CA2233253C - Dispositif d'attenuation acoustique active destine a etre dispose a l'interieur d'un conduit en particulier pour l'insonorisation de reseau de ventilation et/ou de climatisation - Google Patents
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Abstract
Le dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit comprend: su moins des premiers moyens capteurs (2) d'un premier signal acoustique, des moyens actionneurs d'atténuation (6) délivrant un signal d'atténuation acoustique active en réponse à un signal de commande choisi, et des moyens électronique s de commande générant le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs. Les premiers moyens capteurs (2) et les moyens actionneurs (6) sont disposés en totalité à l'intérieur du conduit, en regard les uns des autres, et à une distance choisit de la gaine du conduit, l'axe de symétrie du rayonnement des moyens actionneurs et l'axe de symétrie des premiers moyens capteurs (2) sont sensiblement parallèles à la direction de propagation du signal acoustique dans le conduit, et les moyens actionneurs (6) sont disposés en amont des premiers moyens capteurs (2) selon le sens de propagation du signal acoustique dans le conduit.
Description
Disp ositif d'attnuation acoustique active destin tre dp os l'intrieur d'un conduit, en barticulier pour l'in sonorisation de rseau de ventilation et/ou de climatisa-tion La prësente invention concerne l'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un espace confiné, tel qu'un conduit. L'atténuation acoustique active est 1'opêration qui consiste à atténuer un signal acoustique, en créant électroniquement un autre signal acoustique de même amplitude que le signal acoustique à atténuer, et en opposi-tion de phase par rapport à celui-ci.
Elle trouve une application générale dans des installations d'atténuation acoustique active permettant de réduire 1e niveau de bruit dans une zone choisie, telle qu'un conduit.
Elle trouve une application particulière notamment dans l'insonorisation de réseau de ventilation et/ou de climatisa-tion.
On entend ici par signal acoustique à atténuer, un bruit provenant d'une source de bruit quelconque et susceptible de se propager dans le conduit.
On connaît dëjà dans 1e Brevet FR-8313502, un dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit. D'une façon générale, ce disposi-tif comprend les moyens suivants:
- un premier microphone, appelé microphone d'erreur, disposé
à l'intérieur du conduit, et qui capte un premier signal acoustique dit d'erreur, - un second microphone, appelé microphone de référence, -disposé êgalement à l'intérieur du conduit, en amont du premier microphone dans 1e sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit, et qui capte un second signal ~CZi!~L.i_ '.'ol~'.I~ IE
Elle trouve une application générale dans des installations d'atténuation acoustique active permettant de réduire 1e niveau de bruit dans une zone choisie, telle qu'un conduit.
Elle trouve une application particulière notamment dans l'insonorisation de réseau de ventilation et/ou de climatisa-tion.
On entend ici par signal acoustique à atténuer, un bruit provenant d'une source de bruit quelconque et susceptible de se propager dans le conduit.
On connaît dëjà dans 1e Brevet FR-8313502, un dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit. D'une façon générale, ce disposi-tif comprend les moyens suivants:
- un premier microphone, appelé microphone d'erreur, disposé
à l'intérieur du conduit, et qui capte un premier signal acoustique dit d'erreur, - un second microphone, appelé microphone de référence, -disposé êgalement à l'intérieur du conduit, en amont du premier microphone dans 1e sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit, et qui capte un second signal ~CZi!~L.i_ '.'ol~'.I~ IE
- 2 acoustiqûe dit de référence et susceptible de se propager dans 1e conduit, - une source d'atténuation disposée dans 1a paroi de la gaine du conduit, à une distance choisie du premier microphone, et qui délivre un signal d'atténuation acoustique active en réponse à un signal de commande choisi, et - des moyens électroniques de commande propres à générer le signal d'atténuation acoustique active pour la source, en fonction des premier et second signaux acoustiques ainsi captês.
D'une façon générale, les moyens électroniques de commande comprennent des moyens de filtrage dont les coefficients sont adaptés, en temps réel, selon un algorithme choisi pour minimiser l'énergie du signal acoustique d'erreur en fonction du signal acoustique de référence.
Cette installation a l'avantage de n'engendrer qu'une faible perte de charge due uniquement à la présence des microphones d'erreur et de rêférence à l'intérieur du conduit.
Par contre, l'implantation de la source d'atténuation dans la paroi de la gaine du conduit engendre le plus souvent des phénomènes parasites, qui peuvent perturber l'atténuation active. Ces phénomènes, appelés "phénomènes de réfection", surviennent le plus souvent à des fréquences relativement basses, typiquement dès 1e premier mode angulaire des ondes sonores.
Pour éviter ces problèmes de réfection, une solution connue consiste à choisir pour les moyens électroniques de commande (en particulier les filtres de conditionnement ou anti-recou-vrement et de lissage) une fréquence de coupure inférieure à
la fréquence d'apparition des ondes sonores du premier mode angulaire.
~~~,~c.
~F'.~~.;~
~ 3 Toutefois; une telle solution n'est pas satisfaisante et non retenue dans la présente invention en raison du principe de l'atténuation active. En effet, ce principe basé sur 1e fait que la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'air est plus forte que la vitesse de propagation de l'électrici-té, rend nécessaire le maintien d'un retard temporel électri-que faible au niveau des moyens électroniques de commande, ce qui n'est pas possible avec une fréquence de coupure présen-tant une faible valeur.
Une solution connue pour favoriser un retard temporel acoustique (de 1a propagation des ondes sonores) supérieur au retard temporel ëlectrique (de 1a propagation des signaux électroniques), consiste à disposer le microphone de réfé-rence à une distance relativement importante de la source d'atténuation. En pratique, cette distance est choisie égale à au moins quatre fois 1e diamètre d'un conduit circulaire.
De même, il est connu que pour éviter la capture par le microphone d'erreur de modes évanescents provenant de la source d'attënuation ou pour que ces modes soient suffisam-ment amortis, il convient d'éloigner d'une certaine distance ladite source d'atténuation du microphone d'erreur.
I1 en résulte que les dimensions globales d'une telle installation (par exemple la distance entre le microphone d'erreur et le microphone de rêférence), sont choisies grandes, ce qui rend encombrante sa mise en place.
I1 en est de même dans le document US-A-4665549 dans lequel un silencieux actif hybride est logë à l'intérieur d'une canalisation. Ce document n'enseigne pas comment limiter les pertes de charges dans 1a canalisation, notamment comment disposer le microphone d'erreur par rapport à la source de contre-bruit pour éviter la création d'ondes sonores parasi-tes. Ce document n'enseigne pas non plus comment réduire les distances entre les moyens actionneurs et les moyens capteurs (d'erreur et/ou de référence).
s '_...~._. . __ ;. . _ On connaît aussi dans 1e document US-4876722, une autre disposition relative du microphone d'erreur et de 1a source d'atténuation. Dans ce document, il est proposé de disposer la source d'atténuation au centre de la section transversale d'un conduit de section rectangulaire tandis que le micro-phone d'erreur est disposé dans 1a paroi de la gaine du conduit.
Ce genre d'installation ne prévoit pas l'usage de microphone de référence pour participer à l'élaboration du signal acoustique d'atténuation. I1 s'agit d'un simple filtrage par contre-réaction. De plus, l'axe de symétrie du rayonnement de la source d'atténuation est ici perpendiculaire à la direc-tion de propagation des ondes sonores, ce qui limite l'effi-I5 câcité de l'atténuation acoustique active car cette disposi-tion dissymétrique engendre des ondes sonores parasites (équivalentes -à celles du premier mode angulaire ou "mode transversal"), à partir de la fréquence d'apparition d'un tel mode. Le cas échéant, cette disposition est efficace pour le traitement du seul mode transversal.
Dans 1e document FR-81 22406, on connaît une installation d'atténuation acoustique active dans laquelle 1a source d'attênuation délivre son signal d'atténuation dans 1e conduit à travers un guide d'ondes.
Une telle installation a l'inconvénient de présenter une mise en place lourde et encombrante, notamment à cause des moyens de couplage entre le conduit à insonoriser et le guide d'ondes.
Enfin, le document FR-A-2275722 décrit un dispositif compre-nant un microphone de référence et une source de contre-bruit disposés à l'intérieur d'une canalisation. il n'y a pas de microphone d'erreur placé à proximité de la source de contre-bruit. Le dispositif n'est donc pas adaptatif. I1 ne permet pas d'obtenir des atténuations satisfaisantes lorsque les paramètres physiques de 1a canalisation (tempêrature, encrassement, ...) évoluent.
FEUILL'= iLr(;e.,~~ iEE
La présente invention vise à améliorer les installations d'atténuation acoustique active antérieures.
Elle a pour but notamment de fournir un dispositif d'atténua-tion acoustique active dont la mise en place à l'intérieur du conduit est facile, peu encombrante, engendrant une faible perte de charge dans le conduit, tout en êvitant la création d'ondes sonores parasites.
Elle porte sur un dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit, le dispositif comprenant:
- au moins des premiers moyens capteurs disposés à un premier endroit à l'intérieur du conduit et propres à capter un premier signal acoustique au moins en un point dudit premier endroit, - des moyens actionneurs d'atténuation disposés selon une relation géométrique prëdéterminée par rapport au conduit et en amont des premiers moyens capteurs selon le sens de propagation du signal acoustique dans 1e conduit, et propres à délivrer un signal d'atténuation acoustique active en réponse à un signal de commande choisi, et - des moyens électroniques de commande propres à générer le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique ainsi capté.
Selon une définition générale de l'invention, les premiers moyens capteurs et les moyens actionneurs sont séparés les uns des autres d'une petite distance, sensiblement inférieure au diamètre ou à la plus petite dimension de 1a section du conduit et disposés en totalité à l'intérieur du conduit, à
une distance choisie de la gaine du conduit, et l'axe de symétrie du rayonnement des moyens actionneurs et l'axe de symétrie des premiers moyens capteurs sont sensiblement :~/i~J~:: (.
: CA 02233253 1998-04-28 parallèles à la direction de propagation du siczal~accustique dans le conduit.
Une telle disposition permet de traiter l'onde plane en évitant l'apparition d'ondes sonores parasites, notamment celles du premier mode angulaire sans pour autant avoir recours à une fréquence de coupure trop basse qui induirait un retard temporel électrique trop important. I1 en résulte qu'il n'est plus nécessaire selon l'invention d'éloigner d'une distance de grande valeur les moyens actionneurs des premiers moyens capteurs (microphone d'erreur). Ainsi, le dispositif selon l'invention est de mise en place facile et peu encombrante ainsi que le cas êchéant des seconds moyens capteurs (microphone de référence) que l'on décrira plus en dêtail ci-après.
Très avantageusement, les premiers moyens capteurs et les moyens actionneurs sont disposés sensiblement dans l'axe central du conduit.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend une ossature (ou bulbe) fixe, et susceptible de supporter les moyens actionneurs et les premiers moyens capteurs selon un arrangement choisi permettant d'éviter la création d'ondes sonores parasites et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter 1a perte de charge dans le conduit.
c rl , ~..: n~~i~.:Lini~r De préférence, l'ossature supporte des moyens d'atténuation acoustique passive disposés selon un arrangement choisi pour faciliter la directivité du rayonnement des moyens action-neurs, et dont le volume est optimisé grâce à l'atténuation active pour limiter la perte de charge et réduire l'encombre- ' ment du dispositif dans le conduit.
Selon un autre aspect de l'invention, des moyens de fixation pour fixer l'ossature à l'intérieur du conduit sont prévus à
une distance choisie de la gaine dudit conduit, et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter la perte de charge dans le conduit.
Très avantageusement, l'ossature est monobloc, â faible perte de charge, et compacte.
Selon un autre mode de réalisation selon l'invention, il est prévu en outre des seconds moyens capteurs disposés à un second endroit à l'intérieur du conduit, en amont du premier endroit selon le sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit et propres à capter un second signal acousti-que au moins en un point dudit second endroit, et dans lequel les moyens électroniques de commande génërent le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique, en fonction des premier et second signaux acoustiques ainsi captés.
Un tel dispositif constitue un atténuateur acoustique actif du type â filtrage par anticipation (appelé encore FEED
FORWARD CONTROL).
En pratique, l'ossature supporte les seconds moyens capteurs â l'intérieur du conduit à une distance choisie de la gaine du conduit ainsi que des moyens actionneurs.
De préférence, les moyens de fixation, à l'endroit du contact avec la gaine du conduit, sont recouverts d'un matériau amortisseur de vibrations.
Selon un autre aspect de l'invention, les moyens ëlectroni-ques de commande comprennent des moyens de filtrage dont les coefficients sont adaptés en temps réel selon un algorithme choisi pour minimiser l'énergie du premier signal acoustique ' S en fonction du second signal acoustique.
' En variante, le conduit est subdivisé en une pluralité de sous-conduits avec ou sans gaine (avec ou sans partitionne-ment), à chaque sous-conduit étant associé une ossature disposée à l'intérieur dudit sous-conduit, la pluralité des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'attënuation passive. Un tel dispositif constitue un système multi-voies.
En pratique, la pluralité des ossatures est disposée sensi-blement dans l'axe central du conduit. Par exemple, l'une au moins des ossatures, parmi ladite pluralité, est disposée sensiblement dans l'axe central du conduit.
Dans le cas où le systëme multi-voies est couplé, les moyens électroniques de commande sont communs à la pluralité des ossatures.
Dans le cas où le système mufti-voies est découplé, les moyens électroniques de commande sont subdivisés en sous moyens électroniques de commande indépendants et associés chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature.
Éventuellement, pour les systèmes couplés ou découplés, les seconds moyens capteurs sont communs à la pluralité des ossatures.
Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'inven-tion, la gaine du conduit située à distance choisie de la source et au moins des premiers moyens capteurs comprend des moyens d'atténuation acoustique passive pour la gaine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara3tront â la lumière de la description détaillée ci-après et des dessins dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe selon l'axe A-A des moyens ' essentiels et constitutifs du dispositif selon l'invention;
- la figure 2 est une vue de face du dispositif selon l'invention disposé â l'intêrieur d'un conduit circulaire;
- la figure 3 représente schématiquement les courbes d'iso-efficacité d'un haut-parleur directif;
- les figures 4 et 5 représentent schématiquement les êléments essentiels d'un microphone et ses courbes d'iso-sen sibilité;
- la figure 6 illustre schématiquement les moyens ëlectroni-ques de commande du dispositif selon l'invention;
- la figure 7 est un schéma équivalent des moyens électroni-ques de commande selon l'invention;
- les figures 8 et 9 illustrent schématiquement un systême multi-voies couplê selon l'invention;
- les figures 10 et 11 illustrent schématiquement un système multi-voies découplé sans partitionnement selon l'invention;
- les figures 12 et 13 illustrent schématiquement un systême multi-voies découplé avec partionnement selon l'invention; et - les figures 14 et I5 sont des courbes qui illustrent les résultats obtenus par un dispositif mono-voie selon l'inven tion.
En référence â la figure 1, le dispositif d'attênuation acoustique active selon l'invention est appliqué non limita-tivement et â titre prëférentiel à l'insonorisation d'une gaine de ventilation dont les caractéristiques techniques sont par exemple les suivantes:
- conduit circulaire dont le diamëtre total varie de 125 mm à 1250 mm;
- fluide s'écoulant â l'intérieur du conduit: de l'air dont la température peut varier de +10° à +50°avec une hygrométrie relative de 40 â 100;
- â l'insufflation, l'air peut être filtré, tandis qu'à
l'extraction l'air n'est pas filtré et peut contenir des vapeurs grasses en particulier lorsque le conduit circulaire est de type VMC en habitat.
Bien évidemment, il s'agit d'un exemple d'application non limitatif. Le dispositif selon l'invention s'applique aussi à des conduits de section oblongue, carrée, rectangulaire, ou autre. Le fluide peut être non seulement de l'air mais aussi un autre gaz, ou de l'eau. I1 peut y avoir ou non écoulement de fluide.
Le dispositif selon l'invention peut être installé à toute ouverture entre un endroit bruyant et un endroit â insonori ser.
Par exemple, le dispositif selon l'invention est appliquê à
une centrale de ventilation, par exemple la centrale VEC271B
vendue par la société ALDES.
Les moyens électroniques de commande qui délivrent le signal d'attênuation acoustique active â la source de contre-bruit utilisent, de préfêrence, la technique de filtrage par anticipation appelée encore FEED FORWARD CONTROL. Toutefois, les caractéristiques essentielles du dispositif, à savoir notamment sa disposition particulière à l'intérieur du conduit peut aussi s'appliquer â des moyens de filtrage par rétro-action appelés encore FEED-BACK CONTROL.
Dans la suite de la description, on s'attachera â décrire les moyens de filtrage de type par anticipation. Toutefois, la description relative au dispositif selon l'invention peut également s'appliquer mutatis mutandis à un dispositif dans 5 lequel les moyens électroniques de commande sont de type ' filtrage par rétro-action.
I1 est rappelé que dans les moyens de filtrage par rétro-action, seul un capteur d'erreur et une source de contre-10 bruit sont prévus; tandis que dans le cas des moyens électro-niques de commande utilisant des moyens de filtrage par anticipation, il est prévu en outre un capteur de référence monté en amont et qui dëlivre un signal de référence acousti-que.
On va maintenant dëcrire en détail les moyens essentiels et constitutifs du dispositif selon l'invention.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif comprend un capteur 2 disposé à un endroit 3 à l'intérieur de l'âme 4 d'un conduit circulaire 1.. Ce capteur capte un premier signal acoustique e (dit d'erreur) au moins en un point 3 du conduit.
Une source d'atténuation 6 est disposée à l'intérieur de l'âme 4 du conduit. Cette source délivre un signal d'atténua-tion acoustique active en réponse à un signal de commande choisi que l'on décrira plus en détail ci-après.
Des moyens électroniques de commande (non représentés en figures 1 et 2) génèrent le signal d'atténuation acoustique active pour la source, en fonction au moins du premier signal acoustique e.
I1 est â noter dès maintenant que les premiers moyens V
capteurs 2 et la source 6 sont disposés en totalité â l'inté-rieur du conduit, en regard les uns des autres, et à une distance choisie de la gaine du conduit.
I1 est à observer également que l'axe de symétrie du rayonne-ment de la source et l' axe de symétrie des premiers moyens capteurs sont sensiblement parallèles à la direction de propagation du signal acoustique dans le conduit.
En rêférence â la figure 3, la source est un haut-parleur à
membrane M et bobine B. L'axe de rayonnement du haut-parleur ARS est ici l'axe principale du haut-parleur sur lequel les grandeurs physiques (intensité, rendement, pression) sont maximales.
En référence aux figures 4 et 5, les premiers capteurs 2 comprennent au moins un microphone S, unidirectionnel, formé
d'une capsule sensible C, elle même enveloppée dans une enveloppe E protectrice. L'axe de symétrie AS du microphone est représenté. Le microphone est relié aux moyens ëlectroni-ques de commande à travers des câbles L classiques. Les courbes d'iso-sensibilité sont également représentés en figure 5.
On fait à nouveau rëfërence aux figures 1 et 2. I1 est à
observer aussi que la source 6 est disposée en amont du capteur 2 selon le sens de la propagation du signal acousti-que dans le conduit représentée par la flèche F.
Avantageusement, le capteur 2 et la source 6 sont disposés ici sensiblement dans l'axe central 10 du conduit.
Selon l'invention, le fait de disposer la source et le capteur à l'intérieur du conduit, et selon la disposition décrite ci-avant confère de nombreux avantages.
Tout d'abord, le fait de disposer le dispositif d'atténuation active en totalité (hormis éventuellement les moyens électro-niques de commande) dans le milieu à insonoriser êvite la création de zone de réfection parasite comme c'est le cas dans le Brevet FR-83 13502 mentionné ci-avant.
WO 97/16816 PCT/F'R96/01694 En effet, contrairement à une disposition de la source dans la gaine, les vibrations sonores provoquées par la source selon l'invention sont prises en compte en totalité par les moyens électroniques de commande.
Ensuite, comme on le verra également plus en détail ci-aprés, les moyens capteurs (microphone) et actionneurs (haut-par- -leur) du dispositif selon l'invention sont supportés à
l'intérieur du conduit par une ossature (ou bulbe) dont la forme et les dimensions sont choisies notamment en vue d'éviter l'apparition d'ondes sonores parasites et de limiter la perte de charge du conduit.
De plus cette ossature est fixée à l'intérieur du conduit par des moyens de fixation qui sont recouverts, pour les parties en contact avec la gaine du conduit, d'un matériau présentant des propriétés d'amortissement des vibrations. Contrairement à une disposition de la source fixée sur la gaine, ces moyens d'amortissements des vibrations sont faciles à mettre en place.
Selon un autre aspect de l'invention, la source 6 est logée à l'extrémitê 11 d'une enceinte acoustique 12. Par exemple, l'enceinte est de forme cylindrique. La source 6 est disposée à l'une I1 des extrémitês du cylindre de telle sorte que la surface rayonnante de la source est en regard du microphone d'erreur 2.
L'enceinte est constituée d'un matériau rigide, par exemple en PVC, ou en tôle métallique.
Par exemple, la longueur de l'enceinte acoustique est de l'ordre de 800 à 1000 mm. Son diamëtre est de l'ordre de 100 â 300 mm. La distance entre la surface rayonnante du haut-parleur 6 et du microphone 2 est de l'ordre de 150 à 300 mm.
Bien évidemment d' autres dimensions pourraient convenir selon les applications choisies, et les dimensions des conduits.
La paroi interne 14 de l'enceinte acoustique 12 est avanta-geusement recouverte d'un matériau d'absorption passive. Par exemple, ce matériau d'absorption acoustique passive est de la laine de roche. Par exemple, l'épaisseur de la laine de - 5 roche est ici de l'ordre de 10 à 30 mm.
- L'enceinte acoustique 12 est elle-même supportée par une ossature 16 de forme cylindrique telle qu'un obus ou un bulbe. La paroi externe 15 de l'ossature 16 est constituée d'un matériau rigide perforé favorisant l'absorption passive et évitant l'érosion de la laine de roche par le flux d'air.
En pratique, le matériau rigide de l'obus est une tôle métallique perforée.
Le taux de perforation est au minimum de l' ordre de 30~ en surface. La perforation favorise l'absorption d'énergie acoustique par la mise en contact de la laine de roche avec le milieu où se propagent les ondes sonores.
Trës avantageusement, l'espace entre la paroi externe 15 de l'ossature et la paroi externe 13 de l'enceinte 12 est rempli de laine de roche.
Trës avantageusement, la paroi intérieure 19 de la gaine 18 du conduit est également pourvue de moyens d'atténuation acoustique passive. Par exemple, la paroi intérieure 19 de la gaine 18 est constituée d'un matériau tel qu'une tôle perforée. Un matériau d'attënuation acoustique passive est logé avantageusement entre la paroi intérieure 19 et la paroi extérieure 20 de la gaine 18 du conduit. En pratique, ce matériau d'atténuation acoustique passive est aussi de la laine de roche. L'épaisseur de la laine de roche est de l' ordre de 25 â 50 mm et sa densité est de l' ordre de 40 kg/m3 à 70 kg/m3.
' I1 est â remarquer que la partie de la gaine du conduit équipée de moyens d'atténuation acoustique passive en regard du bulbe améliore l'atténuation globale du dispositif selon l'invention dans une large bande de fréquences. Cette partie WO 97/16816 PC'd'JFR96/01694 de la gaine est destinée le plus souvent à être assemblée à
une autre gaine dépourvue d'attënuation passive.
Très avantageusement, le capteur 2 est un microphone noyé
dans une demi-sphère 40 constituée d'un matériau ayant avantageusement des propriétés acoustiques transparentes. Ce matériau est par exemple de la mousse en cellules ouvertes. -Ce matëriau permet d'éviter des turbulences aérauliques parasites, ce qui favorise une bonne capture du signal acoustique.
La demi-sphère 40 est supportée par un anneau 42 disposé â
une distance choisie de la source 6 grâce à deux pieds 44 dont la longueur détermine la distance séparant la surface rayonnante de la source et la tranche équatoriale 41 de la demi-sphère 40.
L'espace entre la surface rayonnante de la source et la tranche 41 peut être vide ou bien rempli ou délimité partiel-lement de mousse à cellules ouvertes, ou autre matériau acoustiquement transparent.
I1 convient de remarquer toutefois que l'espace en contact de la membrane du haut-parleur doit être libre afin d'éviter des vibrations parasites.
En variante, l'espace entre la source 6 et le capteur 2 est délimité par un tissu de faible épaisseur ou d'une fine couche de mousse en cellules ouvertes. Ces matêriaux sont avantageusement acoustiquement transparents. La propriété
~~acoustiquement transparent" confère ici l'avantage d'amélio-rer le filtrage des turbulences pour le microphone d'erreur 2. De même, il amëliore le filtrage des poussiëres. I1 évite aussi les décollements du flux aéraulique.
Comme on l'a vu ci-avant, les moyens électroniques de ' commande sont avantageusement mais non limitativement de type à moyens de filtrage par anticipation.
Dans ce cas, il est prëvu un capteur de référence 50 disposé
en un second endroit 51 du conduit, en amont du premier endroit 3 selon le sens de la propagation du signal acousti-que dans le conduit. Ce capteur 50 est propre à capter un - 5 second signal acoustique au moins en un point 51 du conduit.
Ce second signal acoustique constitue le signal de référence r que vont utiliser les moyens électroniques de commande.
Très avantageusement, ce capteur 50 est disposé à proximité
10 de l'extrêmité 9 de l'enceinte 12 qui est longitudinalement opposée â l'extrêmité 11 de l'enceinte acoustique 12 dans laquelle est insërëe la source.
Le capteur 50 est également noyé dans une demi-sphère 53 en 15 mousse à cellules ouvertes. La demi-sphère 53 est accolée à
l'extrêmité 9 de l'enceinte acoustique 12.
L'ossature 16 et les capteurs 2 et 50 sont maintenus à
l'intérieur du conduit par des moyens de fixation qui se composent d'ailettes 32, 34 et 36 s'étendant le long de l'ossature, au niveau de la tranche équatoriale 41 de la demi-sphëre 40 jusqu'au niveau de l'extrémitë 9 de l'enceinte 12. Ces moyens de fixation permettent de fixer l'ossature à
une distance choisie de la gaine du conduit.
Il est à remarquer que ces ailettes peuvent être individuel-les ou formées une sorte de croisillon à trois branches, ce qui permet de former une fixation commune pour la source et les capteurs. Cette fixation commune permet une mise en place facile du dispositif d'atténuation acoustique selon l'inven-tion. De plus, elle est peu encombrante, et présente une forme aërodynamique qui n'augmente pas la perte de charge dans le conduit.
Très avantageusement, les extrëmités des ailettes à l'endroit ' du contact avec la gaine du conduit sont recouvertes d'un matériau amortisseur de vibrations, par exemple un matériau de type élastomère.
Le fait de disposer le dispositif d'atténuation acoustique active selon l'invention ~ l'intérieur du conduit engendre inévitablement une perte de charge. I1 convient que cette perte de charge soit relativement négligeable, par exemple inférieure à 20 Pa pour une vitesse moyenne de l'air dans le conduit de 5 m/s.
Pour respecter une telle perte de charge pour des sections circulaires, le rapport entre le diamètre extérieur de l'ossature et le diamètre intérieur du conduit doit rester sensiblement inférieur â 0,6. Pour des sections non circulai-res, il convient de veiller à respecter un rapport entre la section de l'ossature et la section de l'âme du conduit infërieur sensiblement à 0,33.
I1 convient de rappeler que c'est grâce à la disposition du dispositif selon l'invention à l'intérieur du conduit et l'arrangement particulier des moyens capteurs et actionneurs que les dimensions de l'ossature sont de l'ordre de 1 m â
1,30 m. En effet, 1e fait de disposer l'ossature à l'intê-rieur du conduit permet d'éviter l'apparition d'ondes sonores des premier et second modes de propagation angulaire. C'est-à-dire des frëquences de l'ordre de quelques centaines de Hertz.
I1 s'agit d'un avantage très important car il permet dans ces conditions de diminuer les dimensions de l'ossature, ce qui favorise encore un faible encombrement du dispositif d'atté-nuation acoustique selon l'invention.
De méme, l'implantation de l'ossature au centre du conduit permet de raccourcir la distance séparant le microphone d'erreur 2 et le haut-parleur d'atténuation 6. Toutefois, compte tenu d'une propagation évanescente de certaines ondes sonores, i1 convient de maintenir le haut-parleur à une distance de l'ordre de 15 à 30 cm du microphone d'erreur.
Par ailleurs, grâce a la disposition particulière des moyens capteurs et des actionneurs selon l'invention, la distance thêorique minimale entre le haut-parleur 6 et le microphone de référence 50 correspond à deux diamètres du conduit. Cette distance théorique minimale est à comparer avec une longueur théorique ëquivalente â quatre diamètres dans le cas d'une source disposée dans la paroi de la gaine du conduit, comme dans le Brevet FR-83 13502 mentionné ci-avant.
I1 est à remarquer gue les avantages mentionnés ci-avant sont valables pour un positionnement de la membrane du haut-parleur au niveau du centre de gravité de celui-ci. Dans ces conditions, la surface rayonnante du haut-parleur peut étre perpendiculaire â la direction de propagation des ondes sonores, mais aussi parallêle ou avec un certain angle.
Toutefois, c'est lorsque la surface rayonnante du haut-par-leur est sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores que le haut-parleur est réelle-ment directif.
D'autre part, la complémentarité des élêments d'atténuation passive améliore d'autant plus la directivité car les ondes sonores se propageant de la source d'atténuation vers l'amont par exemple sont amorties par le dispositif passif. De plus, c'est lorsque la surface rayonnante de la source d'atténua-tion est sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores que le dispositif d'atténuation acoustique active selon l'invention est symétrique par rapport à l'axe de symétrie du conduit.
Or, les modes angulaires étant dissymétriques, ils risquent d'être légèrement excités par un haut-parleur placé de façon dissymétrique.
Par exemple, le haut-parleur est celui vendu par la société
AUDAX sous la référence HT 130k0.
Les microphones de contrôle et de référence sont par exemple des microphones unidirectionnels vendus sous la référence EM357 par la société POOKOO INDUSTRIAL.
On fait maintenant référence aux figures 6 et 7 qui illus-trent schêmatiquement l'architecture et l'aspect fonctionnel des moyens électroniques de commande d'atténuation active selon l'invention dans le cas d'un système mono-voie.
D'une façon générale, les moyens électroniques de commande qui vont être capables d'engendrer le signal d'atténuation acoustique active à la source 6 sont articulês ici autour de moyens de filtrage par anticipation. Ces moyens de commande sont avantageusement logés à l'intérieur de l'ossature. Ils peuvent aussi être logés dans la gaine du conduit.
Ces moyens de filtrage par anticipation comprennent un premier bloc d'acquisition 100 possédant une entrée 102 reliée au capteur 50 et une sortie 104. De même, il est prévu pour les capteurs 2 un bloc d'acquisition 110 possédant une entrée 112 reliée aux moyens capteurs 2, et une sortie 114.
Ces blocs d'acquisition 100 et 110 acheminent leurs signaux respectifs à un processeur 130 possédant une entrée 132 reliêe à l' entrée 104 et une entrée 134 reliée â la sortie 114.
Le processeur 130 est avantageusement un processeur de type DSP pour DIGITAL SIGNAL PROCESSOR. Par exemple, le processeur 130 est celui vendu par la société TEXAS INSTRUMENTS sous la rëférence TMS 320C25.
Le processeur 130 possède une sortie 136 délivrant un signal numérique â un bloc de restitution 140. Ce bloc 140 possêde une entrée 142 reliée à la sortie 136 et une sortie 144 reliée à la source 6.
Les blocs d'acquisition 100 et 110 sont des blocs d'acquisi tion d'un signal analogique pour le convertir en numérique pour le processeur 130.
D'une façon générale, chaque bloc d'acquisition 100 et 110 comprend un élément de préamplification, suivi en série d'un filtre de conditionnement, par exemple un filtre d'anti-recouvrement et enfin suivi d'un convertisseur analogique/nu-mërique.
' S Inversement, le bloc de restitution 140 est un dispositif dont la fonction est d'assurer la conversion d'un signal - numérique en analogique.
D'une façon générale, un tel bloc de restitution comprend un convertisseur numérique/analogique suivi d'un filtre de lissage, par exemple un filtre passe-bas, et d'un amplifica-teur audio.
Le processeur 130 est capable de piloter un algorithme de minimisation de telle sorte que le signal e captê par le capteur 2 présente une énergie la plus faible possible. Cette action est réalisée gràce à la délivrance d'un signal u qui excite la source d'atténuation 6 de telle sorte que l'onde de contre-bruit émise par la source 6 présente la même amplitude que le signal captê par le capteur 50, mais en opposition de phase par rapport à celui-ci pour atténuer le bruit qui se propage dans le conduit de l'endroit 51 à l'endroit 3.
En pratique, l'algorithme de minimisation est un algorithme de type LMS pour LEAST MEANS SQUARE ou encore MOINDRE CARRÉ
MOYEN.
La fréquence d'échantillonnage des convertisseurs analogi-ques/numériques est choisie soigneusement pour éviter d'introduire un retard temporel gênant au niveau de la propagation des signaux électroniques.
En condition de fonctionnement, c'est-à-dire pendant la phase de minimisation, le processeur acquiert périodiquement, et en temps réel, le bruit de référence r capté par le capteur 50.
Ces moyens de traitement calculent également l'énergie du signal e capté par le capteur d'erreur 2. Ensuite, les moyens de filtrage par anticipation sont placés en recherche des paramètres optimaux W pour la meilleure atténuation active W~ 97/16816 PC'à'/FR96/01694 afin de déterminer, en temps réel, les valeurs du signal de commande d'atténuation acoustique active u.
Avant cela, il convient toutefois de conna3tre précisément 5 les réponses impulsionnelles du dispositif selon l'invention.
En réfêrence ~ la figure 7, les rëponses impulsionnelles mises en jeu sont la réponse impulsionnelle Ho relative à la fonction de transfert entre le capteur 50 et la source 6 et 10 la rêponse impulsionnelle H relative à la fonction de trans-fert entre la source 6 et le capteur d'erreur 2.
La fonction de transfert H comprend une entrée recevant le signal u et une sortie délivrant le signal y qui correspond 15 au signal d'atténuation acoustique active capté par le capteur 2.
La fonction de transfert Ho comprend une entrée recevant le signal r et une sortie délivrant le signal b qui correspond 20 au rayonnement sonore de la source â atténuer, capté par le capteur de référence 50. La fonction Ho est le plus souvent avantageusement négligeable.
La fonction de transfert H est mesurëe de la façon suivante.
Dans une première étape d'initialisation, on mesure la fonction de transfert du chemin dit secondaire entre la source 6 et le microphone d'erreur 2 par une méthode d'ini-tialisation, par exemple en excitant la source 6 par des signaux de type DIR.AC, bruits blancs, de réfêrence filtrée ou analogues.
La fonction de transfert H est échantillonnée et sauvegardée dans la mémoire du processeur DSP. Par exemple, la fonction de transfert est êchantillonnée à la fréquence de 5400 Hz sur un nombre de 70 points.
Il est appliqué de même pour la fonction de transfert Ho mentionnëe ci-avant.
Les coefficients W de filtrage numérique sont adaptés en temps réel selon l'algorithme LMS pour minimiser le signal e en fonction du signal r (ou b).
Ainsi, le fonctionnement du dispositif selon l'invention est indépendant du réglage de l'installation, du débit, de la vitesse du fluide dans le conduit, ou des accessoires de réseau aérauliques présents â l'amont ou â l'aval du disposi-tif selon l'invention.
De même, l'algorithme itératif de minimisation de type LMS
permet ici de trouver l'atténuation active quel que soit le type de la source de bruit, par exemple ventilateurs ou compresseurs ou autres. De même, grâce au fait que les réponses impulsionnelles sont préalablement mesurêes, la mise en oeuvre et l'adaptation de l'installation est très simple et ne fait pas appel â des spécialistes acousticiens ou électroniciens.
I1 convient de remarquer que le dispositif selon l'invention est conçu en lui intégrant le cas échéant une atténuation passive, ce qui permet d'obtenir des performances très intéressantes sur toute la bande des fréquences audibles.
Dans certaines configurations, appelées système multi-voies il peut être nécessaire d'insérer plusieurs ossatures dans le conduit. On distingue alors deux catégories de systèmes multi-voies: le système couplé et le systëme découplé.
Dans le système couplé (figures 8 et 9), il est prévu un nombre z d'ossatures OS individualisées ici en OS1 à OS3, telles que décrites ci-avant avec chacune au moins un microphone d'erreur 2 et au moins un haut-parleur 6. I1 y a donc n microphones d'erreur (ici n=3) et m nombres de haut-parleurs (ici m=3). Les ossatures traitent chacune un espace à l'intérieur du conduit D. Les moyens de fixation FIX de chaque ossature tissent comme une toile d'araignée dans le conduit. Ces moyens de fixation FIX sont les ailettes 32 décrites en référence aux figures 1 et 2.
A chaque ossature, il peut être associé un microphone de référence 50 respectif ou un seul microphone de rêférence pour la pluralité des ossatures.
Les moyens électroniques de commande COM sont communs à la pluralité des ossatures. Ils font l'acquisition des nxm rêponses impulsionnelles Hij (i étant un nombre entier variant de 1 ~ n et j ëtant un nombre entier variant de 1 à
m) sur un nombre choisis de points et â une fréquence d'échantillonnage choisie.
Les moyens électroniques de commande font également l'acqui-sition des n rëponses impulsionnelles Hoi pour prendre en considération la propagation acoustique entre les microphones d'erreur et les microphones de référence. Enfin, en temps rëel, ils calculent les n filtres Wi. Chacun des filtres et par conséquent chaque signal de commande dépendent des signaux captés par le ou les microphones de rêfërence et les microphones d'erreur, et des rêponses impulsionnelles.
Dans le système découplé ( figures 10 , 11 , 12 et 13 ) , les n microphones d'erreur et les m haut-parleurs sont positionnés dans n sous-conduits avec gaine ( figures 12 et 13 ) ou sans gaine (figures 10 et 11) . Les n sous conduits lorsqu'ils sont regroupés correspondent au conduit total D. Les gaines G1 à G3 des sous-conduits SC1 à SC4 sont ici distinctes des moyens de fixation des ossatures. Éventuellement, les moyens de fixation, lorsqu'ils sont pleins sur toute la longueur du dispositif, peuvent constituer les gaines des sous-conduits.
En découplé, les moyens électroniques de commande sont subdivisés en sous moyens ëlectroniques de commande COM1 et COM2 associês chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature OS1 et OS2.
On peut prévoir que les seconds moyens capteurs sont communs la pluralité des ossatures.
Les moyens de fixation de chaque ossature constitue ainsi un partionnement du conduit, modifiable à volonté selon l'appli-cation choisie.
En référence aux figures 14 et 15, des résultats d'atténua-tion active et passive ont ëté obtenus respectivement avec et sans ëcoulement dans le conduit. Les courbes d'atténuation ont ëtê mesurëes sur une conduite d'un diamètre de 315 mm comportant l'absorption passive et active telle que décrite en référence aux figures 1 â 7.
Ces mesures ont ëté effectuées selon la norme par insertion par un organisme de certification.
L'atténuation du dispositif selon l'invention sur les basses fréquences est dans le cas d'un bruit purement aléatoire de 10 dB â 125 Hz, 12 dB à 250 Hz, et 15 dB â 500 Hz.
De méme, l'association optimisée d'une absorption acoustique active large bande et d'une absorption passive permet d'obtenir un résultat satisfaisant pour les basses fréquen-ces, c'est-à-dire celles inférieures à 1000 Hz dans le cas d'un bruit alêatoire. L'atténuation acoustique obtenue est de 13 dB à 125 Hz, 20 dB â 250 Hz, et 30 dB â 500 Hz.
Par ailleurs, il y a lieu de remarquer que le volume occupé
par les moyens d'attênuation passive est relativement peu encombrant par rapport aux structures antërieures afin de limiter la perte de charge et réduire l'encombrement du dispositif dans le conduit. Ce volume rëduit est optimisê ici grâce aux choix des paramêtres de l'atténuation active selon l'invention.
D'une façon générale, les moyens électroniques de commande comprennent des moyens de filtrage dont les coefficients sont adaptés, en temps réel, selon un algorithme choisi pour minimiser l'énergie du signal acoustique d'erreur en fonction du signal acoustique de référence.
Cette installation a l'avantage de n'engendrer qu'une faible perte de charge due uniquement à la présence des microphones d'erreur et de rêférence à l'intérieur du conduit.
Par contre, l'implantation de la source d'atténuation dans la paroi de la gaine du conduit engendre le plus souvent des phénomènes parasites, qui peuvent perturber l'atténuation active. Ces phénomènes, appelés "phénomènes de réfection", surviennent le plus souvent à des fréquences relativement basses, typiquement dès 1e premier mode angulaire des ondes sonores.
Pour éviter ces problèmes de réfection, une solution connue consiste à choisir pour les moyens électroniques de commande (en particulier les filtres de conditionnement ou anti-recou-vrement et de lissage) une fréquence de coupure inférieure à
la fréquence d'apparition des ondes sonores du premier mode angulaire.
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~ 3 Toutefois; une telle solution n'est pas satisfaisante et non retenue dans la présente invention en raison du principe de l'atténuation active. En effet, ce principe basé sur 1e fait que la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'air est plus forte que la vitesse de propagation de l'électrici-té, rend nécessaire le maintien d'un retard temporel électri-que faible au niveau des moyens électroniques de commande, ce qui n'est pas possible avec une fréquence de coupure présen-tant une faible valeur.
Une solution connue pour favoriser un retard temporel acoustique (de 1a propagation des ondes sonores) supérieur au retard temporel ëlectrique (de 1a propagation des signaux électroniques), consiste à disposer le microphone de réfé-rence à une distance relativement importante de la source d'atténuation. En pratique, cette distance est choisie égale à au moins quatre fois 1e diamètre d'un conduit circulaire.
De même, il est connu que pour éviter la capture par le microphone d'erreur de modes évanescents provenant de la source d'attënuation ou pour que ces modes soient suffisam-ment amortis, il convient d'éloigner d'une certaine distance ladite source d'atténuation du microphone d'erreur.
I1 en résulte que les dimensions globales d'une telle installation (par exemple la distance entre le microphone d'erreur et le microphone de rêférence), sont choisies grandes, ce qui rend encombrante sa mise en place.
I1 en est de même dans le document US-A-4665549 dans lequel un silencieux actif hybride est logë à l'intérieur d'une canalisation. Ce document n'enseigne pas comment limiter les pertes de charges dans 1a canalisation, notamment comment disposer le microphone d'erreur par rapport à la source de contre-bruit pour éviter la création d'ondes sonores parasi-tes. Ce document n'enseigne pas non plus comment réduire les distances entre les moyens actionneurs et les moyens capteurs (d'erreur et/ou de référence).
s '_...~._. . __ ;. . _ On connaît aussi dans 1e document US-4876722, une autre disposition relative du microphone d'erreur et de 1a source d'atténuation. Dans ce document, il est proposé de disposer la source d'atténuation au centre de la section transversale d'un conduit de section rectangulaire tandis que le micro-phone d'erreur est disposé dans 1a paroi de la gaine du conduit.
Ce genre d'installation ne prévoit pas l'usage de microphone de référence pour participer à l'élaboration du signal acoustique d'atténuation. I1 s'agit d'un simple filtrage par contre-réaction. De plus, l'axe de symétrie du rayonnement de la source d'atténuation est ici perpendiculaire à la direc-tion de propagation des ondes sonores, ce qui limite l'effi-I5 câcité de l'atténuation acoustique active car cette disposi-tion dissymétrique engendre des ondes sonores parasites (équivalentes -à celles du premier mode angulaire ou "mode transversal"), à partir de la fréquence d'apparition d'un tel mode. Le cas échéant, cette disposition est efficace pour le traitement du seul mode transversal.
Dans 1e document FR-81 22406, on connaît une installation d'atténuation acoustique active dans laquelle 1a source d'attênuation délivre son signal d'atténuation dans 1e conduit à travers un guide d'ondes.
Une telle installation a l'inconvénient de présenter une mise en place lourde et encombrante, notamment à cause des moyens de couplage entre le conduit à insonoriser et le guide d'ondes.
Enfin, le document FR-A-2275722 décrit un dispositif compre-nant un microphone de référence et une source de contre-bruit disposés à l'intérieur d'une canalisation. il n'y a pas de microphone d'erreur placé à proximité de la source de contre-bruit. Le dispositif n'est donc pas adaptatif. I1 ne permet pas d'obtenir des atténuations satisfaisantes lorsque les paramètres physiques de 1a canalisation (tempêrature, encrassement, ...) évoluent.
FEUILL'= iLr(;e.,~~ iEE
La présente invention vise à améliorer les installations d'atténuation acoustique active antérieures.
Elle a pour but notamment de fournir un dispositif d'atténua-tion acoustique active dont la mise en place à l'intérieur du conduit est facile, peu encombrante, engendrant une faible perte de charge dans le conduit, tout en êvitant la création d'ondes sonores parasites.
Elle porte sur un dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit, le dispositif comprenant:
- au moins des premiers moyens capteurs disposés à un premier endroit à l'intérieur du conduit et propres à capter un premier signal acoustique au moins en un point dudit premier endroit, - des moyens actionneurs d'atténuation disposés selon une relation géométrique prëdéterminée par rapport au conduit et en amont des premiers moyens capteurs selon le sens de propagation du signal acoustique dans 1e conduit, et propres à délivrer un signal d'atténuation acoustique active en réponse à un signal de commande choisi, et - des moyens électroniques de commande propres à générer le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique ainsi capté.
Selon une définition générale de l'invention, les premiers moyens capteurs et les moyens actionneurs sont séparés les uns des autres d'une petite distance, sensiblement inférieure au diamètre ou à la plus petite dimension de 1a section du conduit et disposés en totalité à l'intérieur du conduit, à
une distance choisie de la gaine du conduit, et l'axe de symétrie du rayonnement des moyens actionneurs et l'axe de symétrie des premiers moyens capteurs sont sensiblement :~/i~J~:: (.
: CA 02233253 1998-04-28 parallèles à la direction de propagation du siczal~accustique dans le conduit.
Une telle disposition permet de traiter l'onde plane en évitant l'apparition d'ondes sonores parasites, notamment celles du premier mode angulaire sans pour autant avoir recours à une fréquence de coupure trop basse qui induirait un retard temporel électrique trop important. I1 en résulte qu'il n'est plus nécessaire selon l'invention d'éloigner d'une distance de grande valeur les moyens actionneurs des premiers moyens capteurs (microphone d'erreur). Ainsi, le dispositif selon l'invention est de mise en place facile et peu encombrante ainsi que le cas êchéant des seconds moyens capteurs (microphone de référence) que l'on décrira plus en dêtail ci-après.
Très avantageusement, les premiers moyens capteurs et les moyens actionneurs sont disposés sensiblement dans l'axe central du conduit.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend une ossature (ou bulbe) fixe, et susceptible de supporter les moyens actionneurs et les premiers moyens capteurs selon un arrangement choisi permettant d'éviter la création d'ondes sonores parasites et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter 1a perte de charge dans le conduit.
c rl , ~..: n~~i~.:Lini~r De préférence, l'ossature supporte des moyens d'atténuation acoustique passive disposés selon un arrangement choisi pour faciliter la directivité du rayonnement des moyens action-neurs, et dont le volume est optimisé grâce à l'atténuation active pour limiter la perte de charge et réduire l'encombre- ' ment du dispositif dans le conduit.
Selon un autre aspect de l'invention, des moyens de fixation pour fixer l'ossature à l'intérieur du conduit sont prévus à
une distance choisie de la gaine dudit conduit, et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter la perte de charge dans le conduit.
Très avantageusement, l'ossature est monobloc, â faible perte de charge, et compacte.
Selon un autre mode de réalisation selon l'invention, il est prévu en outre des seconds moyens capteurs disposés à un second endroit à l'intérieur du conduit, en amont du premier endroit selon le sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit et propres à capter un second signal acousti-que au moins en un point dudit second endroit, et dans lequel les moyens électroniques de commande génërent le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique, en fonction des premier et second signaux acoustiques ainsi captés.
Un tel dispositif constitue un atténuateur acoustique actif du type â filtrage par anticipation (appelé encore FEED
FORWARD CONTROL).
En pratique, l'ossature supporte les seconds moyens capteurs â l'intérieur du conduit à une distance choisie de la gaine du conduit ainsi que des moyens actionneurs.
De préférence, les moyens de fixation, à l'endroit du contact avec la gaine du conduit, sont recouverts d'un matériau amortisseur de vibrations.
Selon un autre aspect de l'invention, les moyens ëlectroni-ques de commande comprennent des moyens de filtrage dont les coefficients sont adaptés en temps réel selon un algorithme choisi pour minimiser l'énergie du premier signal acoustique ' S en fonction du second signal acoustique.
' En variante, le conduit est subdivisé en une pluralité de sous-conduits avec ou sans gaine (avec ou sans partitionne-ment), à chaque sous-conduit étant associé une ossature disposée à l'intérieur dudit sous-conduit, la pluralité des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'attënuation passive. Un tel dispositif constitue un système multi-voies.
En pratique, la pluralité des ossatures est disposée sensi-blement dans l'axe central du conduit. Par exemple, l'une au moins des ossatures, parmi ladite pluralité, est disposée sensiblement dans l'axe central du conduit.
Dans le cas où le systëme multi-voies est couplé, les moyens électroniques de commande sont communs à la pluralité des ossatures.
Dans le cas où le système mufti-voies est découplé, les moyens électroniques de commande sont subdivisés en sous moyens électroniques de commande indépendants et associés chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature.
Éventuellement, pour les systèmes couplés ou découplés, les seconds moyens capteurs sont communs à la pluralité des ossatures.
Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'inven-tion, la gaine du conduit située à distance choisie de la source et au moins des premiers moyens capteurs comprend des moyens d'atténuation acoustique passive pour la gaine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara3tront â la lumière de la description détaillée ci-après et des dessins dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe selon l'axe A-A des moyens ' essentiels et constitutifs du dispositif selon l'invention;
- la figure 2 est une vue de face du dispositif selon l'invention disposé â l'intêrieur d'un conduit circulaire;
- la figure 3 représente schématiquement les courbes d'iso-efficacité d'un haut-parleur directif;
- les figures 4 et 5 représentent schématiquement les êléments essentiels d'un microphone et ses courbes d'iso-sen sibilité;
- la figure 6 illustre schématiquement les moyens ëlectroni-ques de commande du dispositif selon l'invention;
- la figure 7 est un schéma équivalent des moyens électroni-ques de commande selon l'invention;
- les figures 8 et 9 illustrent schématiquement un systême multi-voies couplê selon l'invention;
- les figures 10 et 11 illustrent schématiquement un système multi-voies découplé sans partitionnement selon l'invention;
- les figures 12 et 13 illustrent schématiquement un systême multi-voies découplé avec partionnement selon l'invention; et - les figures 14 et I5 sont des courbes qui illustrent les résultats obtenus par un dispositif mono-voie selon l'inven tion.
En référence â la figure 1, le dispositif d'attênuation acoustique active selon l'invention est appliqué non limita-tivement et â titre prëférentiel à l'insonorisation d'une gaine de ventilation dont les caractéristiques techniques sont par exemple les suivantes:
- conduit circulaire dont le diamëtre total varie de 125 mm à 1250 mm;
- fluide s'écoulant â l'intérieur du conduit: de l'air dont la température peut varier de +10° à +50°avec une hygrométrie relative de 40 â 100;
- â l'insufflation, l'air peut être filtré, tandis qu'à
l'extraction l'air n'est pas filtré et peut contenir des vapeurs grasses en particulier lorsque le conduit circulaire est de type VMC en habitat.
Bien évidemment, il s'agit d'un exemple d'application non limitatif. Le dispositif selon l'invention s'applique aussi à des conduits de section oblongue, carrée, rectangulaire, ou autre. Le fluide peut être non seulement de l'air mais aussi un autre gaz, ou de l'eau. I1 peut y avoir ou non écoulement de fluide.
Le dispositif selon l'invention peut être installé à toute ouverture entre un endroit bruyant et un endroit â insonori ser.
Par exemple, le dispositif selon l'invention est appliquê à
une centrale de ventilation, par exemple la centrale VEC271B
vendue par la société ALDES.
Les moyens électroniques de commande qui délivrent le signal d'attênuation acoustique active â la source de contre-bruit utilisent, de préfêrence, la technique de filtrage par anticipation appelée encore FEED FORWARD CONTROL. Toutefois, les caractéristiques essentielles du dispositif, à savoir notamment sa disposition particulière à l'intérieur du conduit peut aussi s'appliquer â des moyens de filtrage par rétro-action appelés encore FEED-BACK CONTROL.
Dans la suite de la description, on s'attachera â décrire les moyens de filtrage de type par anticipation. Toutefois, la description relative au dispositif selon l'invention peut également s'appliquer mutatis mutandis à un dispositif dans 5 lequel les moyens électroniques de commande sont de type ' filtrage par rétro-action.
I1 est rappelé que dans les moyens de filtrage par rétro-action, seul un capteur d'erreur et une source de contre-10 bruit sont prévus; tandis que dans le cas des moyens électro-niques de commande utilisant des moyens de filtrage par anticipation, il est prévu en outre un capteur de référence monté en amont et qui dëlivre un signal de référence acousti-que.
On va maintenant dëcrire en détail les moyens essentiels et constitutifs du dispositif selon l'invention.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif comprend un capteur 2 disposé à un endroit 3 à l'intérieur de l'âme 4 d'un conduit circulaire 1.. Ce capteur capte un premier signal acoustique e (dit d'erreur) au moins en un point 3 du conduit.
Une source d'atténuation 6 est disposée à l'intérieur de l'âme 4 du conduit. Cette source délivre un signal d'atténua-tion acoustique active en réponse à un signal de commande choisi que l'on décrira plus en détail ci-après.
Des moyens électroniques de commande (non représentés en figures 1 et 2) génèrent le signal d'atténuation acoustique active pour la source, en fonction au moins du premier signal acoustique e.
I1 est â noter dès maintenant que les premiers moyens V
capteurs 2 et la source 6 sont disposés en totalité â l'inté-rieur du conduit, en regard les uns des autres, et à une distance choisie de la gaine du conduit.
I1 est à observer également que l'axe de symétrie du rayonne-ment de la source et l' axe de symétrie des premiers moyens capteurs sont sensiblement parallèles à la direction de propagation du signal acoustique dans le conduit.
En rêférence â la figure 3, la source est un haut-parleur à
membrane M et bobine B. L'axe de rayonnement du haut-parleur ARS est ici l'axe principale du haut-parleur sur lequel les grandeurs physiques (intensité, rendement, pression) sont maximales.
En référence aux figures 4 et 5, les premiers capteurs 2 comprennent au moins un microphone S, unidirectionnel, formé
d'une capsule sensible C, elle même enveloppée dans une enveloppe E protectrice. L'axe de symétrie AS du microphone est représenté. Le microphone est relié aux moyens ëlectroni-ques de commande à travers des câbles L classiques. Les courbes d'iso-sensibilité sont également représentés en figure 5.
On fait à nouveau rëfërence aux figures 1 et 2. I1 est à
observer aussi que la source 6 est disposée en amont du capteur 2 selon le sens de la propagation du signal acousti-que dans le conduit représentée par la flèche F.
Avantageusement, le capteur 2 et la source 6 sont disposés ici sensiblement dans l'axe central 10 du conduit.
Selon l'invention, le fait de disposer la source et le capteur à l'intérieur du conduit, et selon la disposition décrite ci-avant confère de nombreux avantages.
Tout d'abord, le fait de disposer le dispositif d'atténuation active en totalité (hormis éventuellement les moyens électro-niques de commande) dans le milieu à insonoriser êvite la création de zone de réfection parasite comme c'est le cas dans le Brevet FR-83 13502 mentionné ci-avant.
WO 97/16816 PCT/F'R96/01694 En effet, contrairement à une disposition de la source dans la gaine, les vibrations sonores provoquées par la source selon l'invention sont prises en compte en totalité par les moyens électroniques de commande.
Ensuite, comme on le verra également plus en détail ci-aprés, les moyens capteurs (microphone) et actionneurs (haut-par- -leur) du dispositif selon l'invention sont supportés à
l'intérieur du conduit par une ossature (ou bulbe) dont la forme et les dimensions sont choisies notamment en vue d'éviter l'apparition d'ondes sonores parasites et de limiter la perte de charge du conduit.
De plus cette ossature est fixée à l'intérieur du conduit par des moyens de fixation qui sont recouverts, pour les parties en contact avec la gaine du conduit, d'un matériau présentant des propriétés d'amortissement des vibrations. Contrairement à une disposition de la source fixée sur la gaine, ces moyens d'amortissements des vibrations sont faciles à mettre en place.
Selon un autre aspect de l'invention, la source 6 est logée à l'extrémitê 11 d'une enceinte acoustique 12. Par exemple, l'enceinte est de forme cylindrique. La source 6 est disposée à l'une I1 des extrémitês du cylindre de telle sorte que la surface rayonnante de la source est en regard du microphone d'erreur 2.
L'enceinte est constituée d'un matériau rigide, par exemple en PVC, ou en tôle métallique.
Par exemple, la longueur de l'enceinte acoustique est de l'ordre de 800 à 1000 mm. Son diamëtre est de l'ordre de 100 â 300 mm. La distance entre la surface rayonnante du haut-parleur 6 et du microphone 2 est de l'ordre de 150 à 300 mm.
Bien évidemment d' autres dimensions pourraient convenir selon les applications choisies, et les dimensions des conduits.
La paroi interne 14 de l'enceinte acoustique 12 est avanta-geusement recouverte d'un matériau d'absorption passive. Par exemple, ce matériau d'absorption acoustique passive est de la laine de roche. Par exemple, l'épaisseur de la laine de - 5 roche est ici de l'ordre de 10 à 30 mm.
- L'enceinte acoustique 12 est elle-même supportée par une ossature 16 de forme cylindrique telle qu'un obus ou un bulbe. La paroi externe 15 de l'ossature 16 est constituée d'un matériau rigide perforé favorisant l'absorption passive et évitant l'érosion de la laine de roche par le flux d'air.
En pratique, le matériau rigide de l'obus est une tôle métallique perforée.
Le taux de perforation est au minimum de l' ordre de 30~ en surface. La perforation favorise l'absorption d'énergie acoustique par la mise en contact de la laine de roche avec le milieu où se propagent les ondes sonores.
Trës avantageusement, l'espace entre la paroi externe 15 de l'ossature et la paroi externe 13 de l'enceinte 12 est rempli de laine de roche.
Trës avantageusement, la paroi intérieure 19 de la gaine 18 du conduit est également pourvue de moyens d'atténuation acoustique passive. Par exemple, la paroi intérieure 19 de la gaine 18 est constituée d'un matériau tel qu'une tôle perforée. Un matériau d'attënuation acoustique passive est logé avantageusement entre la paroi intérieure 19 et la paroi extérieure 20 de la gaine 18 du conduit. En pratique, ce matériau d'atténuation acoustique passive est aussi de la laine de roche. L'épaisseur de la laine de roche est de l' ordre de 25 â 50 mm et sa densité est de l' ordre de 40 kg/m3 à 70 kg/m3.
' I1 est â remarquer que la partie de la gaine du conduit équipée de moyens d'atténuation acoustique passive en regard du bulbe améliore l'atténuation globale du dispositif selon l'invention dans une large bande de fréquences. Cette partie WO 97/16816 PC'd'JFR96/01694 de la gaine est destinée le plus souvent à être assemblée à
une autre gaine dépourvue d'attënuation passive.
Très avantageusement, le capteur 2 est un microphone noyé
dans une demi-sphère 40 constituée d'un matériau ayant avantageusement des propriétés acoustiques transparentes. Ce matériau est par exemple de la mousse en cellules ouvertes. -Ce matëriau permet d'éviter des turbulences aérauliques parasites, ce qui favorise une bonne capture du signal acoustique.
La demi-sphère 40 est supportée par un anneau 42 disposé â
une distance choisie de la source 6 grâce à deux pieds 44 dont la longueur détermine la distance séparant la surface rayonnante de la source et la tranche équatoriale 41 de la demi-sphère 40.
L'espace entre la surface rayonnante de la source et la tranche 41 peut être vide ou bien rempli ou délimité partiel-lement de mousse à cellules ouvertes, ou autre matériau acoustiquement transparent.
I1 convient de remarquer toutefois que l'espace en contact de la membrane du haut-parleur doit être libre afin d'éviter des vibrations parasites.
En variante, l'espace entre la source 6 et le capteur 2 est délimité par un tissu de faible épaisseur ou d'une fine couche de mousse en cellules ouvertes. Ces matêriaux sont avantageusement acoustiquement transparents. La propriété
~~acoustiquement transparent" confère ici l'avantage d'amélio-rer le filtrage des turbulences pour le microphone d'erreur 2. De même, il amëliore le filtrage des poussiëres. I1 évite aussi les décollements du flux aéraulique.
Comme on l'a vu ci-avant, les moyens électroniques de ' commande sont avantageusement mais non limitativement de type à moyens de filtrage par anticipation.
Dans ce cas, il est prëvu un capteur de référence 50 disposé
en un second endroit 51 du conduit, en amont du premier endroit 3 selon le sens de la propagation du signal acousti-que dans le conduit. Ce capteur 50 est propre à capter un - 5 second signal acoustique au moins en un point 51 du conduit.
Ce second signal acoustique constitue le signal de référence r que vont utiliser les moyens électroniques de commande.
Très avantageusement, ce capteur 50 est disposé à proximité
10 de l'extrêmité 9 de l'enceinte 12 qui est longitudinalement opposée â l'extrêmité 11 de l'enceinte acoustique 12 dans laquelle est insërëe la source.
Le capteur 50 est également noyé dans une demi-sphère 53 en 15 mousse à cellules ouvertes. La demi-sphère 53 est accolée à
l'extrêmité 9 de l'enceinte acoustique 12.
L'ossature 16 et les capteurs 2 et 50 sont maintenus à
l'intérieur du conduit par des moyens de fixation qui se composent d'ailettes 32, 34 et 36 s'étendant le long de l'ossature, au niveau de la tranche équatoriale 41 de la demi-sphëre 40 jusqu'au niveau de l'extrémitë 9 de l'enceinte 12. Ces moyens de fixation permettent de fixer l'ossature à
une distance choisie de la gaine du conduit.
Il est à remarquer que ces ailettes peuvent être individuel-les ou formées une sorte de croisillon à trois branches, ce qui permet de former une fixation commune pour la source et les capteurs. Cette fixation commune permet une mise en place facile du dispositif d'atténuation acoustique selon l'inven-tion. De plus, elle est peu encombrante, et présente une forme aërodynamique qui n'augmente pas la perte de charge dans le conduit.
Très avantageusement, les extrëmités des ailettes à l'endroit ' du contact avec la gaine du conduit sont recouvertes d'un matériau amortisseur de vibrations, par exemple un matériau de type élastomère.
Le fait de disposer le dispositif d'atténuation acoustique active selon l'invention ~ l'intérieur du conduit engendre inévitablement une perte de charge. I1 convient que cette perte de charge soit relativement négligeable, par exemple inférieure à 20 Pa pour une vitesse moyenne de l'air dans le conduit de 5 m/s.
Pour respecter une telle perte de charge pour des sections circulaires, le rapport entre le diamètre extérieur de l'ossature et le diamètre intérieur du conduit doit rester sensiblement inférieur â 0,6. Pour des sections non circulai-res, il convient de veiller à respecter un rapport entre la section de l'ossature et la section de l'âme du conduit infërieur sensiblement à 0,33.
I1 convient de rappeler que c'est grâce à la disposition du dispositif selon l'invention à l'intérieur du conduit et l'arrangement particulier des moyens capteurs et actionneurs que les dimensions de l'ossature sont de l'ordre de 1 m â
1,30 m. En effet, 1e fait de disposer l'ossature à l'intê-rieur du conduit permet d'éviter l'apparition d'ondes sonores des premier et second modes de propagation angulaire. C'est-à-dire des frëquences de l'ordre de quelques centaines de Hertz.
I1 s'agit d'un avantage très important car il permet dans ces conditions de diminuer les dimensions de l'ossature, ce qui favorise encore un faible encombrement du dispositif d'atté-nuation acoustique selon l'invention.
De méme, l'implantation de l'ossature au centre du conduit permet de raccourcir la distance séparant le microphone d'erreur 2 et le haut-parleur d'atténuation 6. Toutefois, compte tenu d'une propagation évanescente de certaines ondes sonores, i1 convient de maintenir le haut-parleur à une distance de l'ordre de 15 à 30 cm du microphone d'erreur.
Par ailleurs, grâce a la disposition particulière des moyens capteurs et des actionneurs selon l'invention, la distance thêorique minimale entre le haut-parleur 6 et le microphone de référence 50 correspond à deux diamètres du conduit. Cette distance théorique minimale est à comparer avec une longueur théorique ëquivalente â quatre diamètres dans le cas d'une source disposée dans la paroi de la gaine du conduit, comme dans le Brevet FR-83 13502 mentionné ci-avant.
I1 est à remarquer gue les avantages mentionnés ci-avant sont valables pour un positionnement de la membrane du haut-parleur au niveau du centre de gravité de celui-ci. Dans ces conditions, la surface rayonnante du haut-parleur peut étre perpendiculaire â la direction de propagation des ondes sonores, mais aussi parallêle ou avec un certain angle.
Toutefois, c'est lorsque la surface rayonnante du haut-par-leur est sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores que le haut-parleur est réelle-ment directif.
D'autre part, la complémentarité des élêments d'atténuation passive améliore d'autant plus la directivité car les ondes sonores se propageant de la source d'atténuation vers l'amont par exemple sont amorties par le dispositif passif. De plus, c'est lorsque la surface rayonnante de la source d'atténua-tion est sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores que le dispositif d'atténuation acoustique active selon l'invention est symétrique par rapport à l'axe de symétrie du conduit.
Or, les modes angulaires étant dissymétriques, ils risquent d'être légèrement excités par un haut-parleur placé de façon dissymétrique.
Par exemple, le haut-parleur est celui vendu par la société
AUDAX sous la référence HT 130k0.
Les microphones de contrôle et de référence sont par exemple des microphones unidirectionnels vendus sous la référence EM357 par la société POOKOO INDUSTRIAL.
On fait maintenant référence aux figures 6 et 7 qui illus-trent schêmatiquement l'architecture et l'aspect fonctionnel des moyens électroniques de commande d'atténuation active selon l'invention dans le cas d'un système mono-voie.
D'une façon générale, les moyens électroniques de commande qui vont être capables d'engendrer le signal d'atténuation acoustique active à la source 6 sont articulês ici autour de moyens de filtrage par anticipation. Ces moyens de commande sont avantageusement logés à l'intérieur de l'ossature. Ils peuvent aussi être logés dans la gaine du conduit.
Ces moyens de filtrage par anticipation comprennent un premier bloc d'acquisition 100 possédant une entrée 102 reliée au capteur 50 et une sortie 104. De même, il est prévu pour les capteurs 2 un bloc d'acquisition 110 possédant une entrée 112 reliée aux moyens capteurs 2, et une sortie 114.
Ces blocs d'acquisition 100 et 110 acheminent leurs signaux respectifs à un processeur 130 possédant une entrée 132 reliêe à l' entrée 104 et une entrée 134 reliée â la sortie 114.
Le processeur 130 est avantageusement un processeur de type DSP pour DIGITAL SIGNAL PROCESSOR. Par exemple, le processeur 130 est celui vendu par la société TEXAS INSTRUMENTS sous la rëférence TMS 320C25.
Le processeur 130 possède une sortie 136 délivrant un signal numérique â un bloc de restitution 140. Ce bloc 140 possêde une entrée 142 reliée à la sortie 136 et une sortie 144 reliée à la source 6.
Les blocs d'acquisition 100 et 110 sont des blocs d'acquisi tion d'un signal analogique pour le convertir en numérique pour le processeur 130.
D'une façon générale, chaque bloc d'acquisition 100 et 110 comprend un élément de préamplification, suivi en série d'un filtre de conditionnement, par exemple un filtre d'anti-recouvrement et enfin suivi d'un convertisseur analogique/nu-mërique.
' S Inversement, le bloc de restitution 140 est un dispositif dont la fonction est d'assurer la conversion d'un signal - numérique en analogique.
D'une façon générale, un tel bloc de restitution comprend un convertisseur numérique/analogique suivi d'un filtre de lissage, par exemple un filtre passe-bas, et d'un amplifica-teur audio.
Le processeur 130 est capable de piloter un algorithme de minimisation de telle sorte que le signal e captê par le capteur 2 présente une énergie la plus faible possible. Cette action est réalisée gràce à la délivrance d'un signal u qui excite la source d'atténuation 6 de telle sorte que l'onde de contre-bruit émise par la source 6 présente la même amplitude que le signal captê par le capteur 50, mais en opposition de phase par rapport à celui-ci pour atténuer le bruit qui se propage dans le conduit de l'endroit 51 à l'endroit 3.
En pratique, l'algorithme de minimisation est un algorithme de type LMS pour LEAST MEANS SQUARE ou encore MOINDRE CARRÉ
MOYEN.
La fréquence d'échantillonnage des convertisseurs analogi-ques/numériques est choisie soigneusement pour éviter d'introduire un retard temporel gênant au niveau de la propagation des signaux électroniques.
En condition de fonctionnement, c'est-à-dire pendant la phase de minimisation, le processeur acquiert périodiquement, et en temps réel, le bruit de référence r capté par le capteur 50.
Ces moyens de traitement calculent également l'énergie du signal e capté par le capteur d'erreur 2. Ensuite, les moyens de filtrage par anticipation sont placés en recherche des paramètres optimaux W pour la meilleure atténuation active W~ 97/16816 PC'à'/FR96/01694 afin de déterminer, en temps réel, les valeurs du signal de commande d'atténuation acoustique active u.
Avant cela, il convient toutefois de conna3tre précisément 5 les réponses impulsionnelles du dispositif selon l'invention.
En réfêrence ~ la figure 7, les rëponses impulsionnelles mises en jeu sont la réponse impulsionnelle Ho relative à la fonction de transfert entre le capteur 50 et la source 6 et 10 la rêponse impulsionnelle H relative à la fonction de trans-fert entre la source 6 et le capteur d'erreur 2.
La fonction de transfert H comprend une entrée recevant le signal u et une sortie délivrant le signal y qui correspond 15 au signal d'atténuation acoustique active capté par le capteur 2.
La fonction de transfert Ho comprend une entrée recevant le signal r et une sortie délivrant le signal b qui correspond 20 au rayonnement sonore de la source â atténuer, capté par le capteur de référence 50. La fonction Ho est le plus souvent avantageusement négligeable.
La fonction de transfert H est mesurëe de la façon suivante.
Dans une première étape d'initialisation, on mesure la fonction de transfert du chemin dit secondaire entre la source 6 et le microphone d'erreur 2 par une méthode d'ini-tialisation, par exemple en excitant la source 6 par des signaux de type DIR.AC, bruits blancs, de réfêrence filtrée ou analogues.
La fonction de transfert H est échantillonnée et sauvegardée dans la mémoire du processeur DSP. Par exemple, la fonction de transfert est êchantillonnée à la fréquence de 5400 Hz sur un nombre de 70 points.
Il est appliqué de même pour la fonction de transfert Ho mentionnëe ci-avant.
Les coefficients W de filtrage numérique sont adaptés en temps réel selon l'algorithme LMS pour minimiser le signal e en fonction du signal r (ou b).
Ainsi, le fonctionnement du dispositif selon l'invention est indépendant du réglage de l'installation, du débit, de la vitesse du fluide dans le conduit, ou des accessoires de réseau aérauliques présents â l'amont ou â l'aval du disposi-tif selon l'invention.
De même, l'algorithme itératif de minimisation de type LMS
permet ici de trouver l'atténuation active quel que soit le type de la source de bruit, par exemple ventilateurs ou compresseurs ou autres. De même, grâce au fait que les réponses impulsionnelles sont préalablement mesurêes, la mise en oeuvre et l'adaptation de l'installation est très simple et ne fait pas appel â des spécialistes acousticiens ou électroniciens.
I1 convient de remarquer que le dispositif selon l'invention est conçu en lui intégrant le cas échéant une atténuation passive, ce qui permet d'obtenir des performances très intéressantes sur toute la bande des fréquences audibles.
Dans certaines configurations, appelées système multi-voies il peut être nécessaire d'insérer plusieurs ossatures dans le conduit. On distingue alors deux catégories de systèmes multi-voies: le système couplé et le systëme découplé.
Dans le système couplé (figures 8 et 9), il est prévu un nombre z d'ossatures OS individualisées ici en OS1 à OS3, telles que décrites ci-avant avec chacune au moins un microphone d'erreur 2 et au moins un haut-parleur 6. I1 y a donc n microphones d'erreur (ici n=3) et m nombres de haut-parleurs (ici m=3). Les ossatures traitent chacune un espace à l'intérieur du conduit D. Les moyens de fixation FIX de chaque ossature tissent comme une toile d'araignée dans le conduit. Ces moyens de fixation FIX sont les ailettes 32 décrites en référence aux figures 1 et 2.
A chaque ossature, il peut être associé un microphone de référence 50 respectif ou un seul microphone de rêférence pour la pluralité des ossatures.
Les moyens électroniques de commande COM sont communs à la pluralité des ossatures. Ils font l'acquisition des nxm rêponses impulsionnelles Hij (i étant un nombre entier variant de 1 ~ n et j ëtant un nombre entier variant de 1 à
m) sur un nombre choisis de points et â une fréquence d'échantillonnage choisie.
Les moyens électroniques de commande font également l'acqui-sition des n rëponses impulsionnelles Hoi pour prendre en considération la propagation acoustique entre les microphones d'erreur et les microphones de référence. Enfin, en temps rëel, ils calculent les n filtres Wi. Chacun des filtres et par conséquent chaque signal de commande dépendent des signaux captés par le ou les microphones de rêfërence et les microphones d'erreur, et des rêponses impulsionnelles.
Dans le système découplé ( figures 10 , 11 , 12 et 13 ) , les n microphones d'erreur et les m haut-parleurs sont positionnés dans n sous-conduits avec gaine ( figures 12 et 13 ) ou sans gaine (figures 10 et 11) . Les n sous conduits lorsqu'ils sont regroupés correspondent au conduit total D. Les gaines G1 à G3 des sous-conduits SC1 à SC4 sont ici distinctes des moyens de fixation des ossatures. Éventuellement, les moyens de fixation, lorsqu'ils sont pleins sur toute la longueur du dispositif, peuvent constituer les gaines des sous-conduits.
En découplé, les moyens électroniques de commande sont subdivisés en sous moyens ëlectroniques de commande COM1 et COM2 associês chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature OS1 et OS2.
On peut prévoir que les seconds moyens capteurs sont communs la pluralité des ossatures.
Les moyens de fixation de chaque ossature constitue ainsi un partionnement du conduit, modifiable à volonté selon l'appli-cation choisie.
En référence aux figures 14 et 15, des résultats d'atténua-tion active et passive ont ëté obtenus respectivement avec et sans ëcoulement dans le conduit. Les courbes d'atténuation ont ëtê mesurëes sur une conduite d'un diamètre de 315 mm comportant l'absorption passive et active telle que décrite en référence aux figures 1 â 7.
Ces mesures ont ëté effectuées selon la norme par insertion par un organisme de certification.
L'atténuation du dispositif selon l'invention sur les basses fréquences est dans le cas d'un bruit purement aléatoire de 10 dB â 125 Hz, 12 dB à 250 Hz, et 15 dB â 500 Hz.
De méme, l'association optimisée d'une absorption acoustique active large bande et d'une absorption passive permet d'obtenir un résultat satisfaisant pour les basses fréquen-ces, c'est-à-dire celles inférieures à 1000 Hz dans le cas d'un bruit alêatoire. L'atténuation acoustique obtenue est de 13 dB à 125 Hz, 20 dB â 250 Hz, et 30 dB â 500 Hz.
Par ailleurs, il y a lieu de remarquer que le volume occupé
par les moyens d'attênuation passive est relativement peu encombrant par rapport aux structures antërieures afin de limiter la perte de charge et réduire l'encombrement du dispositif dans le conduit. Ce volume rëduit est optimisê ici grâce aux choix des paramêtres de l'atténuation active selon l'invention.
Claims (19)
1. Dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit, le dispositif comprenant:
- au moins des premiers moyens capteurs (2) disposés à un premier endroit à l'intérieur du conduit et propres à capter un premier signal acoustique (e) au moins en un point dudit premier endroit, - des moyens actionneurs d'atténuation (6) disposés selon une relation géométrique prédéterminée par rapport au conduit et en amont des premiers moyens capteurs selon le sens de propagation du signal acoustique dans le conduit, et propres à délivrer au moins un signal d'atténuation acoustique active (u) en réponse à au moins un signal de commande choisi, - des moyens électroniques de commande propres à générer le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique (e) ainsi capté, caractérisé en ce que les premiers moyens capteurs (2) et les moyens actionneurs (6) sont séparés les uns des autres d'une distance petite, sensiblement inférieure au diamètre ou à la plus petite dimension de la section du conduit, et disposés en totalité à l'intérieur du conduit à une distance choisie de la paroi interne de la gaine du conduit, en ce que l'axe de symétrie du rayonnement des moyens actionneurs et l'axe de symétrie des premiers moyens capteurs (2) sont sensiblement parallèles à la direction de propagation du signal acoustique dans le conduit.
- au moins des premiers moyens capteurs (2) disposés à un premier endroit à l'intérieur du conduit et propres à capter un premier signal acoustique (e) au moins en un point dudit premier endroit, - des moyens actionneurs d'atténuation (6) disposés selon une relation géométrique prédéterminée par rapport au conduit et en amont des premiers moyens capteurs selon le sens de propagation du signal acoustique dans le conduit, et propres à délivrer au moins un signal d'atténuation acoustique active (u) en réponse à au moins un signal de commande choisi, - des moyens électroniques de commande propres à générer le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs, afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique (e) ainsi capté, caractérisé en ce que les premiers moyens capteurs (2) et les moyens actionneurs (6) sont séparés les uns des autres d'une distance petite, sensiblement inférieure au diamètre ou à la plus petite dimension de la section du conduit, et disposés en totalité à l'intérieur du conduit à une distance choisie de la paroi interne de la gaine du conduit, en ce que l'axe de symétrie du rayonnement des moyens actionneurs et l'axe de symétrie des premiers moyens capteurs (2) sont sensiblement parallèles à la direction de propagation du signal acoustique dans le conduit.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premiers moyens capteurs (2) et le moyens actionneurs (6) sont disposés sensiblement dans l'axe central (10) du conduit.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant une ossature (16), fixe, susceptible de supporter les moyens actionneurs (6) et les premiers moyens capteurs (2) selon un arrangement choisi permettant d'éviter la création d'ondes sonores parasites et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter la perte de charge dans le conduit.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'ossature (16) supporte des moyens d'atténuation acoustique passive disposés selon un arrangement choisi pour faciliter la directivité du rayonnement des moyens actionneurs, limiter la perte de charge, et optimiser l'atténuation active.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, comprenant en outre des moyens de fixation (32) pour fixer l'ossature à l'intérieur du conduit, à une distance choisie de la paroi interne de la gaine dudit conduit, et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter la perte de charge dans le conduit.
6. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'ossature est monobloc, à
faible perte de charge et compacte.
faible perte de charge et compacte.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des seconds moyens capteurs (50), disposés à un second endroit (51) à l'intérieur du conduit, en amont du premier endroit (3) selon le sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit et propres à capter un second signal acoustique (r) au moins en un point dudit second endroit (51), et dans lequel les moyens électroniques de commande génèrent le signal d'atténuation acoustique active pour les moyens actionneurs afin de minimiser l'énergie du premier signal acoustique (e) en fonction des premier (e) et second (r) signaux acoustiques ainsi captés.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les seconds moyens capteurs (50) et les moyens actionneurs (6) sont séparés les uns des autres d'une distance sensiblement supérieure ou égale à deux diamètres ou plus petite dimension de la section du conduit et sensiblement inférieure à
quatre diamètres ou plus petite dimension de la section du conduit.
quatre diamètres ou plus petite dimension de la section du conduit.
9. Dispositif selon la revendication 7, comprenant une ossature (16), fixe, susceptible de supporter les moyens actionneurs (6) et les premiers moyens capteurs (2) selon un arrangement choisi permettant d'éviter la création d'ondes sonores parasites et dont les dimensions et la forme sont choisies pour limiter la perte de charge dans le conduit, l'ossature (16) supportant les seconds moyens capteurs à l'intérieur du conduit à une distance choisie de la paroi interne de la gaine du conduit ainsi que des moyens actionneurs.
10. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de fixation, à
l'endroit du contact avec la paroi interne de la gaine du conduit, sont recouverts d'un matériau amortisseur de vibrations.
l'endroit du contact avec la paroi interne de la gaine du conduit, sont recouverts d'un matériau amortisseur de vibrations.
11. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens électroniques de commande comprennent des moyens de filtrage dont les coefficients sont adaptés en temps réel selon un algorithme choisi pour minimiser l'énergie du premier signal acoustique en fonction du second signal acoustique, la pluralité
des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'atténuation passive.
des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'atténuation passive.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le conduit est subdivisé en une pluralité de sous-conduits avec ou sans gaine, à
chaque sous-conduit étant associé une ossature disposée à l'intérieur dudit sous-conduit, la pluralité des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'atténuation passive.
chaque sous-conduit étant associé une ossature disposée à l'intérieur dudit sous-conduit, la pluralité des ossatures formant une seule structure avec ou sans moyens d'atténuation passive.
13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel la pluralité des ossatures est disposée sensiblement dans l'axe central du conduit.
14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'au moins l'une des ossatures parmi la pluralité des ossatures est disposée sensiblement dans l'axe central du conduit.
15. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les moyens électroniques de commande sont communs à la pluralité des ossatures.
16. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les moyens électroniques de commande sont subdivisés en sous-moyens électroniques de commande indépendants et associés chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, comprenant en outre des second moyens capteurs, et dans lequel les seconds moyens capteurs sont communs à la pluralité des ossatures.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel les moyens de fixation de chaque ossature constituent un partitionnement du conduit.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel la gaine du conduit située à distance choisie de la source (6) et au moins des premiers moyens capteurs (2) comprend des moyens d'atténuation acoustique passive pour la gaine.
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| MKLA | Lapsed |
Effective date: 20151029 |