FR2867563A1

FR2867563A1 - Vibrating structure e.g. water pump, noise characterizing process for vehicle, involves recording signals transmitted by laser vibrometer and microphone, and identifying acoustic signature of structure by replaying audio of signals

Info

Publication number: FR2867563A1
Application number: FR0402542A
Authority: FR
Inventors: Edmond Benarrous
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-16

Abstract

The process involves positioning a laser vibrometer (2) and a microphone (1) at a same listening station near a vibrating structure. The vibrometer is localized on a surface point of the structure. Signals transmitted by the vibrometer and the microphone are recorded. An acoustic signature of the structure is identified by replaying audio of the signals. An acoustic level corresponding to a calibration phase is determined.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé dynamique deThe present invention relates to a dynamic process of

caractérisation des bruits rayonnés par une structure vibrante, et de différentiation par réécoute audio des bruits solidiens dans un bruit complexe global. characterization of noises radiated by a vibrating structure, and of differentiation by audio replay of solid noises in an overall complex noise.

Ainsi l'invention a pour objet de pouvoir facilement et rapidement localiser, identifier, et écouter une source de bruit émanant d'un corps solide soumis à des vibrations, à l'aide d'un dispositif d'enregistrement portable et dans un environnement quelconque. Thus the object of the invention is to be able to easily and quickly locate, identify, and listen to a source of noise emanating from a solid body subjected to vibrations, using a portable recording device and in any environment .

L'invention permet également de hiérarchiser des sources de bruit sur des machines complexes et de leur associer une signature audible reconnaissable par une simple restitution audio. The invention also makes it possible to prioritize sources of noise on complex machines and to associate them with an audible signature recognizable by a simple audio reproduction.

La séparation du bruit solidien et du bruit aérien est un des enjeux majeurs de l'acoustique automobile et plus généralement de l'acoustique des engins motorisés. Les techniques de mesures actuelles par antennerie multicapteurs permettent de localiser des zones de forte bruyance à travers la reconstitution de cartographie iso niveau. L'association de zones fortement rayonnantes à des organes particuliers permet alors d'identifier les sources élémentaires d'un système plus complexe. Un autre moyen est de modéliser par éléments finis la structure comme un assemblage d'organes et de calculer virtuellement leur contribution au bruit global. II ne s'agit dans ce cas que de simulations théoriques avec tout ce que cela sous-entend en terme de simplification. Le principal inconvénient de ces approches est qu'elles nécessitent de gros moyens soit expérimentaux soit de calcul, et que l'information est restituée après un délai de post processing qui peut être très long. Par ailleurs il n'est pas possible de restituer un signal temporel associé à la mesure ou au calcul. The separation of solid noise and air noise is one of the major issues of automotive acoustics and more generally the acoustics of motorized vehicles. Current measurement techniques using multisensor antennas make it possible to locate areas of high noise through iso level mapping reconstruction. The association of highly radiating zones with particular organs then makes it possible to identify the elementary sources of a more complex system. Another way is to model by finite elements the structure as an assembly of organs and to calculate virtually their contribution to global noise. In this case, it is only theoretical simulations with all that this implies in terms of simplification. The main disadvantage of these approaches is that they require large means either experimental or calculation, and that the information is returned after a post processing delay that can be very long. Moreover, it is not possible to restore a time signal associated with the measurement or calculation.

La présente invention vise à remédier à ces différents inconvénients. The present invention aims to remedy these various disadvantages.

A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé dynamique de caractérisation audio des bruits rayonnés par une structure vibrante et de 35 différentiation des bruits solidiens dans un bruit complexe global Ce procédé se caractérise par la succession des étapes suivantes: On positionne un vibromètre laser et un microphone en un même point d'écoute, proche d'une structure vibrante On focalise le laser sur un point de surface de la structure On réalise une phase d'étalonnage On active la structure en phase de fonctionnement On enregistre le signal transmis par le vibromètre laser On enregistre le signal transmis par le microphone On identifie la signature acoustique de la structure par réécoute audio des deux signaux On détermine le niveau acoustique correspondant si l'on a réalisé la phase d'étalonnage Selon une autre caractéristique de l'invention le procédé nécessite une étape d'étalonnage préliminaire à toutes mesures, qui comporte elle-même les étapes suivantes: - On place la structure émettrice en position inerte On excite la structure de manière impulsionnelle à l'aide d'un marteau de choc On enregistre simultanément le signal transmis par le vibromètre laser et le signal acoustique transmis par le microphone - On déterminer le facteur de rayonnement moyen de la structure pour la phase de fonctionnement (calibration en niveau acoustique) Selon une autre caractéristique de l'invention les phases d'étalonnage et de détermination du niveau acoustique sont facultatives Selon une autre caractéristique de l'invention le point permettant l'excitation de la structure à l'aide d'un marteau de choc et le point de mesure visé par le vibromètre laser sont identiques Selon une autre caractéristique de l'invention l'enregistrement des signaux lasers et acoustique sont effectués sur un appareil mobile du type ordinateur portable muni d'une carte d'acquisition au format PCMCIA Selon une autre caractéristique de l'invention les mesures sont réalisées sans contact physique direct avec la structure Selon une autre caractéristique de l'invention la bande de fréquence d'analyse se situe dans la gamme de fréquences audibles. For this purpose, the object of the invention is a dynamic method of audio characterization of the noises radiated by a vibrating structure and of differentiation of the solid noises in a global complex noise. This method is characterized by the following succession of steps: a laser vibrometer and a microphone in the same listening point, close to a vibrating structure Focusing the laser on a surface point of the structure Performing a calibration phase Activating the structure in the operating phase Record the signal transmitted by the laser vibrometer The signal transmitted by the microphone is recorded The acoustic signature of the structure is identified by audio replay of the two signals. The corresponding acoustic level is determined if the calibration phase has been performed. the invention requires a calibration step preliminary to all measurements, which itself comprises the steps s following: - The transmitter structure is placed in an inert position The structure is impulsively excited by means of a shock hammer The signal transmitted by the laser vibrometer and the acoustic signal transmitted by the microphone are simultaneously recorded. the average radiation factor of the structure for the operating phase (acoustic level calibration) According to another characteristic of the invention, the calibration and acoustic level determination phases are optional. According to another characteristic of the invention the point allowing excitation of the structure with the aid of a shock hammer and the measurement point targeted by the laser vibrometer are identical. According to another characteristic of the invention, the recording of the laser and acoustic signals is carried out on a device portable mobile type equipped with a PCMCIA format acquisition card According to another characteristic of the invention, the m These measurements are made without direct physical contact with the structure. According to another characteristic of the invention, the analysis frequency band is in the audible frequency range.

Ainsi, le procédé repose sur la possibilité d'accéder à la vitesse vibratoire surfacique d'une structure vibrante à l'aide d'un vibromètre laser et sur la possibilité d'enregistrer le signal à l'aide d'un logiciel de traitement sous forme d'un fichier au format audio. Thus, the method is based on the possibility of accessing the vibratory surface velocity of a vibrating structure using a laser vibrometer and the possibility of recording the signal using a processing software under form of a file in audio format.

II permet grâce a une simple réécoute audio d'avoir une signature audible d'une structure vibrante dans un environnement global Comme on le sait, on peut utiliser la relation liant vitesse et pression dans une onde acoustique par la formule suivante: p=pxv [I] avec p pression acoustique p densité du fluide c célérité du son v vitesse particulaire ainsi que la relation liant la puissance acoustique rayonnée par une surface vibrante par la formule suivante: P = 6px*2) [II] avec P puissance acoustique rayonnée 6 facteur de rayonnement de la structure de surface <v2> la valeur quadratique moyenne de la vitesse vibratoire moyennée sur la surface S A l'interface matériau-fluide (air), le signal vibratoire mesuré v est linéairement relié à la pression acoustique p via la formulation [I]. II est donc théoriquement possible de transcrire le signal enregistré en fluctuation de pression audible via l'impédance de l'air p c, si l'on assimile la surface cible à un piston infini dont toute la surface vibre en phase. Le niveau sonore perçu dépendra alors de la loi de décroissance du son avec la distance. It allows thanks to a simple audio replay to have an audible signature of a vibrating structure in a global environment As we know, we can use the relationship between speed and pressure in an acoustic wave by the following formula: p = pxv [ I] with p acoustic pressure p fluid density c velocity of sound v particle velocity and the relationship between sound power radiated by a vibrating surface by the following formula: P = 6px * 2) [II] with P sound power radiated 6 radiation factor of the surface structure <v2> the mean square value of the vibratory velocity averaged over the surface SA the material-fluid interface (air), the vibratory signal measured v is linearly related to the acoustic pressure p via the formulation [I]. It is therefore theoretically possible to transcribe the recorded signal into audible pressure fluctuation via the impedance of the air p c, if we assimilate the target surface to an infinite piston whose entire surface vibrates in phase. The perceived sound level will then depend on the law of decay of sound with distance.

Généralement, le bruit émis est dû à des structures élastiques qui vibrent selon des modes privilégiés associés à des fréquences propres. On peut montrer que le bruit rayonné dépendra de l'impédance de radiation de la surface. La formulation [II] est une traduction simplifiée de ce mécanisme complexe. La transcription du signal vibratoire enregistré en signal audible devrait passer par la connaissance de tous les paramètres de la formulation [II]. Generally, the noise emitted is due to elastic structures that vibrate according to privileged modes associated with eigenfrequencies. It can be shown that the radiated noise will depend on the radiation impedance of the surface. Formulation [II] is a simplified translation of this complex mechanism. The transcription of the vibratory signal recorded as an audible signal should pass through the knowledge of all the parameters of the formulation [II].

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre en se référant au dessin annexé qui représente de façon schématique une forme d'exécution du dispositif selon l'invention Comme on le voit sur la figure, le dispositif selon l'invention comporte un moyen d'enregistrement composé d'un microphone (1), d'un vibromètre laser (2) et d'un ordinateur portable (3) muni d'une carte d'acquisition au format PCMCIA. Other features and advantages of the present invention will emerge from the following description with reference to the appended drawing which shows schematically an embodiment of the device according to the invention. As can be seen in the figure, the device according to the invention comprises a recording means composed of a microphone (1), a laser vibrometer (2) and a laptop (3) equipped with a PCMCIA format acquisition card.

Les mesures réalisées par le vibromètre laser (2) sont sans contact et nécessitent seulement de pouvoir viser optiquement en ligne droite le point de mesure. II s'agit donc de mesures insensibles à la température de surface. Cette mesure est très intéressante pour des structures complexes et peu accessibles puisque le laser permet d'effectuer des mesures à des distances pouvant aller jusqu'à 30 m. The measurements made by the laser vibrometer (2) are non-contact and only need to be able to optically aim the measuring point in a straight line. It is therefore measures insensitive to the surface temperature. This measurement is very interesting for complex and inaccessible structures since the laser makes it possible to measure at distances up to 30 m.

La description ci après porte sur l'enregistrement du bruit émanent d'une pompe à eau (4) appelé point de mesure et d'un moteur (5) d'un 35 véhicule (6) en fonctionnement appelé structure vibrante. The following description relates to the recording of noise emanating from a water pump (4) called measuring point and a motor (5) of a vehicle (6) in operation called vibrating structure.

Le principe consiste a placer le microphone (1), le vibromètre laser (2) et l'ordinateur portable (3) proche de la partie avant du véhicule (6) capot moteur (7) position levé. The principle is to place the microphone (1), the laser vibrometer (2) and the laptop (3) near the front of the vehicle (6) bonnet (7) lifted position.

Le dit ordinateur portable (3) est muni d'une carte d'acquisition numérique et d'un logiciel de traitement audio. Le dit microphone (1) ainsi que le dit vibromètre laser (2) sont branchés à l'ordinateur portable (3) et sont reliés par une liaison filaire. Bien entendu, on peut imaginer une liaison sans fils entre le dit vibromètre laser (2) et le dit microphone (1) sur l'ordinateur The said laptop (3) is provided with a digital acquisition card and audio processing software. Said microphone (1) and said laser vibrometer (2) are connected to the laptop (3) and are connected by a wired connection. Of course, one can imagine a wireless link between said laser vibrometer (2) and said microphone (1) on the computer

portable (3).portable (3).

On positionne le vibromètre laser (1) en un point d'écoute de façon à pouvoir viser optiquement la pompe à eau (4) avec le faisceau laser. On positionne le microphone (1) au même point d'écoute que le vibromètre laser (2) de façon à enregistrer le bruit globale du moteur (5) du véhicule (6). The laser vibrometer (1) is positioned at a listening point so as to optically aim the water pump (4) with the laser beam. Positioning the microphone (1) at the same listening point as the laser vibrometer (2) so as to record the overall noise of the engine (5) of the vehicle (6).

Si nécessaire, on procède à une phase d'étalonnage afin de déterminer le facteur de rayonnement moyen de la structure pour la phase de fonctionnement. If necessary, a calibration phase is performed to determine the average radiation factor of the structure for the operating phase.

On active le moteur (5) du véhicule (6) en phase de fonctionnement afin de pouvoir commencer les enregistrements. On effectue une première acquisition sur l'ordinateur portable (3) du signal envoyé par le vibromètre laser (2) visant la dite pompe à eau (4). The motor (5) of the vehicle (6) is activated in the operating phase in order to start the recordings. A first acquisition is made on the portable computer (3) of the signal sent by the laser vibrometer (2) for said water pump (4).

On effectue ensuite l'acquisition du signal acoustique envoyé par le microphone (1), toujours à l'aide de l'ordinateur portable (3). The acoustic signal sent by the microphone (1) is then acquired, again using the portable computer (3).

On identifie la signature acoustique globale du moteur (5) par réécoute audio des deux signaux transmis par le dit micro (1) et le dit vibromètre laser (2). On détermine ainsi le niveau acoustique correspondant Ainsi cette réécoute permet d'avoir une signature audible du bruit de la pompe à eau (4) comparativement au bruit global perçu du moteur (5). Nous pouvons disposer également de son identification spectrale et de sa contribution énergétique au bruit global du moteur (5) selon les aptitudes du logiciel de gestion de l'acquisition utilisé. The global acoustic signature of the motor (5) is identified by listening to the audio of the two signals transmitted by said microphone (1) and said laser vibrometer (2). The corresponding acoustic level is thus determined Thus this replay allows to have an audible signature of the noise of the water pump (4) compared to the perceived overall noise of the engine (5). We can also have its spectral identification and its energy contribution to the overall noise of the engine (5) according to the capabilities of the acquisition management software used.

La phase d'étalonnage consiste à placer le moteur (5) en position inerte de façon à ce qu'il ne subisse aucune vibration. The calibration phase consists in placing the motor (5) in the inert position so that it undergoes no vibration.

On frappe la pompe à eau (4) de façon impulsionnelle. Le point de frappe doit correspondre exactement au point visé par le vibromètre laser sur la dite pompe à eau (4). Cette frappe sera réalisée par un marteau de choc. The water pump (4) is impulsively struck. The striking point must correspond exactly to the point targeted by the laser vibrometer on said water pump (4). This shot will be achieved by a hammer shock.

On réalise un enregistrement simultané du signal transmis par le vibromètre laser (2) ainsi que le signal transmis par le microphone (1) sur l'ordinateur portable (3). On détermine ensuite le facteur de rayonnement moyen du moteur (5). II s'agit de calibrer en niveau acoustique les enregistrements effectués. Simultaneous recording of the signal transmitted by the laser vibrometer (2) as well as the signal transmitted by the microphone (1) on the portable computer (3) is carried out. The average radiation factor of the motor (5) is then determined. It is a question of calibrating in acoustic level the recordings made.

Dans ce procédé, la bande de fréquence d'analyse possible correspond à la gamme de fréquence audible à savoir une gamme comprise entre 20 Hz et 20 kHz II va de soi que la présente invention a été décrite à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détails sans sortir de son cadre In this method, the possible frequency band of analysis corresponds to the audible frequency range, namely a range between 20 Hz and 20 kHz. It is obvious that the present invention has been described as explanatory but in no way limiting and that we can make any modifications of details without leaving the frame

Claims

A dynamic method for audio characterization of noises radiated by a vibrating structure and of differentiation of the solid noises in a global complex noise, characterized by the following steps: a / positioning a laser vibrometer (2) and a microphone (1) in a same point of listening, close to a vibrating structure b / The laser vibrometer (2) is focused on a surface point of the vibrating structure cl A calibration phase d / On activates the structure in operating phase e The signal transmitted by the laser vibrometer (2) is recorded. The signal transmitted by the microphone (1) is recorded. The acoustic signature of the explored zone, and possibly its spectral content, is identified by listening to the audio of the two. signals h / the corresponding acoustic level is determined if the calibration phase has been carried out beforehand. 2- Process according to claim 1, characterized in that step c1 itself comprises the steps s following: c1 / The vibrating structure is placed in the inert position c2 / The structure is impulsively excited by means of a shock hammer c3l The signal transmitted by the laser vibrometer (2) and the acoustic signal are simultaneously recorded transmitted by the microphone (1) c41 Determining the average radiation factor of the structure for the considered point 3- Method according to claims 1 and 2, characterized in that the calibration and acoustic level determination phases are optional. according to claim 2 characterized in that the point allowing the excitation of the structure with the aid of a hammer of shock and the point of measurement aimed by the laser vibrometer (2) are identical 5- Method according to claim 1 characterized in that that the recording of the laser and acoustic signals are performed on a mobile device of the portable computer type (3) 6A method according to any claim characterized in that the measurements are made without direct physical contact with the structure 7Process according to claim 1 characterized in that the analysis frequency band is in the audible frequency range.