FR2704084A1 - Installation d'insonorisation active pour véhicule de transport collectif. - Google Patents

Installation d'insonorisation active pour véhicule de transport collectif. Download PDF

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Abstract

L'installation comprend des transducteurs de détection du bruit résiduel, répartis dans une zone de l'habitacle où le bruit doit être atténué, et des générateurs de contre-bruit (24, 24a, 24b) répartis dans l'habitacle où sur les parois de cet habitacle, et une chaîne d'asservissement commandant les générateurs de bruit en fonction des signaux fournis par les transducteurs. Certains au moins des générateurs, constitués par des haut-parleurs, sont disposés dans des panneaux (16, 18) séparant la structure du véhicule de l'espace occupé par les passagers. D'autres peuvent appartenir à un système d'annonce dans l'habitacle.

Description

INSTALLATION D'INSONORISATION ACTIVE POUR VEHICULE DE
TRANSPORT COLLECTIF
La présente invention concerne les installations de réduction active du bruit dans un habitacle du type comprenant des transducteurs de détection de bruit résiduel répartis dans la zone de l'habitacle où le bruit doit être attenué, des générateurs de contre-bruit répartis dans l'habitacle ou sur les parois de cet habitacle et une chaîne d'asservissement commandant les générateurs de bruit en fonction des signaux fournis par les transducteurs.
Souvent le bruit présente des pics d'intensité à une fréquence fondamentale (ou à quelques fréquences fondamentales) et à des harmoniques du fondamentale. La chaîne d'asservissement d'un tel dispositif peut notamment comporter des moyens de filtrage adaptatif d'au moins un signal de référence contenant les fréquences à atténuer, commandant les générateurs, et des moyens d'adaptation des coefficients du filtre adaptatif en fonction du signal de bruit résiduel fourni par les transducteurs Le brevet FR nO 93 01850 décrit une telle installation.
On a déjà tenté d'appliquer de telles installations à des véhicules de transport collectif et notamment à des avions afin de réduire le bruit auquel sont soumis les passagers, provenant principalement des propulseurs. La fréquence du fondamental est alors proportionnelle à la vitesse de rotation de l'hélice dans le cas d'un turbopropulseur, de l'arbre dans le cas d'un turbo-réacteur. Une solution qui a déjà été expérimentée consiste à protéger individuellement contre le bruit les passagers occupant quelques sièges en munissant l'appui-tete de haut-parleurs.
Cette solution est complexe, exige de nombreux haut-parleurs et ne protège que des volumes restreints.
Si en revanche on souhaite atténuer le bruit dans un volume important de la cabine (par exemple dans une couche de plusieurs dizaines de centimètres de hauteur s'étendant tout le long de la cabine) on se heurte au problème du volume des générateurs de contre-bruit. On a notamment proposé des installations dans lesquelles ces générateurs sont constitués par des hauts-parleurs montés dans des enceintes de plusieurs litres de capacité. Un tel encombrement est difficilement compatible avec les impératifs de place à bord des avions de transport de passagers.
La présente invention vise à fournir une installation répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet de réduire très notablement l'encombrement des générateurs de bruit.
L'invention part de la constatation qu'une fonction des baffles de réception des hauts-parleurs est d'éviter un court-circuit acoustique entre l'avant et l'arrière de la membrane vibrante du haut-parleur. I1 est apparu que, aux fréquences pour lesquelles on trouve en général des pics de puissance acoustique dans les véhicules et notamment dans les avions, la seconde fonction (obtention d'un rendement élevé et absence de distorsion), est relativement secondaire.
L'invention propose d'utiliser cette constatation et propose en conséquence de disposer certains au moins des générateurs constitués par des haut-parleurs dans des panneaux, prévus de façon quasi-générale dans les véhicules, séparant la structure du véhicule de 1' espace occupé par les passagers.
En particulier, dans les avions, ces panneaux peuvent être constitués par les panneaux d'habillage intérieur, disposés à une distance de la structure qui est variable, mais souvent de quelques centimètres, et les panneaux de plinthe amovibles. On peut également disposer les haut-parleurs dans les volumes prévus sous les galeries de réception des bagages.
I1 est relativement facile dans ce cas de disposer des haut-parleurs ayant un diamètre de membrane compris entre 10 et 20 cm (cette dimentsion étant représentative des haut-parleurs souhaitables pour l'amortissement dans un avion à hélices) à travers les parois.
Le raccordement entre le pavillon du haut-parleur et le panneau peut être rendu étanche du point de vue acoustique. Dans d'autres cas des orifices de forme et de section déterminées peuvent être prévus pour adapter les impédances. La membrane peut être séparée de l'espace intérieur par des cloisons perforées (grilles par exemple) ayant un rôle d'habillage ou même un rôle d'adaptation d'impédance acoustique entre la chambre acoustique située entre la cloison et la membrane et l'espace à protéger. En général toutefois, l'adaptation d'impédance avant ne posera pas de problème, étant donné le fonctionnement en rayonnement direct. En revanche, on pourra être amené à placer derrière la membrane, côté structure, une paroi présentant des ouvertures d'adaptation au volume compris entre panneau et structure.
Le nombre et la répartition des haut-parleurs dépendra dans une large mesure de la forme de la cabine ou de l'habitacle de réception des personnes, la condition à remplir étant que les haut-parleurs soient en nombre suffisant pour pouvoir reconstituer de façon approximative le champ acoustique généré par les sources perturbatrices dans l'ensemble du volume à protéger.
L'invention présente un intérêt particulier dans les installations pour avion de transport à hélices pour lignes de transport régional, où le bruit d'hélice est très gênant car il subsiste pendant tout le vol de croisière. Un tel avion a généralement des rangées de cinq sièges au plus et il suffit alors de disposer les haut-parleurs à la base des parois latérales, au plafond, et éventuellement sous les coffres à bagages, sans gêner l'accès aux hublots.
Un tel avion de transport de passagers comporte simplement des rangées de quatre sièges, avec une cabine présentant une section relativement constante, il sera généralement suffisant de disposer les haut-parleurs en quatre ou cinq files longitudinales, avec au moins un hautparleur de chaque côté de la cabine pour une longueur représentant une fraction (généralement le quart) de la longueur d'onde de l'harmonique le plus élevé présentant une puissance significative à amortir.
Les capteurs seront souvent en nombre supérieur à celui des haut-parleurs, de façon à disposer de boucles de commande assurant une bonne adéquation du contre-champ de réduction de bruit au champ perturbateur à atténuer.
L'invention vise également à fournir une installation du genre ci-dessus défini susceptible d'être mise en oeuvre dans tout habitacle comportant une installation d'annonces aux passagers ayant des haut-parleurs répartis régulièrement dans l'habitacle, permettant de réduire le nombre de composants additionnels nécessaires.
En conséquence, et suivant un autre aspect, l'invention propose une installation de réduction active du bruit dans un habitacle comprenant des transducteurs de détection du bruit résiduel réparti dans une zone de l'habitacle où le bruit doit être atténué, des haut-parleurs répartis dans l'habitacle ou sur les parois de l'habitacle et une chaîne d'asservissement commandant les hauts-parleurs en fonction des signaux fournis par les transducteurs, caractérisée en ce que certains au moins des haut-parleurs sont constitués par des haut-parleurs du système d'annonces aux passagers.
Les haut-parleurs du système d'annonce sont généralement placés au-dessous des coffres à bagages, donc dans une position favorable pour l'amortissement du bruit dans une zone proche du niveau de la tête des passagers ; en général, ils ne permettront pas à eux-seuls de reconstituer un champ acoustique de réduction du bruit, car ils sont disposés en deux lignes seulement. De plus, ils sont de faible dimension et donc mal adaptés à la restitution de sons à fréquence basse, pouvant descendre jusque vers 60 Hz dans le cas d'avions à hélices. Mais leur utilisation permet de réduire de façon très considérable le nombre des hautparleurs qui ne sont utilisés que pour la réduction de bruit.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe montrant une répartition possible des générateurs de bruit dans la section droite d'un habitacle représentatif de celui d'un avion de ligne d'apport
- la figure 2 est un schéma synoptique montrant une constitution possible de la chaîne d'asservissement de 1' installation.
L'habitacle schématisé en figure 1 comporte des rangées 10 de quatre sièges de front, dans un fuselage à section générale approximativement circulaire. Les sièges sont placés dans un habitacle délimité par un plancher 12.
L'espace occupé par les passagers est délimité par des panneaux d'habillage latéraux 16 et de plafond 18, laissant subsister un volume mort 19 entre les panneaux et la structure 14 du fuselage. Les panneaux sont interrompus au droit des hublots 20. Des casiers ou coffres à bagages 22 sont placés au-dessus des files internes de fauteuils.
Suivant une disposition conforme à l'invention, certains au moins des haut-parleurs sont placés à travers l'habillage, qui sert donc de séparation entre le volume avant et le volume arrière du haut-parleur. Dans le mode de réalisation illustré, cinq files de haut-parleurs sont prévus. Les files de haut-parleurs 24a sont placés au-dessus des files externes de sièges, à travers la partie de l'habillage située entre les hublots et les casiers ou coffres à bagages. La file 24 est placée au milieu des panneaux d'habillage de plafond. Enfin les files 24b sont placées à travers les plinthes de plancher, à la base de l'habillage latéral. Dans le cas d'un avion ayant des rangées de quatre ou cinq sièges, ce nombre est suffisant pour reconstituer de façon satisfaisante le champ acoustique d'atténuation.
Les transducteurs de détection de champ résiduel, généralement en nombre supérieur à celui des haut-parleurs, seront placés dans la zone où l'amortissement est à obtenir.
Certains d'entre eux peuvent être disposés entre les hublots et d'autres sur les sièges eux-mêmes ou à la partie basse des coffres à bagages.
Le pas longitudinal de répartition des hautparleurs sera choisi en fonction de la complexité du champ acoustique dans la zone d'amortissement requise et par ailleurs sera d'autant plus petit que le bruit à atténuer comportera des pics de puissance à des fréquences plus élevées.
Suivant un autre aspect de l'invention, certains des générateurs de contre-bruit sont constitués par les haut-parleurs appartenant au système d'annonce ou "public address" classiquement prévu dans l'habitacle pour permettre à l'équipage de s'adresser aux passagers. En général, les haut-parleurs correspondants sont placés soit à l'endroit des haut-parleurs 24a sur la figure 1, soit directement sous les casiers à bagages. Dans le cas d'avions, tels que ceux équipés de turbo-réacteurs, ayant une altitude de croisière élevée, ils sont placés à côté des boîtes contenant les masques à oxygène de secours. Ces haut-parleurs peuvent être disposés de façon à avoir un volume arrière suffisamment important pour être adapté aux fréquences basses à atténuer.
Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des moyens permettant de commuter ces haut-parleurs soit dans une installation d'insonorisation, soit dans une installation d'annonce.
Dans ce cas, l'installation d'insonorisation active peut rester en service pendant la durée des annonces ce qui augmente d'autant l'intelligibilité.
La chaîne d'asservissement peut avoir une quelconque des nombreuses constitutions connues à l'heure actuelle.
On peut également utiliser, de façon avantageuse, la constitution décrite dans la demande de brevet FR 93 01850 déjà mentionnée.
La figure 2 montre, à titre d'exemple non-limitatif, une constitution possible, dans le cas d'une installation ayant des transducteurs de détection 301, 302, ..., 30H et des haut-parleurs dont seuls deux, désignés par 241 et 242, sont représentés. Chaque haut-parleur est commandé par un module 381, 382 .... Seul le module 381 sera décrit. I1 reçoit un signal de référence x contenant toutes les fréquences harmoniques auxquelles le bruit à amortir présente une énergie notable : dans le cas d'un avion à hélices, dont toutes les hélices sont synchronisées, ce signal de référence peut notamment être fourni par un capteur placé à proximité d'un arbre d'hélices.
Le module 38t comporte un filtre numérique 32 dont les coefficients sont ajustés par une boucle à M branches, correspondant chacune à un des transducteurs. Chaque boucle comporte un filtre de boucle 39 ayant une fonction de transfert représentative de la fonction de transfert physique entre le haut-parleur 241 et le capteur respectif.
Les coefficients du filtre sont ajustés par des multiplieurs 40. Les sorties des multiplieurs 40 des M branches sont sommées dans un additionneur 42 et le résultat net est appliqué à l'entrée de réglage des coefficients du filtre 32. En général, l'adaptation des coefficients du filtre 32 s'effectue par l'algorithme du gradient pour des raisons de simplicité.
Lorsque certains des haut-parleurs, tels que le haut-parleur 241 montré en figure 2, sont également utilisés pour le système d'annonce, ces haut-parleurs sont précédés d'un sommateur 44 recevant d'une part la sortie du module 381 correspondant, d'autre part le signal de sortie du générateur d'annonce 46.
En régime de croisière, l'intensité et la répartition fréquentielle du bruit change peu, de sorte qu'il est possible de ne réajuster les coefficients du filtre 32 qu'à intervalles de temps élevés, en mémorisant les coefficients entre temps ; pour l'initialisation, dans la mesure où la fréquence fondamentale du bruit n'évolue que lentement et dans une plage limitée, il suffit d'une cadence d'échantillonnage correspondant à au moins deux points par période dans la fréquence la plus élevée à atténuer.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Installation de réduction active du bruit dans un habitacle, comprenant des transducteurs (30,,30,,.,.,30,) de détection du bruit résiduel, répartis dans une zone de l'habitacle où le bruit doit être atténué, des générateurs de contre-bruit (24,24a,24b) répartis dans l'habitacle ou sur les parois de cet habitacle, et une chaîne d'asservissement commandant les générateurs de bruit en fonction des signaux fournis par les transducteurs, caractérisée en ce certains au moins des générateurs, constitués par des hautparleurs, sont disposés dans des panneaux (16,18) séparant la structure du véhicule de l'espace occupé par les passagers.
2. Installation selon la revendication 1 de réduction de bruit dans la cabine des passagers d'un avion, caractérisée en ce que lesdits générateurs sont placés dans les panneaux d'habillage intérieur ou les panneaux de plinthe.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que certains des haut-parleurs sont placés dans des volumes prévus sous les galeries ou coffre de réception de bagages, au-dessus des passagers.
4. Installation selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que certains au moins des haut-parleurs appartiennent à un système d'annonce dans l'habitacle.
5. Installation de réduction active du bruit dans un habitacle, comprenant des transducteurs de détection du bruit résiduel, répartis dans une zone de l'habitacle où le bruit doit être atténué, des générateurs de contre-bruit (24,24a,24b) répartis dans l'habitacle ou sur les parois de cet habitacle, et une chaîne d'asservissement commandant les générateurs de bruit en fonction des signaux fournis par les transducteurs, caractérisée en ce que certains au moins des générateurs sont constitués par des haut-parleurs apparte nant également à un système d'annonce dans l'habitacle et certains au moins sont disposés dans des panneaux séparant la structure du véhicule de l'espace occupé par des passagers dans l'habitacle.
6. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les transducteurs sont disposés dans une zone de recherche de réduction de bruit sur des sièges répartis dans l'habitacle ou au-dessous des coffres à bagages.
7. Installation selon 1' une quelconque des revendications précédentes destinée à des avions à hélices, caractérisée en ce que certains au moins des générateurs de contre-bruit sont constitués par des haut-parleurs ayant un diamètre de membrane compris entre 10 et 20cm.
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la membrane des haut-parleurs est séparée de l'espace occupé par des passagers par des cloisons perforées d'habillage.
9. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ceux des haut-parleurs qui appartiennent au système d'annonce sont précédés d'un sommateur (44) recevant d'une part le signal de réduction active du bruit, d'autre part le signal d'annonce.
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