ruit 22 (ou éventuellement plusieurs capteurs) est placé à proximité du bogie 20 constituant la source bruyante. Ce capteur de bruit délivre les signaux détectés à un générateur de contre-bruit embarqué qui élabore électroniquement des signaux de contre-bruit. Ces signaux sont reçus par un ensemble de transducteurs, des haut-parleu-s 23 pour la figure 3, entourant la partie du bogie 20 correspondant au véhicule 21. Les haut-parleurs émettent le contre-bruit dans la direction de propaqation du bruit de roulement, c'est-à-dire vers l'intérieur habité du véhicule.
Si les haut-parleurs 23 transmettent un contre-bruit qui est égal au bruit de roulement mais en opposition de phase, il existe alors au niveau des haut-parleurs une barrière silencieuse empechant la transmissior, du bruit de source vers l'intérieur du véhicul~.
A la figure 4 les transducteurs sont constitués de parois vibrantes 24 entourant l'extrémité du bogie 20.
Le controle du bruit peut donc être du type aérien par l'emploi de haut-parleurs. Il peut être de type solidien par l'emploi d'éiéments appliqués sur les cloisons adjacentes au 35 bogie comme des pots vibrants ou des éléments piézoélectriques auxquels on peut donner la forme de parois.
2120~09 Le contrôle actif du bruit de roulement peut se faire selon les procédés connus de controle actif, en boucle ouverte ou en boucle fermée.
Le générateur de contre-bruit 30 (voir la figure 5) S peut étre constitué de filtres numériques calculés par algorithme LMS (méthode des moindres carrés). Il resoit des signaux électriques représentatifs du bruit de roulement et transmis par le capteur 22 et fournit en réponse des signaux de contre-bruit aux haut-parleurs 23 (ou aux autres 10 transducteurs utilisés).
Dans le domaine ferroviaire l'invention peut encore s'appliquer a la réduction du bruit transmis par d'autres organes, par exemple les moteurs de traction.
Actuellement les générateurs de contre-bruit sont 15 utilisables surtout pour les bruits de basse fréquence. Pour les plus hautes fréquences il faut encore interposer des couches de matériau isolant. Néanmoins, des couches d'épaisseur relativement faible suffisent pour ces hautes fréquences de bruit.
L'invention permet également, si la barrière silencieuse enveloppe suffisA -nt la source bruyante, de réduire le niveau de bruit rayonné à l'extérieur du local concerné. 2 1 '~ 0 ~
Active noise control process ~ product Dar a aD ~ areil and dis ~ ositif implementation of the Method.
The present invention relates to a control method active noise produced by a device. It relates to also a device for the implementation of this process.
The invention is particularly applicable to attenuation of noise generated by incoming devices in building a train to reduce noise from rolling transmitted inside vehicles.
It is known to attenuate the noises generated by rotating machines, apparatus comprising movement, etc., by noise absorbing materials. We usually use them as insulation boards 15 arranged around noisy devices. To be sufficiently effective, these panels must be relatively thick so bulky. They are willing to certain distance from the devices which increases clutter. In addition, there are inevitably areas 20 without insulation (areas of transmission of movements, ventilation ducts, exhaust ducts gas, etc.).
Active control systems are also known - noise using a process consisting in generating electronically a noise in phase opposition with an annoying noise in order to cancel the latter. Well this process uses long known theoretical principles, this It is only recently that it has given rise to a few applications. The reason is due to the complexity of reproduce in real time an opposite phase signal with a given noise. This difficulty can now be overcome thanks to the incessant progress made in the field of microprocessors which can currently deal with complex algorithms.
The active noise control systems studied currently and even marketed for some consist 212 ~) 9 to try to cancel the noise in the immediate vicinity of ears of a person or a few people. Active noise control headphones have just been marketed. It allows to superimpose, on the ears of the 5 helmet holder, noise canceling signal surrounding. Experiments are currently being carried out on board small planes to reduce noise in the cabin. We uses acoustic sensors, representing roughly the ears of the passengers, and a number relatively large number of speakers to generate a anti-noise signal in the cabin, this signal is superimposed on the surrounding noise.
These known active noise control systems have a number of drawbacks. Indeed, they 15 are intended to cancel noise at a specific location or at several equally well determined locations representing the position of one or more people.
If the noise canceling headphones can be used without problems in the case of a fighter pilot, it is not the same 20 passengers on an airliner or a train. Control active noise in a large volume room (a car rail for example) is, by these methods, difficult to enforce. ~ 1 requires a large number of speakers and noise detector microphones. In addition, the areas to ~
low noise are localized. We fall back into a space noisy as soon as we move away from these areas.
The present invention provides a solution to these problems. It consists in using a control process active noise. not to cancel or reduce the noise to 30 certain specific places of an occupied place, but for cancel or reduce noise around the generator noise to prevent its spread to the room by question. The noisy device generally occupies a space restricted in relation to the room occupied, the device 35 noise reduction then uses a reduced number of detectors and speakers.
'~ 120ilO9 The invention therefore relates to a control method active noise; transmitted into a room by a source noisy outside the room, consisting in picking up noise produced by noisy so ~ rce and electronically generated a counter-noise, that is to say a noise in opposition to phase with the noise of the source in order to cancel it, characterized in that the center noise is added to the noise of so ~ rce in a .one located between the noisy source and the room to form a silent barrier presents all the 1 ~ along said zone and whose dimensions are those of said area so as to prevent the transmission of noise from source to local.
The invention also relates to a setting device in ceuvre of this process, characterized in that it comprises:
- source noise capture means placed at proximity to the noisy source and delivering signals representative of ~ source noise, - means receiving the signals representative of the source noise and generating ~ electronically in response to counter noise signals, - transducer means receiving the signals from against noise and e ~ being the noise, these means transducers being located in said area between the source noisy and local, - control means, linked to the means transducers, ensuring the minimization of the noise level, these control means being located in said zone between the noisy source and the room, ~ ~ -and characterized by the formation of a silent barrier 30 presents all the lcng of said zone and whose dimensions are those of the said zone.
The transducer means may be high speakers directed towards the room.
They can constitute vibrating walls enveloping the noisy source.
212 ~ 109 The noisy source can be a constituent organ of a train. It can be a bogie located under the body of a railway vehicle. It can be a middle bogie connecting two railway vehicles, the means transducers being arranged on the one hand on one of the two rail vehicles and secondly on the other vehicle rail.
The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the 10 description which follows, given without limitation, accompanied by the accompanying drawings, among which:
- Figure 1 shows a fraction of a train non-articulated railway on which the device according to the invention, - Figure 2 shows a fraction of a r ~ me articulated rail on which the device is mounted according to the invention, - Figure 3 illustrates a first variant of placing implementation of the invention on an articulated railroad train, - Figure 4 illustrates a second variant of placing implementing the invention on an articulated railway train, - Figure 5 shows schematically the part the device for implementing the method according to the invention.
~ 5 In the following description, we will choose as noisy source a rail vehicle bogie and like l ~ cal passenger compartment ~ or compartments travelers) adjacent.
The rolling noise of a train is transmitted, by through the boqies, to the passenger compartments.
To reduce this rolling noise, we are currently using insulating panels arranged between bogies and compartments. These panels weigh relatively heavy (more 30 kg / m ') and are between 10 and 15 cm thick.
-21 2Q ~ 09 Bogies can be connected to vehicles railway in two different ways illustrated by Figures 1 and 2.
Each end of a rail vehicle can rest on its own bogie. This is the case for non-articulated train sets. So in Figure 1, the ends of two adjacent railway vehicles 1, 2 are based on bogies 3, 4 specific to each vehicle.
According to the invention, the transmission of rolling noise lo coming from the bogies 3, 4 is stopped or strongly attenuated by the presence of silent barriers 5, 6 covering the bogies and separating them from inside the vehicles 1, 2.
Two adjacent ends of railway vehicles can be based on a common bogie. This is the case with the oars 15 articulated. So in Figure 2, the adjacent ends vehicles 11 and 12 rest on a common bogie 13. From same, the adjacent ends of vehicles 12 and 14 are based on a common bogie 15. According to the invention, the transmission of rolling noise from bcgies 13 and 15 is stopped or greatly attenuated by the presence of two bogie silent barriers. Silent barriers 16 and 17 oppose the propagation of rolling noise coming from the bogie 13 and propagating towards vehicles 11 and 12. Similarly, the silent barriers 18 and 19 oppose 25 to the propagation of the rolling noise coming from the bogie 15 and propagating towards vehicles 12 and 14.
Silent barriers oppose noise all along the area between the noisy source and the room. His dirensions are those of the area between the source 30 noisy and local.
The thickness of the acoustic barriers will depend on the problem dealt with which is a function, for example, of the range frequency, the extent of the source.
Silent barriers are present all along 35 from the area. They therefore have dimensions corresponding to that of the wall.
2126 ~ 109 In other words, silent barriers have as a function of fictitiously doubling the wall of origin.
The silent barrier may be fitted 5 control means ~ not shown), for example sensors. These control means are linked to the means transducers receiving the counter-noise signals and emitting the counter-noise.
These sensors have the function of ensuring the 10 minimization of the noise level in the zone of silence.
Figures 3 and 4 illustrate the application of the invention in the case of an articulated train set on two levels. These figures show a half of bogie 20 supporting the end of a vehicle 21. A leakage sensor 22 (or possibly several sensors) is placed near the bogie 20 constituting the noisy source. This noise sensor delivers the detected signals to a noise generator on-board which electronically processes counter signals noise. These signals are received by a set of transducers, speakers 23 for Figure 3, surrounding the part of the bogie 20 corresponding to the vehicle 21. The loudspeakers emit the counter-noise in the direction of propagation of rolling noise, i.e.
towards the manned interior of the vehicle.
If the speakers 23 transmit a counter-noise which is equal to the rolling noise but in opposition to phase, then there is a loudspeaker level silent barrier preventing transmissior, noise from source towards the interior of the vehicle ~.
In Figure 4 the transducers consist of vibrating walls 24 surrounding the end of the bogie 20.
Noise control can therefore be of the aerial type by the use of loudspeakers. It can be of the solidien type by the use of elements applied to the partitions adjacent to the 35 bogie like vibrating pots or elements piezoelectric which can be given the form of walls.
2120 ~ 09 Active rolling noise control can be done according to known methods of active control, in a loop open or closed loop.
The counter-noise generator 30 (see FIG. 5) S can be made up of digital filters calculated by LMS algorithm (least squares method). There are electrical signals representative of rolling noise and transmitted by the sensor 22 and provides in response signals against noise to speakers 23 (or others 10 transducers used).
In the railway sector, the invention can still apply to the reduction of noise transmitted by others organs, for example traction motors.
Currently the noise reduction generators are 15 usable especially for low frequency noise. For the higher frequencies it is still necessary to interpose layers of insulating material. Nevertheless, layers of relatively small thickness are sufficient for these high noise frequencies.
The invention also allows, if the barrier silent envelope suffices the noisy source, reduce the level of noise radiated outside the premises concerned.