EP0858651B1 - 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

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 Download PDF

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EP0858651B1
EP0858651B1 EP96937355A EP96937355A EP0858651B1 EP 0858651 B1 EP0858651 B1 EP 0858651B1 EP 96937355 A EP96937355 A EP 96937355A EP 96937355 A EP96937355 A EP 96937355A EP 0858651 B1 EP0858651 B1 EP 0858651B1
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EP
European Patent Office
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duct
attenuation
signal
sound
sensor
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EP96937355A
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Christian Carme
Virginie Delemotte
Pierre Chaffois
Patrick Damizet
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Technofirst SA
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Aldes Aeraulique SA
Technofirst SA
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Definitions

  • the present invention relates to acoustic attenuation activates an acoustic signal propagating in a space confined, such as a conduit.
  • Active acoustic attenuation is the operation which consists in attenuating an acoustic signal, by electronically creating another acoustic signal similarly amplitude that the acoustic signal to attenuate, and in opposition phase with respect to it.
  • An acoustic signal to be attenuated here means noise from any source of noise and likely to spread in the conduit.
  • electronic control means include filtering means whose coefficients are adapted, in real time, according to an algorithm chosen for minimize the energy of the acoustic error signal as a function of the reference acoustic signal.
  • This installation has the advantage of generating only a small pressure loss due solely to the presence of microphones error and reference inside the duct.
  • the location of the attenuation source in the wall of the duct sheath most often generates parasitic phenomena, which can disturb the attenuation active. These phenomena, called “rejection phenomena”, most often occur at relatively frequent frequencies bass, typically from the first angular wave mode sound.
  • a known solution is to choose for electronic control means (in particular conditioning or anti-recovery filters and smoothing) a cutoff frequency lower than the frequency of appearance of the first mode sound waves angular.
  • a solution known to favor a time delay acoustic (propagation of sound waves) greater than electrical time delay (from signal propagation electronic), consists of placing the reference microphone at a relatively large distance from the source mitigation. In practice, this distance is chosen equal at least four times the diameter of a circular duct.
  • This type of installation does not provide for the use of a microphone of reference to participate in the development of the signal acoustic attenuation. It is a simple filtering by feedback.
  • the axis of symmetry of the radiation of the attenuation source is here perpendicular to the direction propagation of sound waves, which limits the efficiency active acoustic attenuation because this arrangement asymmetrical generates parasitic sound waves (equivalent to those of the first angular mode or "mode transverse "), from the frequency of appearance of such fashion. If necessary, this provision is effective for the treatment of the only transverse mode.
  • document FR-A-2275722 describes a device comprising a reference microphone and a noise reduction source arranged inside a pipeline. There is no error microphone placed near the source of the counter-noise.
  • the device is therefore not adaptive. It only allows fail to obtain satisfactory mitigations when physical parameters of the pipeline (temperature, fouling, ...) evolve.
  • the present invention aims to improve installations active acoustic attenuation.
  • the first sensor means and actuator means are separated from each other from a small distance, significantly less to the diameter or the smallest dimension of the section of the duct and arranged entirely inside the duct, at a chosen distance from the duct sheath, and the axis of symmetry of the radiation of the actuator means and the axis of symmetry of the first sensor means are substantially parallel to the direction of propagation of the acoustic signal in the conduit.
  • the first sensor means and the actuator means are arranged substantially in the axis central duct.
  • the device comprises a fixed frame (or bulb) capable of supporting actuator means and the first sensor means according to a chosen arrangement to avoid the creation of waves noise and whose dimensions and shape are chosen to limit the pressure drop in the duct.
  • the framework supports attenuation means passive acoustics arranged in an arrangement chosen for facilitate the directivity of the radiation of the actuating means, and whose volume is optimized thanks to the attenuation active to limit pressure drop and reduce bulk of the device in the conduit.
  • fixing means to fix the framework inside the duct are provided for a selected distance from the sheath of said conduit, and the dimensions and shape are chosen to limit the loss of load in the conduit.
  • the framework is monobloc, with low loss charging, and compact.
  • second sensor means arranged at a second place inside the duct, upstream from the first place according to the direction of propagation of the acoustic signal in the duct and suitable for picking up a second acoustic signal at least at one point of said second location, and in which the electronic control means generate the signal active acoustic attenuation for the actuator means, in order to minimize the energy of the first acoustic signal, by function of the first and second acoustic signals as well captured.
  • Such a device constitutes an active acoustic attenuator of the type with anticipation filtering (also called FEED FORWARD CONTROL).
  • the framework supports the second sensor means inside the duct at a selected distance from the sheath of the conduit as well as actuator means.
  • the fixing means at the point of contact with the duct sheath, are covered with a material vibration damper.
  • the electronic means control means include filtering means the coefficients are adapted in real time according to an algorithm chosen to minimize the energy of the first acoustic signal based on the second acoustic signal.
  • the conduit is subdivided into a plurality of sub-conduits with or without sheath (with or without partitioning), each sub-duct being associated with a framework disposed inside said sub-duct, the plurality of frameworks forming a single structure with or without means passive attenuation.
  • a device constitutes a system multi-way.
  • the plurality of frameworks is arranged substantially in the central axis of the duct.
  • one at less of the frames, among said plurality, is disposed substantially in the central axis of the conduit.
  • the means control electronics are common to the plurality of frameworks.
  • the electronic control means are subdivided into independent and associated electronic control means each with actuator and sensor means of each frame.
  • the second sensor means are common to the plurality of frameworks.
  • the duct sheath located at a selected distance from the source and at least first sensor means comprises passive acoustic attenuation means for the sheath.
  • the device according to the invention also applies to ducts of oblong, square, rectangular section, or other.
  • the fluid can be not only air but also another gas, or water. There may or may not be flow of fluid.
  • the device according to the invention can be installed at any opening between a noisy place and a place to be soundproofed.
  • the device according to the invention is applied to a ventilation unit, for example the VEC271B unit sold by the company ALDES.
  • a ventilation unit for example the VEC271B unit sold by the company ALDES.
  • Electronic control means that deliver the signal active acoustic attenuation at the source of the counter-noise preferably use the filtering technique by anticipation also called FEED FORWARD CONTROL.
  • the essential characteristics of the device namely especially its particular arrangement inside the conduit can also be applied to filtering means by feedback also called FEED-BACK CONTROL.
  • the device comprises a sensor 2 placed at a location 3 inside the core 4 of a circular duct 1.
  • This sensor receives a first signal acoustic e (called error) at least at point 3 of the drove.
  • a source of attenuation 6 is disposed inside of the soul 4 of the conduit. This source delivers an attenuation signal acoustic active in response to a control signal chosen which will be described in more detail below.
  • Electronic control means (not shown in Figures 1 and 2) generate the acoustic attenuation signal active for the source, depending on at least the first signal acoustic e.
  • first means sensors 2 and source 6 are arranged entirely inside of the duct, facing each other, and to a chosen distance from the duct sheath.
  • the axis of symmetry of the radiation of the source and the axis of symmetry of the first means sensors are substantially parallel to the direction of propagation of the acoustic signal in the duct.
  • the source is a speaker diaphragm M and coil B.
  • the axis of radiation of the loudspeaker ARS is here the main axis of the loudspeaker on which the physical quantities (intensity, efficiency, pressure) are maximum.
  • the first sensors 2 include at least one microphone S, unidirectional, formed of a sensitive capsule C, itself wrapped in a protective E envelope.
  • the AS axis of symmetry of the microphone is represented.
  • the microphone is connected to electronic means control via conventional L cables.
  • the iso-sensitivity curves are also shown in figure 5.
  • the senor 2 and the source 6 are arranged here substantially in the central axis 10 of the conduit.
  • the fact of arranging the source and the sensor inside the duct, and according to the layout described above confers many advantages.
  • the sound vibrations caused by the source according to the invention are taken into account in full by the electronic control means.
  • sensor (microphone) and actuator (speaker) means of the device according to the invention are supported at the interior of the duct by a framework (or bulb) whose shape and dimensions are chosen especially in view avoid the appearance of spurious sound waves and limit the pressure drop in the duct.
  • this framework is fixed inside the duct by fixing means which are covered, for the parts in contact with the duct sheath, of a material having vibration damping properties.
  • these means vibration dampers are easy to set up square.
  • the source 6 is housed at the end 11 of an acoustic enclosure 12.
  • the enclosure is cylindrical in shape.
  • Source 6 is arranged at one 11 of the ends of the cylinder so that the radiating surface of the source is opposite the microphone error 2.
  • the enclosure is made of a rigid material, for example PVC, or sheet metal.
  • the length of the speaker is from 800 to 1000 mm. Its diameter is around 100 at 300 mm.
  • the distance between the radiating surface of the speaker 6 and microphone 2 is of the order of 150 to 300 mm.
  • the internal wall 14 of the acoustic enclosure 12 is advantageously covered with passive absorption material.
  • this passive sound absorption material is rock wool.
  • the thickness of the wool rock is here of the order of 10 to 30 mm.
  • the acoustic enclosure 12 is itself supported by a framework 16 of cylindrical shape such as a shell or a bulb.
  • the outer wall 15 of the frame 16 is constituted of a rigid perforated material favoring passive absorption and avoiding the erosion of rock wool by the air flow.
  • the rigid material of the shell is a sheet perforated metal.
  • the perforation rate is at least around 30% in area. Perforation promotes energy absorption acoustics by bringing rock wool into contact with the medium in which the sound waves propagate.
  • the space between the external wall 15 of the frame and the outer wall 13 of the enclosure 12 is filled of rock wool.
  • the inner wall 19 of the sheath 18 of the duct is also provided with means for passive acoustic attenuation.
  • the inner wall 19 of the sheath 18 is made of a material such as a perforated sheet.
  • a passive acoustic attenuation material is advantageously housed between the inner wall 19 and the outer wall 20 of the sheath 18 of the duct.
  • this passive acoustic attenuation material is also rock wool.
  • the thickness of the rock wool is of the order of 25 to 50 mm and its density is of the order of 40 kg / m 3 to 70 kg / m 3 .
  • the part of the duct sheath equipped with passive acoustic attenuation means opposite of the bulb improves the overall attenuation of the device according to the invention in a wide frequency band.
  • This part of the sheath is most often intended to be assembled to another sheath devoid of passive attenuation.
  • the senor 2 is a flooded microphone in a hemisphere 40 made of a material having advantageously transparent acoustic properties.
  • This material is for example open cell foam. This material avoids air turbulence noise, which promotes good signal capture acoustic.
  • the hemisphere 40 is supported by a ring 42 disposed at a chosen distance from the source 6 thanks to two feet 44 whose length determines the distance between the surface radiating from the source and the equatorial section 41 of the half-sphere 40.
  • the space between the radiating surface of the source and the section 41 can be empty or fully filled or partially delimited open cell foam, or other material acoustically transparent.
  • the space between the source 6 and the sensor 2 is delimited by a thin or thin fabric open cell foam layer.
  • These materials are advantageously acoustically transparent.
  • the property "acoustically transparent” here gives the advantage of improving turbulence filtering for the error microphone 2. Likewise, it improves the filtering of dust. He avoids also the detachments of the air flow.
  • the electronic means of control are advantageously but not limited to type with anticipatory filtering means.
  • a reference sensor 50 disposed in a second place 51 of the conduit, upstream of the first location 3 depending on the direction of propagation of the acoustic signal in the conduit.
  • This sensor 50 is capable of picking up a second acoustic signal at least at a point 51 of the duct.
  • This second acoustic signal constitutes the reference signal r that will use the electronic control means.
  • this sensor 50 is placed close to from the end 9 of the enclosure 12 which is longitudinally opposite the end 11 of the acoustic enclosure 12 in which source is inserted.
  • the sensor 50 is also embedded in a hemisphere 53 in open cell foam.
  • the hemisphere 53 is attached to the end 9 of the acoustic enclosure 12.
  • the frame 16 and the sensors 2 and 50 are kept at the interior of the duct by fixing means which consist of fins 32, 34 and 36 extending along the framework, at the equatorial section 41 of the half-sphere 40 to the level of the end 9 of the enclosure 12. These fixing means make it possible to fix the framework to a chosen distance from the duct sheath.
  • these fins can be individual or formed a sort of three-branch spider, this which allows to form a common fixation for the source and the sensors.
  • This common fixing allows a set up easy of the acoustic attenuation device according to the invention.
  • it is compact, and has a aerodynamic shape which does not increase the pressure drop in the conduit.
  • the ends of the fins at the place of contact with the duct sheath are covered with a vibration damping material, for example a material elastomer type.
  • the ratio between the outside diameter of the framework and the internal diameter of the duct must remain significantly less than 0.6.
  • the implantation of the framework in the center of the duct shortens the distance between the microphone 2 and the attenuation speaker 6.
  • the speaker should be kept at a distance of about 15 to 30 cm from the error microphone.
  • the distance theoretical minimum between speaker 6 and microphone 50 corresponds to two diameters of the conduit. This minimum theoretical distance is to be compared with a length theoretical equivalent to four diameters in the case of a source arranged in the wall of the duct sheath, as in Patent FR-83 13502 mentioned above.
  • the radiating surface of the speaker may be perpendicular to the direction of wave propagation sound, but also parallel or at a certain angle. However, it is when the radiating surface of the speaker is substantially perpendicular to the direction of sound wave propagation that the speaker is actually directive.
  • the complementarity of the mitigation elements passive improves directivity all the more because the waves sound propagating from the attenuation source upstream for example are amortized by the passive device. Moreover, it is when the radiating surface of the attenuation source is substantially perpendicular to the direction of sound wave propagation that the attenuation device active acoustics according to the invention is symmetrical by relative to the axis of symmetry of the duct.
  • the angular modes being asymmetrical, they risk to be slightly excited by a speaker placed so asymmetrical.
  • the speaker is the one sold by the company AUDAX under the reference HT 130k0.
  • control and reference microphones are for example unidirectional microphones sold under the reference EM357 by POOKOO INDUSTRIAL.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate schematically the architecture and the functional aspect electronic means for active attenuation control according to the invention in the case of a single-channel system.
  • control means who are going to be able to generate the attenuation signal active acoustics at source 6 are articulated here around means of advance filtering. These control means are advantageously housed inside the frame. They can also be accommodated in the duct sheath.
  • These anticipation filtering means include a first acquisition block 100 having an input 102 connected to sensor 50 and an output 104. Likewise, provision is made for sensors 2 an acquisition block 110 having a input 112 connected to the sensor means 2, and an output 114.
  • acquisition blocks 100 and 110 carry their signals respective to a processor 130 having an input 132 connected to input 104 and an input 134 connected to output 114.
  • the processor 130 is advantageously a type processor DSP for DIGITAL SIGNAL PROCESSOR.
  • the processor 130 is that sold by TEXAS INSTRUMENTS under the reference TMS 320C25.
  • the processor 130 has an output 136 delivering a signal digital to a 140 rendering block.
  • This 140 block has an input 142 connected to output 136 and an output 144 linked to source 6.
  • the acquisition blocks 100 and 110 are acquisition blocks an analog signal to convert it to digital for processor 130.
  • each acquisition block 100 and 110 includes a preamplifier, followed in series by a conditioning filter, for example an anti-recovery filter and finally followed by an analog / digital converter.
  • a conditioning filter for example an anti-recovery filter
  • the restitution block 140 is a device whose function is to ensure the conversion of a signal digital to analog.
  • such a restitution block includes a digital / analog converter followed by a filter smoothing, for example a low-pass filter, and an amplifier audio.
  • the processor 130 is capable of driving an algorithm of minimization so that the signal e picked up by the sensor 2 has the lowest possible energy. This action is carried out through the delivery of a signal u which excites the attenuation source 6 so that the wave of counter-noise emitted by source 6 has the same amplitude than the signal picked up by the sensor 50, but in opposition to phase with respect to it to attenuate the noise that propagates in the duct from location 51 to location 3.
  • the minimization algorithm is an algorithm LMS type for LEAST MEANS SQUARE or LESS SQUARE WAY.
  • sampling frequency of analog / digital converters is chosen carefully to avoid introduce an annoying time delay at the level of the propagation of electronic signals.
  • the processor acquires periodically, and in in real time, the reference noise r picked up by the sensor 50. These processing means also calculate the energy of the signal e picked up by the error sensor 2. Next, the means filtering are placed in search of optimal parameters W for the best active attenuation in order to determine, in real time, the values of the signal active acoustic attenuation control u.
  • the impulse responses brought into play are the impulse response Ho relative to the transfer function between sensor 50 and source 6 and the impulse response H relative to the transfer function between source 6 and error sensor 2.
  • the transfer function H includes an input receiving the signal u and an output delivering the signal y which corresponds to the active acoustic attenuation signal picked up by the sensor 2.
  • the Ho transfer function includes an input receiving the signal r and an output delivering the corresponding signal to the sound radiation from the source to be attenuated, picked up by the reference sensor 50.
  • the Ho function is most often advantageously negligible.
  • the transfer function H is measured as follows.
  • a first initialization step we measure the transfer function of the so-called secondary path between the source 6 and the error microphone 2 by an initialization method, for example by exciting source 6 with DIRAC type signals, white noise, filtered reference or analogues.
  • the transfer function H is sampled and saved in the memory of the DSP processor.
  • the function of transfer is sampled at the frequency of 5400 Hz on a number of 70 points.
  • the digital filter coefficients W are adapted by real time according to the LMS algorithm to minimize the signal e depending on the signal r (or b).
  • the operation of the device according to the invention is independent of the setting of the installation, the flow, the velocity of the fluid in the conduit, or accessories ventilation network present upstream or downstream of the device according to the invention.
  • the iterative LMS type minimization algorithm allows here to find the active attenuation whatever the type of noise source, for example fans or compressors or others.
  • the setting implementation and adaptation of the installation is very simple and does not call on acoustic specialists or electronics engineers.
  • the device according to the invention is designed by incorporating attenuation, where appropriate passive, which provides very high performance interesting over the entire audible frequency band.
  • multi-channel system it may be necessary to insert several frameworks into the drove. There are then two categories of systems multi-channel: the coupled system and the decoupled system.
  • Each frame can be associated with a microphone respective reference 50 or a single reference microphone for the plurality of frames.
  • the COM electronic control means are common to the plurality of frames. They acquire nxm impulse responses Hij (i being an integer varying from 1 to n and j being an integer varying from 1 to m) on a selected number of points and at a frequency sampling method.
  • Electronic control means also acquire of n Hoi impulse responses to take into consideration of acoustic propagation between microphones error and reference microphones. Finally, in time real, they calculate the n Wi filters. Each of the filters and therefore each control signal depends on signals picked up by the reference microphone (s) and error microphones, and impulse responses.
  • the n error microphones and the m speakers are positioned in n ducts with sheathing ( Figures 12 and 13) or without sheath ( Figures 10 and 11).
  • the n conduits when are grouped together correspond to the total duct D.
  • the sheaths G1 to G3 of the sub-conduits SC1 to SC4 are here distinct from means of fixing the frames. Possibly, the means when full over the entire length of the device, can constitute the sheaths of the sub-conduits.
  • the electronic control means When decoupled, the electronic control means are subdivided into electronic control means COM1 and COM2 each associated with the actuator and sensor means each frame OS1 and OS2.
  • the second sensor means are common to the plurality of frameworks.
  • each frame thus constitutes a partitioning of the duct, changeable at will according to the application chosen.
  • the attenuation of the device according to the invention on the bass frequencies is in the case of a purely random noise of 10 dB at 125 Hz, 12 dB at 250 Hz, and 15 dB at 500 Hz.
  • the optimized combination of acoustic absorption active broadband and passive absorption allows obtain a satisfactory result for low frequencies, that is to say those below 1000 Hz in the case random noise.
  • the acoustic attenuation obtained is 13 dB at 125 Hz, 20 dB at 250 Hz, and 30 dB at 500 Hz.
  • the volume occupied by means of passive mitigation is relatively little bulky compared to the previous structures in order to limit the pressure drop and reduce the size of the device in the conduit. This reduced volume is optimized here thanks to the choice of active attenuation parameters according to the invention.

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Description

La présente 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 l'opération 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 opposition de phase par rapport à celui-ci.
Elle trouve une application générale dans des installations d'atténuation acoustique active permettant de réduire le 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 climatisation.
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 connaít déjà dans le Brevet FR-8313502, un dispositif d'atténuation acoustique active d'un signal acoustique se propageant dans un conduit. D'une façon générale, ce dispositif 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 également à l'intérieur du conduit, en amont du premier microphone dans le sens de la propagation du signal acoustique dans le conduit, et qui capte un second signal acoustique dit de référence et susceptible de se propager dans le conduit,
  • une source d'atténuation disposée dans la 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 captés.
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 référence 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 réjection", surviennent le plus souvent à des fréquences relativement basses, typiquement dès le premier mode angulaire des ondes sonores.
Pour éviter ces problèmes de réjection, une solution connue consiste à choisir pour les moyens électroniques de commande (en particulier les filtres de conditionnement ou anti-recouvrement et de lissage) une fréquence de coupure inférieure à la fréquence d'apparition des ondes sonores du premier mode angulaire.
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 le fait que la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'air est plus forte que la vitesse de propagation de l'électricité, rend nécessaire le maintien d'un retard temporel électrique faible au niveau des moyens électroniques de commande, ce qui n'est pas possible avec une fréquence de coupure présentant une faible valeur.
Une solution connue pour favoriser un retard temporel acoustique (de la propagation des ondes sonores) supérieur au retard temporel électrique (de la propagation des signaux électroniques), consiste à disposer le microphone de référence à une distance relativement importante de la source d'atténuation. En pratique, cette distance est choisie égale à au moins quatre fois le 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'atténuation ou pour que ces modes soient suffisamment amortis, il convient d'éloigner d'une certaine distance ladite source d'atténuation du microphone d'erreur.
Il en résulte que les dimensions globales d'une telle installation (par exemple la distance entre le microphone d'erreur et le microphone de référence), sont choisies grandes, ce qui rend encombrante sa mise en place.
Il en est de même dans le document US-A-4665549 dans lequel un silencieux actif hybride est logé à l'intérieur d'une canalisation. Ce document n'enseigne pas comment limiter les pertes de charges dans la canalisation, notamment comment disposer le microphone d'erreur par rapport à la source de contre-bruit pour éviter la création d'ondes sonores parasites. 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).
On connaít aussi dans le document US-4876722, une autre disposition relative du microphone d'erreur et de la 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 microphone d'erreur est disposé dans la 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. Il 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 direction de propagation des ondes sonores, ce qui limite l'efficacité de l'atténuation acoustique active car cette disposition 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 le document FR-81-22406, on connaít une installation d'atténuation acoustique active dans laquelle la source d'atténuation délivre son signal d'atténuation dans le 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 comprenant 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. Il ne permet pas d'obtenir des atténuations satisfaisantes lorsque les paramètres physiques de la canalisation (température, encrassement, ...) évoluent.
La présente invention vise à améliorer les installations d'atténuation acoustique active antérieures.
Elle a pour but notamment de fournir un dispositif d'atténuation 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 évitant 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 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 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 la 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 parallèles à la direction de propagation du signal 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. Il 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 échéant des seconds moyens capteurs (microphone de référence) que l'on décrira plus en détail 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 la perte de charge dans le conduit.
De préférence, l'ossature supporte des moyens d'atténuation acoustique passive disposés selon un arrangement choisi pour faciliter la directivité du rayonnement des moyens actionneurs, et dont le volume est optimisé grâce à l'atténuation active pour limiter la perte de charge et réduire l'encombrement 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, à 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 acoustique au moins en un point dudit second endroit, 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, en fonction des premier et second signaux acoustiques ainsi captés.
Un tel dispositif constitue un atténuateur acoustique actif du type à filtrage par anticipation (appelé encore FEED FORWARD CONTROL).
En pratique, l'ossature supporte les seconds moyens capteurs à 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 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.
En variante, le conduit est subdivisé en une pluralité de sous-conduits avec ou sans gaine (avec ou sans partitionnement), 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. Un tel dispositif constitue un système multi-voies.
En pratique, la pluralité des ossatures est disposée sensiblement 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 système multi-voies est couplé, les moyens électroniques de commande sont communs à la pluralité des ossatures.
Dans le cas où le système multi-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.
Eventuellement, 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'invention, 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 apparaítront à 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 à l'intérieur 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 éléments essentiels d'un microphone et ses courbes d'iso-sensibilité;
  • la figure 6 illustre schématiquement les moyens électroniques de commande du dispositif selon l'invention;
  • la figure 7 est un schéma équivalent des moyens électroniques de commande selon l'invention;
  • les figures 8 et 9 illustrent schématiquement un système multi-voies couplé 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 système multi-voies découplé avec partionnement selon l'invention; et
  • les figures 14 et 15 sont des courbes qui illustrent les résultats obtenus par un dispositif mono-voie selon l'invention.
En référence à la figure 1, le dispositif d'atténuation acoustique active selon l'invention est appliqué non limitativement et à titre préférentiel à l'insonorisation d'une gaine de ventilation dont les caractéristiques techniques sont par exemple les suivantes:
  • conduit circulaire dont le diamètre total varie de 125 mm à 1250 mm;
  • fluide s'écoulant à l'intérieur du conduit: de l'air dont la température peut varier de +10° à +50° avec une hygrométrie relative de 40 à 100%;
  • à 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. Il 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 à insonoriser.
Par exemple, le dispositif selon l'invention est appliqué 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'atténuation acoustique active à la source de contre-bruit utilisent, de préférence, 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 à des moyens de filtrage par rétro-action appelés encore FEED-BACK CONTROL.
Dans la suite de la description, on s'attachera à 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 lequel les moyens électroniques de commande sont de type filtrage par rétro-action.
Il est rappelé que dans les moyens de filtrage par rétro-action, seul un capteur d'erreur et une source de contre-bruit sont prévus; tandis que dans le cas des moyens électroniques de commande utilisant des moyens de filtrage par anticipation, il est prévu en outre un capteur de référence monté en amont et qui délivre un signal de référence acoustique.
On va maintenant décrire 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'atténuation 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.
Il est à noter dès maintenant que les premiers moyens capteurs 2 et la source 6 sont disposés en totalité à l'intérieur du conduit, en regard les uns des autres, et à une distance choisie de la gaine du conduit.
Il est à observer également que l'axe de symétrie du rayonnement 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 référence à 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 électroniques de commande à travers des câbles L classiques. Les courbes d'iso-sensibilité sont également représentés en figure 5.
On fait à nouveau référence aux figures 1 et 2. Il est à observer aussi que la source 6 est disposée en amont du capteur 2 selon le sens de la propagation du signal acoustique 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 électroniques de commande) dans le milieu à insonoriser évite la création de zone de réjection parasite comme c'est le cas dans le Brevet FR-83 13502 mentionné ci-avant.
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-après, les moyens capteurs (microphone) et actionneurs (haut-parleur) 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'extrémité 11 d'une enceinte acoustique 12. Par exemple, l'enceinte est de forme cylindrique. La source 6 est disposée à l'une 11 des extrémités 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 diamètre est de l'ordre de 100 à 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 avantageusement 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 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.
Très 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.
Très 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'atténuation 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 à 50 mm et sa densité est de l'ordre de 40 kg/m3 à 70 kg/m3.
Il est à 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 de la gaine est destinée le plus souvent à être assemblée à une autre gaine dépourvue d'atténuation 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 matériau 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 à 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 partiellement de mousse à cellules ouvertes, ou autre matériau acoustiquement transparent.
Il 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 matériaux sont avantageusement acoustiquement transparents. La propriété "acoustiquement transparent" confère ici l'avantage d'améliorer le filtrage des turbulences pour le microphone d'erreur 2. De même, il améliore le filtrage des poussières. Il 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 prévu 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 acoustique dans le conduit. Ce capteur 50 est propre à capter un 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 de l'extrémité 9 de l'enceinte 12 qui est longitudinalement opposée à l'extrémité 11 de l'enceinte acoustique 12 dans laquelle est insérée la source.
Le capteur 50 est également noyé dans une demi-sphère 53 en mousse à cellules ouvertes. La demi-sphère 53 est accolée à l'extrémité 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-sphère 40 jusqu'au niveau de l'extrémité 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 individuelles 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'invention. De plus, elle est peu encombrante, et présente une forme aérodynamique qui n'augmente pas la perte de charge dans le conduit.
Très avantageusement, les extrémités 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 à l'intérieur du conduit engendre inévitablement une perte de charge. Il 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 à 0,6. Pour des sections non circulaires, il convient de veiller à respecter un rapport entre la section de l'ossature et la section de l'âme du conduit inférieur sensiblement à 0,33.
Il 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 à 1,30 m. En effet, le fait de disposer l'ossature à l'intérieur du conduit permet d'éviter l'apparition d'ondes sonores des premier et second modes de propagation angulaire. C'est-à-dire des fréquences de l'ordre de quelques centaines de Hertz.
Il 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'atténuation acoustique selon l'invention.
De même, 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, il convient de maintenir le haut-parleur à une distance de l'ordre de 15 à 30 cm du microphone d'erreur.
Par ailleurs, grâce à la disposition particulière des moyens capteurs et des actionneurs selon l'invention, la distance théorique 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 équivalente à 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.
Il est à remarquer que 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 être perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores, mais aussi parallèle ou avec un certain angle. Toutefois, c'est lorsque la surface rayonnante du haut-parleur est sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes sonores que le haut-parleur est réellement directif.
D'autre part, la complémentarité des éléments 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'atténuation 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 illustrent schématiquement 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 articulés 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 reliée à l'entrée 104 et une entrée 134 reliée à 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 référence TMS 320C25.
Le processeur 130 possède une sortie 136 délivrant un signal numérique à un bloc de restitution 140. Ce bloc 140 possède 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'acquisition 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/numérique.
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 amplificateur audio.
Le processeur 130 est capable de piloter un algorithme de minimisation de telle sorte que le signal e capté par le capteur 2 présente une énergie la plus faible possible. Cette action est réalisée grâce 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 capté 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 analogiques/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 afin de déterminer, en temps réel, les valeurs du signal de commande d'atténuation acoustique active u.
Avant cela, il convient toutefois de connaítre précisément les réponses impulsionnelles du dispositif selon l'invention.
En référence à la figure 7, les réponses impulsionnelles mises en jeu sont la réponse impulsionnelle Ho relative à la fonction de transfert entre le capteur 50 et la source 6 et la réponse impulsionnelle H relative à la fonction de transfert 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 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 qui correspond au rayonnement sonore de la source à atténuer, capté par le capteur de référence 50. La fonction Ho est le plus souvent avantageusement négligeable.
La fonction de transfert H est mesurée 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'initialisation, par exemple en excitant la source 6 par des signaux de type DIRAC, bruits blancs, de référence 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 échantillonnée à la fréquence de 5400 Hz sur un nombre de 70 points.
Il est appliqué de même pour la fonction de transfert Ho mentionnée 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 à l'amont ou à l'aval du dispositif 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 mesurées, la mise en oeuvre et l'adaptation de l'installation est très simple et ne fait pas appel à des spécialistes acousticiens ou électroniciens.
Il 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 système 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. Il 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 référence pour la pluralité des ossatures.
Les moyens électroniques de commande COM sont communs à la pluralité des ossatures. Ils font l'acquisition des nxm réponses impulsionnelles Hij (i étant un nombre entier variant de 1 à n et j étant un nombre entier variant de 1 à m) sur un nombre choisis de points et à une fréquence d'échantillonnage choisie.
Les moyens électroniques de commande font également l'acquisition des n réponses impulsionnelles Hoi pour prendre en considération la propagation acoustique entre les microphones d'erreur et les microphones de référence. Enfin, en temps réel, 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 référence et les microphones d'erreur, et des réponses 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 gainé (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. Eventuellement, 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 électroniques de commande COM1 et COM2 associés chacun aux moyens actionneurs et capteurs de chaque ossature OS1 et OS2.
On peut prévoir que les seconds moyens capteurs sont communs à la pluralité des ossatures.
Les moyens de fixation de chaque ossature constitue ainsi un partionnement du conduit, modifiable à volonté selon l'application choisie.
En référence aux figures 14 et 15, des résultats d'atténuation active et passive ont été obtenus respectivement avec et sans écoulement dans le conduit. Les courbes d'atténuation ont été mesurées sur une conduite d'un diamètre de 315 mm comportant l'absorption passive et active telle que décrite en référence aux figures 1 à 7.
Ces mesures ont été 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 à 125 Hz, 12 dB à 250 Hz, et 15 dB à 500 Hz.
De même, l'association optimisée d'une absorption acoustique active large bande et d'une absorption passive permet d'obtenir un résultat satisfaisant pour les basses fréquences, c'est-à-dire celles inférieures à 1000 Hz dans le cas d'un bruit aléatoire. L'atténuation acoustique obtenue est de 13 dB à 125 Hz, 20 dB à 250 Hz, et 30 dB à 500 Hz.
Par ailleurs, il y a lieu de remarquer que le volume occupé par les moyens d'atténuation passive est relativement peu encombrant par rapport aux structures antérieures afin de limiter la perte de charge et réduire l'encombrement du dispositif dans le conduit. Ce volume réduit est optimisé ici grâce aux choix des paramètres 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 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 les moyens actionneurs (6) sont disposés sensiblement dans l'axe central (10) du conduit.
  3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 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 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.
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 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.
  9. Dispositif selon les revendications 3 et 7, dans lequel l'ossature (16) supporte 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.
  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.
  12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 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.
  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 la revendication 13, caractérisé 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 des revendications 12 à 16, dans lequel les seconds moyens capteurs sont communs à la pluralité des ossatures.
  18. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 17, dans lequel les moyens de fixation de chaque ossature constituent un partitionnement du conduit.
  19. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 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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