WO2021122394A1 - Procede et dispositif de controle de la propagation des ondes acoustiques sur une paroi - Google Patents

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WO2021122394A1
WO2021122394A1 PCT/EP2020/085832 EP2020085832W WO2021122394A1 WO 2021122394 A1 WO2021122394 A1 WO 2021122394A1 EP 2020085832 W EP2020085832 W EP 2020085832W WO 2021122394 A1 WO2021122394 A1 WO 2021122394A1
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WO
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loudspeaker
acoustic
acoustic waves
control
microphones
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/085832
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English (en)
Inventor
Morvan OUISSE
Manuel Collet
Gaël MATTEN
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et Des Microtechniques (Ensmm)
Universite De Franche-Comte
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Publication date
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    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones

Definitions

  • TITLE PROCEDURE AND DEVICE FOR CONTROLLING THE PROPAGATION OF ACOUSTIC WAVES ON A WALL
  • the present invention relates to a method and a device for controlling the propagation of acoustic waves in the vicinity of a wall.
  • the techniques used for acoustic treatment are generally based on the use of absorbent materials such as foam or structured cellular materials.
  • acoustic liners having a distribution of Helmholtz resonators at low frequencies and foam at high frequencies are used.
  • the reduction obtained remains less than a few decibels at low frequencies.
  • the technique deployed makes it possible, in a thickness reduced to a few centimeters, to guarantee good absorption efficiency of acoustic nuisances for complex waves (grazing or diffuse waves for example) and for a wide range of frequencies including low frequencies or passive treatments. are inoperative.
  • the invention proposes to implement a method and a device making it possible to control locally and not locally and adaptively the generalized acoustic impedance of a wall.
  • the acoustic impedance is a usual and known physical quantity which corresponds to the ratio between the acoustic pressure and the acoustic speed.
  • the device consists of a first layer of acoustic transducers, each consisting of microphones and a loudspeaker.
  • a second layer is formed by the electronic part of signal conditioning and real-time command / control.
  • the device is cellular, each cell incorporating a loudspeaker, microphones as well as electronics for calculating and managing signals.
  • each cell is autonomous and executes a control law whose parameters can be determined and updated by an integrated interface. It is used to manage the cell network and to access the inputs and outputs of the entire system.
  • the power supply of the device is coated through all the elements.
  • the invention relates more precisely to the distributed and modular nature of the system.
  • the subject of the invention is in particular a method for controlling the propagation of acoustic waves in the vicinity of a wall, the method comprising: - a step a) in which a number Ne of cells is affixed on the wall mainly consisting of a loudspeaker connected to a set of Nm microphones, said microphones and loudspeaker being designed to be controlled by a control unit,
  • each microphone of each cell measures the acoustic pressure of the acoustic waves, each measurement being returned to the cell control unit,
  • step c) in which the control unit estimates the acoustic pressure and / or its spatial derivative at the level of the loudspeaker, then defines the control law which fixes the intensity of the electric current which must be sent to the loudspeaker. loudspeaker so as to obtain a determined generalized acoustic impedance Zdet for the loudspeaker,
  • step d) in which the control unit sends the electrical signal to the loudspeaker, so that a fraction of the acoustic waves is absorbed by the loudspeaker membrane.
  • control unit in step c) estimates either the acoustic pressure at the level of the loudspeaker, or its spatial derivative, or both.
  • a master device controls all the control units following a learning loop so as to adjust the generalized acoustic impedance determined Zdet for each cell.
  • the parameters of the control law are adapted as long as the value of the insertion loss is below a predetermined threshold, then when the threshold is reached, step c is carried out ) of claim 1, which applies the appropriate control law (defined by the adaptation of the parameters) in order to obtain the determined generalized acoustic impedance (ie targeted) Zdet for the loudspeaker.
  • the loop has the following steps: BEGIN: start
  • A2 attribution of a control law to at least one of the cells
  • A3 calculation of the parameters associated with the control law
  • A5 generation of a calibrated signal (white noise or swept sine wave for example)
  • A6 acquisition of the signal by the microphones
  • A9 return to A3 to adapt the parameters of the control law to minimize the error on the measured impedance, in the case where IL ⁇ ILO.
  • each cell has between 3 and 5 microphones, preferably 4.
  • the fraction of the acoustic waves absorbed by the speaker membrane is converted into electrical energy to supply all of the cells.
  • the generalized acoustic impedance is modified by means of the control law defined as follows:
  • the method consists in imposing a physical dynamic on the system on the sole knowledge of the measurement of the physical state of the system (pressure, and / or pressure gradient in the vicinity of the loudspeaker membrane).
  • the method therefore does not require resorting to a theoretical model of the behavior of technological components (for example the loudspeaker).
  • control unit is a microcontroller, preferably of the ARM type.
  • This type of microcontroller comes under an external architecture of the 32-bit RISC type (ARMvl to ARMv7) and 64 bits (ARMv8) l developed by ARM Ltd since 1983 and introduced from 1990 by Acorn Computers.
  • control law is defined at a frequency between 25 and 150 kHz.
  • the subject of the invention is also a device for controlling the propagation of acoustic waves in the vicinity of a wall, characterized in that it comprises a number Ne of cells consisting mainly of a loudspeaker, of a set of Nm microphones connected to said loudspeaker, to a control unit, and to a power supply, said microphones and loudspeaker being provided to be controlled by said control unit, a fraction of the acoustic waves absorbed by the membrane of the loudspeaker.
  • each microphone of each cell being able to measure the acoustic pressure of the acoustic waves, each measurement being returned to the control unit of the cell, the control unit being able to estimate the acoustic pressure and / or its tangential spatial derivatives at the level of the loudspeaker, and able to apply the control law which fixes the intensity of the electrical signal which must be sent to the loudspeaker so as to obtain a determined generalized acoustic impedance Zdet for the loudspeaker, the device further comprising a master device for controlling all of the control units according to a loop comprising the following steps: BEGIN: start
  • A2 attribution of a control law to at least one of the cells
  • A3 calculation of the parameters associated with the control law
  • A4 application of the control law to the cell
  • A5 generation of a calibrated signal (white noise or sine wave swept for example)
  • A6 signal acquisition by microphones
  • A9 return to A3 to adapt the parameters of the control law to minimize the error on the measured impedance, in the case where IL ⁇ ILO.
  • Optional, complementary or substitute characteristics of the invention are set out below.
  • each cell of the device has between 3 and 5 microphones, preferably 4.
  • the power supply of the device is coated through all the elements.
  • the invention relates more precisely to the distributed and modular nature of the distributed system.
  • the distributed nature of the microphones makes it possible to reconstruct spatial derivatives and to measure a pressure field in real time.
  • the distributed nature of the actuators makes it possible to have a control law that is variable in space.
  • control units make it possible to have a high level of robustness (the system can operate in degraded mode, even with several malfunctioning elements).
  • All control units are autonomous, but can be reconfigured in real time by a master device which allows self-learning to adapt to new ambient conditions.
  • the assembly can be mounted directly on the wall or in the form of nesting on a support mesh, which allows modularity in order to adapt to various geometries.
  • the subject of the invention is also an acoustic panel coated with a set Ne of cells consisting mainly of a loudspeaker, a set of Nm microphones connected to said loudspeaker, and a control unit, said microphones and loudspeakers.
  • the speaker being designed to be driven by said control unit, a fraction of the acoustic waves absorbed by the membrane of the loudspeaker being converted into electrical energy to supply the set Ne of the cells, the generalized acoustic impedance of each loudspeaker being subject to a control law, so as to locally define on the surface of said panel an absorbing or reflecting behavior, the panel being furthermore connected to a master device to drive all the control units according to a loop such as the one detailed above.
  • FIG.1 This figure represents a schematic view of an acoustic control device according to the invention.
  • FIG.2 This figure shows a detail of an acoustic cell according to the invention.
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence. including these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. .
  • the device according to the invention aims to transform an electroacoustic transducer into a versatile electroacoustic resonator making it possible to absorb sound energy in a space or else to contain this energy between two adjacent spaces without using sensors in order to achieve noise reduction. desired.
  • the technological innovation includes in particular a modification of the internal dynamics of the electroacoustic transducer by means of an electrical load impedance connected to its terminals, adapted to the electroacoustic transducer used as well as to the acoustic radiation conditions and to the desired acoustic performances.
  • This impedance is to adjust the losses, and to compensate for the reactive parts of the transducer, with a view to enabling it to present performance that meets acoustic requirements.
  • the acoustic impedance presented by the membrane of the electroacoustic transducer to the surrounding sound field can thus be rendered transparent, absorbent or insulating to incident sound waves, depending on the transfer function performed by the electrical impedance of the load.
  • the synthesized electrical impedance constitutes the functional link between the voltage induced by the electroacoustic transducer subjected to an exogenous pressure field and the current necessary to absorb or contain the incident sound energy.
  • the object of the invention relates, among other things, to an electroacoustic system regulated in a closed loop and permanently according to a self-adjustment, the control laws of which are based on a prior knowledge of the internal model, that is to say of the transduction mechanisms and dissipative and reactive mechanisms inherent in the transducer mounted on an enclosure or baffle.
  • a moving part of the loudspeaker (for example the membrane, the dust cover and the coil) is set in motion when subjected to an exogenous sound pressure field, oscillates by front to back along the axis of symmetry of the transducer, and brought back to a position of equilibrium under the action of a spider and peripheral suspensions.
  • the movement of the coil, itself immersed in a magnetic field generated by a permanent magnet creates an electromotive force, reflected in an induced voltage at the electrical terminals of the transducer.
  • This induced voltage is like the acoustic disturbance at the origin of the movement of the moving part, but also depends on the internal dynamics of the speaker system and the acoustic radiation conditions (enclosure, position in a room, etc. .). It constitutes the input of the regulator, the role of which is to return a compensating electric current calculated to oppose a mechanical force to the membrane adapted to the desired acoustic effect: sound absorption in a space or sound insulation between two adjacent spaces.
  • the control of the generalized acoustic impedance that is to say of the dynamics of the relationship between the pressure, the pressure gradient and the speed at the level of the controlled surface, results in a significant reduction in the energy transmitted along of the treated surface.
  • This control is carried out by a distribution of loudspeakers, which act on the speed field, as well as by a distribution of microphones which allow the measurement of the acoustic pressure field and its gradient.
  • the value of the intensity being preferably calculated by an infinite impulse response (IIR) filter, as a function of the measured sound pressure and of its gradient.
  • the device developed makes it possible to simultaneously control N active loudspeaker cells.
  • the architecture of the device also makes it possible to modify in real time the dynamics of each implemented filter.
  • Imposing a generalized acoustic impedance on a wall amounts to imposing the dynamics between the acoustic pressure, the acoustic pressure gradient and the air speed at the level of this wall.
  • the bandwidth of interest extends from 20 to 20,000 Hertz, and in particular in the context of civil engineering applications from 20 to 1,500 Hertz.
  • the wall can be subdivided into local control zones five centimeters apart.
  • Each cell has between 3 and 5 microphones 10, preferably 4.
  • Each loudspeaker 11 is controlled by the power supply driven by a specifically developed digital computer card.
  • the four microphones 10 of each cell 1 make it possible to estimate the average pressure at the center of the membrane of each loudspeaker.
  • the pressure difference between the right and left border of the cell makes it possible to evaluate the spatial pressure gradient along the axis of propagation of the waves in the duct.
  • the device senses the sound pressure by means of microphones 10.
  • the signals are digitized by an analog-to-digital converter (ADC).
  • ADC analog-to-digital converter
  • the average pressure at the center of the membrane and / or the spatial derivative of the pressure at the level of the membrane is estimated from the measurement of the microphones.
  • the control law is then calculated by the calculation unit 12.
  • the current setpoint resulting from the previous calculation is generated by a digital to analog converter (DAC).
  • DAC digital to analog converter
  • a current source controls the current flowing in Loudspeaker 11.
  • control method according to the invention comprises the following steps:
  • a number Ne of cells 1 is affixed to the wall, consisting mainly of a loudspeaker 11 connected to a set of Nm microphones 10, said microphones and loudspeaker being designed to be controlled by a control unit 12,
  • each microphone 10 of each cell 1 measures the acoustic pressure of the acoustic waves, each measurement being returned to the control unit 12 of the cell,
  • the control unit 12 estimates the acoustic pressure at the level of the loudspeaker and / or its spatial derivative, then determines the control law which fixes the intensity of the electrical signal which must be sent to the loudspeaker 11 so as to obtain a determined acoustic impedance Zdet for the loudspeaker,
  • the control unit in this step, estimates either the acoustic pressure at the level of the loudspeaker, or its spatial derivative, or both.
  • control unit 12 sends the electrical signal to the loudspeaker 11, so that a fraction of the acoustic waves is absorbed by the loudspeaker membrane, the remaining second fraction being reflected.
  • the calculation of the control laws is carried out locally at a frequency of 50 kHz by a microcontroller preferably of the ARM type.
  • the fraction of the acoustic waves absorbed by the membrane of the loudspeaker 11 is converted into electrical energy to supply each of the cells.
  • a master device C provided with an interface card makes it possible to advantageously communicate with the control unit 12 of each unit cell from a graphical user interface.
  • the coefficients of the equations can then be determined and updated in real time, and cells can be turned on or off separately.
  • This type of architecture makes it possible to locally implement control laws requiring different dynamics from one cell to another.
  • the master device C can control all of the control units 12 following a learning loop.
  • the loop can include a first step “BEGIN” to initiate the process.
  • step A1 in which we initiate a generic acoustic model, in the sense that any acoustic model can be suitable and that in the present case, it is in fact defined by the equation [Math3]. Then, in A2, one proceeds to the attribution of a control law for at least one of the cells.
  • a reference signal is generated.
  • This reference signal is in fact a “noise” initiated by the loudspeaker or by an external device which is collected during step A6 by the microphones to initiate the control loop.
  • Step A6 allows the microphones to collect the signal.
  • the insertion loss is a usual and known physical quantity which corresponds to the reduction in the sound power level, caused by the insertion of an acoustic control device in a duct instead of a section of duct with rigid walls.
  • the master device C loops back to A3 to adapt the parameters of the control law to minimize the error on the measured impedance, in the case where IL ⁇ ILO.
  • the master device C restarts the loop in order to refine the control laws.
  • the output of the filter depends both on the state of the inputs (pressure and pressure gradient) and outputs (current setpoint) at the instant t and at the preceding instants as a function of the order of the filter.
  • the device dynamics are calculated by a microcontroller. This calculation takes place in discrete time, all sampling periods, in the form of a recurrent equation.
  • control law can therefore be defined as follows:
  • the loudspeakers are controlled by a current source based on 150mA operational amplifiers.
  • the chosen shape is an improved Howland source, stable in the case of inductive loads such as loudspeakers.
  • yioc usually corresponds to the local value of the output current while ydis corresponds to the distributed value of the output current.
  • xioc usually corresponds to the local value of the input current while Xdis corresponds to the distributed value of the input current.
  • the pressure gradient is the quantity used in mechanics to represent the variation of the pressure in a fluid (here air).
  • Equation [Math 2] and [Math 3] are equations which are classical generic definitions of filtering techniques which make it possible to express with the equation [Math 1] the desired dynamics of the intensity of the current (i) with respect to the sound pressure (p) and its gradient (grad (p)), in the form of a sum of filters with infinite impulse response.
  • the method and the electroacoustic control device allow the implementation of a distributed control law based on an advection equation aimed at the attenuation of grazing acoustic waves in a tube.
  • the parameters of the control law are adapted as long as the value of the insertion loss is less than a predetermined threshold, then when the threshold is reached, we proceed to step c ) of claim 1, which applies the adequate control law (defined by the adaptation of the parameters) in order to obtain the determined generalized acoustic impedance (ie targeted) Zdet for the loudspeaker.
  • the device can be programmed and the preferred direction of treatment can be modified
  • the device can be programmed in "self-learning" mode so as to define the optimal acoustic behavior locally and in real time
  • the device is modular and can adopt several geometries
  • the device allows the synthesis of an acoustic diode (non-reciprocal propagation of waves) and potentially its 2D extension,
  • the device allows the measurement of wall pressure fields in real time and therefore offers the ability to analyze sources
  • the device is more robust than conventional control approaches due to the distributed nature of the control units
  • the device is more efficient than other active systems, in terms of pure efficiency and energy consumption.
  • the different characteristics, shapes, variants and embodiments of the invention can be associated with each other, in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
  • a physical reference quantity other than the insertion loss (for example the transmission loss, a absorption coefficient or a target impedance), is sufficiently close to a predetermined value.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques au voisinage d'une paroi, le procédé et le dispositif mettant en œuvre un dispositif maître pour contrôler un ensemble Nc de cellules (1) constituées principalement d'un haut-parleur (11), d'un ensemble de Nm microphones (10) reliés audit haut-parleur, et d'une unité de commande (12), aux moyens de lois de commande déterminant l'intensité du signal électrique qui doit être envoyé à chaque haut-parleur (11) de manière à obtenir une impédance acoustique généralisée déterminée cible pour chaque haut-parleur, de sorte qu'une fraction des ondes acoustiques est absorbée par la membrane de chaque haut-parleur (11).

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE LA PROPAGATION DES ONDES ACOUSTIQUES SUR UNE PAROI
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la propagation des ondes acoustiques au voisinage d'une paroi.
La réduction des nuisances sonores dues aux transports et à l'activité humaine est devenue un enjeu majeur. L'utilisation de revêtements passifs dans les bâtiments ou les véhicules a permis de limiter la signature acoustique des avions mais ne permet pas de s'adapter aux conditions de vol et ne présente pas d'efficacité importante en large bande fréquence.
Les techniques utilisées pour le traitement acoustique sont généralement basées sur l'utilisation de matériaux absorbants de type mousse ou matériaux alvéolaires architecturés.
Ainsi, pour certaines applications dans le bâtiment ou les transports, on utilise des liners acoustiques présentant une distribution de résonateurs de Helmholtz en basses fréquences et de la mousse en hautes fréquences.
La réduction obtenue reste inférieure à quelques décibels en basses fréquences.
L'efficacité des traitements absorbants classiques est liée à l'épaisseur de matériaux, donc contrainte par l'encombrement et l'ajout de masse, sans compter les problèmes d'absorption d'eau et de polluants dans ces matériaux poreux.
Toutes ces techniques sont passives et ne présentent pas de capacité d'adaptation ou de traitement sélectif des bruits.
Elles n'offrent pas non plus la capacité d'orienter les émissions.
Les techniques actives de contrôle de bruit ont été développées dès les années 1980 pour faire face à ces défis technologiques, et les applications touchent des domaines aussi variés que l'audio grand public ou les transports, mais en restant sur des stratégies non distribuées. Les problèmes d'encombrement et d'efficacité en basses fréquences des systèmes de traitements acoustiques conduisent à limiter leur efficacité pour de nombreuses applications potentielles.
C'est pourquoi, il s'est avéré nécessaire de développer de nouvelles solutions permettant notamment de traiter la problématique des larges bandes de fréquences.
La technique déployée permet, dans une épaisseur réduite à quelques centimètres, de garantir une bonne efficacité d'absorption des nuisances acoustiques pour des ondes complexes (rasantes ou diffuses par exemple) et pour une large gamme de fréquences incluant les basses fréquences où les traitements passifs sont inopérants.
L'invention propose à cet effet de mettre en œuvre un procédé et un dispositif permettant de contrôler localement et non localement et de manière adaptative l'impédance acoustique généralisée d'une paroi.
Nous rappelons que l'impédance acoustique est une grandeur physique usuelle et connue qui correspond au rapport entre la pression acoustique et la vitesse acoustique.
Le dispositif est constitué d'une première strate de transducteurs acoustiques, constitués chacun de microphones et d'un haut-parleur. Une seconde strate est formée par la partie électronique de conditionnement des signaux et de commande/contrôle en temps réel.
Le dispositif est cellulaire, chaque cellule intégrant un haut-parleur, des microphones ainsi que l'électronique de calcul et de gestion des signaux.
Concernant le procédé, chaque cellule est autonome et exécute une loi de commande dont les paramètres peuvent être déterminés et mis à jour par une interface intégrée. Elle permet de gérer le réseau de cellules et d'accéder aux entrées et sorties de l'ensemble du système.
De même l'alimentation du dispositif est nappée à travers tous les éléments. L'invention porte plus précisément sur le caractère distribué et modulable du système.
L'invention a en particulier pour objet un procédé de contrôle de la propagation des ondes acoustiques au voisinage d'une paroi, le procédé comprenant : - une étape a) dans laquelle on appose sur la paroi un nombre Ne de cellules constituées principalement d'un haut-parleur relié à un ensemble de Nm microphones, lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par une unité de commande ,
- une étape b) dans laquelle chaque microphone de chaque cellule mesure la pression acoustique des ondes acoustiques, chaque mesure étant restituée à l'unité de commande la cellule ,
- une étape c) dans laquelle l'unité de commande estime la pression acoustique et/ou sa dérivée spatiale au niveau du haut-parleur, puis définit la loi de commande qui fixe l'intensité du courant électrique qui doit être envoyé au haut-parleur de manière à obtenir une impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour le haut-parleur,
- une étape d) dans laquelle l'unité de commande envoie le signal électrique au haut-parleur, de sorte qu'une fraction des ondes acoustiques est absorbée par la membrane du haut-parleur.
Selon l'invention, l'unité de commande, dans l'étape c) estime soit la pression acoustique au niveau du haut-parleur, soit sa dérivée spatiale, soit les deux.
Le fait d'utiliser les dérivées spatiales de la pression permet avantageusement de prendre en compte les taux de variations du champ de pression sur la paroi du traitement acoustique et de prendre en compte les vitesses effectives de la propagation pariétale du bruit.
Un dispositif maître pilote l'ensemble des unités de commande suivant une boucle d'apprentissage de manière à ajuster l'impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour chaque cellule.
Ainsi, selon un processus itératif et pour chaque cellule, on adapte les paramètres de la loi de commande tant que la valeur de la perte par insertion est inférieure à un seuil prédéterminé, puis quand le seuil est atteint, on procède à l'étape c) de la revendication 1, qui applique la loi de commande adéquate (définie par l'adaptation des paramètres) dans le but d'obtenir l'impédance acoustique généralisée déterminée (c'est à dire ciblée) Zdet pour le haut-parleur.
Bien entendu, selon un processus itératif et pour chaque cellule, on pourrait aussi adapter les paramètres de la loi de commande tant que la valeur d'une grandeur physique de référence, autre que la perte par insertion (par exemple la perte par transmission, un coefficient d'absorption ou une impédance cible), est suffisamment proche d'une valeur prédéterminée.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.
Selon certaines caractéristiques, la boucle comporte les étapes suivantes : BEGIN : début
Al : chargement d'un modèle acoustique générique
A2 : attribution d'une loi de commande à au moins une des cellules A3 : calcul des paramètres associés à la loi de commande
A4 : application de la loi de commande à la cellule
A5 : génération d'un signal calibré (bruit blanc ou sinus balayé par exemple) A6 : acquisition du signal par les microphones
A7 : calcul de la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss) A8 : comparaison de la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss ) avec une valeur de perte par insertion prédéterminée ILO correspondant à l'obtention de l'impédance acoustique généralisée souhaitée Zdet A9 : retour en A3 pour adapter les paramètres de la loi de commande pour minimiser l'erreur sur l'impédance mesurée, dans le cas où IL < ILO.
Selon d'autres caractéristiques, chaque cellule comporte entre 3 et 5 microphones, préférentiellement 4.
Selon d'autres caractéristiques encore, la fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur est convertie en énergie électrique pour alimenter l'ensemble des cellules.
Selon d'autres caractéristiques encore, l'impédance acoustique généralisée est modifiée au moyen de la loi de commande définie comme suit :
On exprime la dynamique souhaitée de l'intensité du courant (i) par rapport à la pression acoustique (p) et à son gradient (grad(p)), sous la forme d'une somme de filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR: Infinité Impulse Response en anglais) dont la dynamique est matérialisée par deux fonctions de transfert Hioc et Hdis :
[Math 1]
Figure imgf000007_0001
Avec Hioc et Hdis qui s'écrivent en temps discret comme une fraction de polynômes en z :
[Math 2]
Figure imgf000007_0002
Avec (ai, bi) les coefficients réels de l'équation et (m, n) des entiers correspondant à l'ordre du filtre.
Sachant que la propriété selon laquelle z 1 est un retard pur d'une période d'échantillonnage donne l'équation récurrente de contrôle entre une sortie à l'instant k (yi<) est une entrée à l'instant k (Xk) :
[Math 3]
Figure imgf000007_0003
Sachant que le signal de pilotage du courant dans la bobine du haut-parleur dépendant de la pression et de son gradient, l'équation de contrôle complète s'écrit comme la somme de deux équations récurrentes de la forme précédentes : ytot = yioc + ydis.
Avec yioc dépendant de la pression mesurée et ydis dépendant du gradient de pression estimé.
Ainsi le procédé consiste à imposer une dynamique physique au système sur la seule connaissance de la mesure de l'état physique du système (pression, et/ou gradient de pression au voisinage de la membrane du haut-parleur).
Le procédé ne nécessite donc pas de recourir à un modèle théorique de comportement des composants technologiques (par exemple le haut-parleur).
Selon d'autres caractéristiques encore, l'unité de commande est un microcontrôleur, de préférence de type ARM. Ce type de microcontrôleur relève d'une architecture externe de type RISC 32 bits (ARMvl à ARMv7) et 64 bits (ARMv8)l développées par ARM Ltd depuis 1983 et introduites à partir de 1990 par Acorn Computers.
Selon d'autres caractéristiques encore, la loi de commande est définie à une fréquence comprise entre 25 et 150 kHz.
L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle de la propagation des ondes acoustiques au voisinage d'une paroi, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre Ne de cellules constituées principalement d'un haut- parleur, d'un ensemble de Nm microphones reliés audit haut-parleur, d'une unité de commande, et d'une alimentation, lesdits microphones et haut- parleur étant prévus pour être pilotés par ladite unité de commande, une fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur étant convertie en énergie électrique pour alimenter l'ensemble Ne des cellules, chaque microphone de chaque cellule étant apte à mesurer la pression acoustique des ondes acoustiques, chaque mesure étant restituée à l'unité de commande de la cellule, l'unité de commande étant apte à estimer la pression acoustique et/ou ses dérivées spatiales tangentielles au niveau du haut- parleur, et apte à appliquer la loi de commande qui fixe l'intensité du signal électrique qui doit être envoyé au haut-parleur de manière à obtenir une impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour le haut-parleur, le dispositif comportant en outre un dispositif maître pour piloter l'ensemble des unités de commande suivant une boucle comportant les étapes suivantes : BEGIN : début
Al : chargement d'un modèle acoustique générique
A2 : attribution d'une loi de commande à au moins une des cellules A3 : calcul des paramètres associés à la loi de commande A4 : application de la loi de commande à la cellule A5 : génération d'un signal calibré (bruit blanc ou sinus balayé par exemple) A6 : acquisition du signal par les microphones
A7 : calcul de la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss ) A8 : comparaison de la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss ) avec une valeur de perte par insertion prédéterminée ILO correspondant à l'obtention de l'impédance acoustique généralisée souhaitée Zdet A9 : retour en A3 pour adapter les paramètres de la loi de commande pour minimiser l'erreur sur l'impédance mesurée, dans le cas où IL < ILO. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après
Selon certaines caractéristiques, chaque cellule du dispositif comporte entre 3 et 5 microphones, préférentiellement 4.
De même l'alimentation du dispositif est nappée à travers tous les éléments. L'invention porte plus précisément sur le caractère distribué et modulable du système distribué.
Le caractère distribué des microphones permet de reconstruire des dérivées spatiales et de mesurer un champ de pression en temps réel.
Le caractère distribué des actionneurs permet d'avoir une loi de commande variable dans l'espace.
Le caractère distribué des unités de commande permet d'avoir un niveau de robustesse élevé (le système peut fonctionner en mode dégradé, même avec plusieurs éléments dysfonctionnant).
Toutes les unités de commande sont autonomes, mais peuvent être reconfigurées en temps réel par un dispositif maître qui permet l'auto apprentissage pour s'adapter à de nouvelles conditions ambiantes.
Enfin, l'assemblage peut être monté directement sur la paroi ou sous forme d'emboîtement sur un treillis support, ce qui permet une modularité afin de s'adapter à diverses géométries.
L'invention a également pour objet un panneau acoustique revêtu d'un ensemble Ne de cellules constituées principalement d'un haut-parleur, d'un ensemble de Nm microphones reliés audit haut-parleur, et une unité de commande, lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par ladite unité de commande, une fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur étant convertie en énergie électrique pour alimenter l'ensemble Ne des cellules, l'impédance acoustique généralisée de chaque haut-parleur étant assujettie à une loi de commande, de manière à définir localement à la surface dudit panneau un comportement absorbant ou réfléchissant, le panneau étant en outre connecté à un dispositif maître pour piloter l'ensemble des unités de commande suivant une boucle telle que celle détaillée ci-avant. D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
[Fig.1] Cette figure représente une vue schématique d'un dispositif de contrôle acoustique selon l'invention.
[Fig.2] Cette figure représente un détail d'une cellule acoustique selon l'invention.
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Le dispositif selon l'invention vise à transformer un transducteur électroacoustique en un résonateur électroacoustique polyvalent permettant d'absorber l'énergie sonore dans un espace ou bien de contenir cette énergie entre deux espaces adjacents sans utiliser de capteurs afin d'atteindre la réduction de bruit souhaitée.
L'innovation technologique comprend notamment une modification de la dynamique interne du transducteur électroacoustique par l'intermédiaire d'une impédance électrique de charge connectée à ses bornes, adaptée au transducteur électroacoustique utilisé ainsi qu'aux conditions de rayonnement acoustique et aux performances acoustiques souhaitées.
Le rôle de cette impédance est d'ajuster les pertes, et de compenser les parties réactives du transducteur, en vue de lui permettre de présenter des performances répondant à des exigences acoustiques.
L'impédance acoustique présentée par la membrane du transducteur électroacoustique au champ sonore environnant peut ainsi être rendue transparente, absorbante ou isolante aux ondes sonores incidentes, selon la fonction de transfert réalisée par l'impédance électrique de charge.
L'impédance électrique synthétisée constitue le lien fonctionnel entre la tension induite par le transducteur électroacoustique soumis à un champ de pression exogène et le courant nécessaire pour absorber ou contenir l'énergie sonore incidente.
L'objet de l'invention porte entre autre sur un système électroacoustique régulé en boucle fermée et en permanence selon un auto-ajustement dont les lois de commande s'appuient sur une connaissance préalable du modèle interne, c'est-à-dire des mécanismes de transduction et des mécanismes dissipatifs et réactifs inhérents au transducteur monté sur une enceinte ou un baffle.
Pour ce qui est du principe de fonctionnement, une partie mobile du haut- parleur (par exemple la membrane, le cache-poussière et la bobine) est mise en mouvement lorsqu'elle est soumise à un champ de pression acoustique exogène, oscille d'avant en arrière selon l'axe de symétrie du transducteur, et ramenée à une position d'équilibre sous l'action d'un spider et de suspensions périphériques. Le mouvement de la bobine, elle-même plongée dans un champ magnétique généré par un aimant permanent, crée une force électromotrice, traduite par une tension induite aux bornes électriques du transducteur.
Cette tension induite est à l'image de la perturbation acoustique à l'origine du mouvement de la partie mobile, mais dépend aussi de la dynamique interne du système haut-parleur et des conditions de rayonnement acoustique (enceinte, position dans une salle, etc.). Elle constitue l'entrée du régulateur dont le rôle est de renvoyer un courant électrique de compensation calculé pour opposer une force mécanique à la membrane adaptée à l'effet acoustique souhaité : absorption sonore dans un espace ou isolation phonique entre deux espaces adjacents.
Le contrôle de l'impédance acoustique généralisée, c'est à dire de la dynamique du rapport entre la pression, le gradient de pression et la vitesse au niveau de la surface contrôlée, a pour conséquence une réduction significative de l'énergie transmise le long de la surface traitée. Ce contrôle est réalisé par une distribution de hauts parleurs, qui agissent sur le champ de vitesse, ainsi que par une distribution de microphones qui permettent la mesure du champ de pression acoustique et son gradient.
Il est donc nécessaire de pouvoir imposer le courant électrique circulant dans la bobine des haut-parleurs, la valeur de l'intensité étant préférablement calculée par un filtre à réponse impulsionnelle infinie (IIR), en fonction de la pression acoustique mesurée et de son gradient.
Le dispositif développé permet de contrôler simultanément N cellules actives de hauts parleurs.
L'architecture du dispositif permet en outre de modifier en temps réel la dynamique de chaque filtre implémenté.
La programmation de l'impédance acoustique généralisée imposée localement sur la surface active apposée sur la paroi permet ainsi une mise en œuvre aisée de différentes stratégies de contrôle.
Imposer une impédance acoustique généralisée sur une paroi revient à imposer la dynamique entre la pression acoustique, le gradient de la pression acoustique et la vitesse de l'air au niveau de cette paroi.
Le développement d'un tel procédé et d'un tel dispositif de contrôle permet alors de réaliser une boucle de régulation ayant comme entrée les signaux des microphones et pour sortie la consigne du courant devant être imposé dans la bobine du haut-parleur.
La bande passante d'intérêt s'étend de 20 à 20000 Hertz, et en particulier dans le cadre d'applications de génie civil de 20 à 1500 Hertz.
Afin de garantir un encombrement réduit et de permettre un contrôle efficace dans la bande fréquence visée, la paroi peut être subdivisée en zones de contrôle local de cinq centimètres de côté.
Tel que représenté en figures 1 et 2, le dispositif est constitué de Ne = 12 cellules 1 identiques et autonomes composées d'un haut-parleur 11, de Nm microphones 10, d'une carte électronique de conditionnement des signaux, d'une carte de calcul numérique et d'une alimentation électrique, l'ensemble représentant l'unité de commande 12.
Chaque cellule comporte entre 3 et 5 microphones 10, préférentiellement 4. Chaque haut-parleur 11 est commandé par l'alimentation électrique pilotée par une carte de calcul numérique développée spécifiquement. Les quatre microphones 10 de chaque cellule 1 permettent d'estimer la pression moyenne au centre de la membrane de chaque haut-parleur. La différence de pression entre la frontière droite et gauche de la cellule permet d'évaluer le gradient de pression spatial suivant l'axe de propagation des ondes dans le conduit.
En termes de fonctionnement et en relation avec la figure 2, le dispositif capte la pression acoustique au moyen de microphones 10.
Après conditionnement dans une unité de traitement 13, les signaux sont numérisés par un convertisseur analogique numérique (ADC).
La pression moyenne au centre de la membrane et/ou la dérivée spatiale de la pression au niveau de la membrane est estimée à partir de la mesure des microphones. La loi de commande est alors calculée par l'unité de calcul 12.
La consigne en courant issue du calcul précédent est générée par un convertisseur numérique analogique (DAC).
Enfin, une source de courant pilote le courant circulant dans le Haut-Parleur 11.
De façon plus détaillée, le procédé de contrôle selon l'invention comporte les étapes suivantes :
- une étape dans laquelle on appose sur la paroi un nombre Ne de cellules 1 constituées principalement d'un haut-parleur 11 relié à un ensemble de Nm microphones 10, lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par une unité de commande 12,
- une étape dans laquelle chaque microphone 10 de chaque cellule 1 mesure la pression acoustique des ondes acoustiques, chaque mesure étant restituée à l'unité de commande 12 de la cellule,
- une étape dans laquelle l'unité de commande 12 estime la pression acoustique au niveau du haut-parleur et/ou sa dérivée spatiale, puis détermine la loi de commande qui fixe l'intensité du signal électrique qui doit être envoyé au haut-parleur 11 de manière à obtenir une impédance acoustique déterminée Zdet pour le haut-parleur, Selon l'invention, l'unité de commande, dans cette étape, estime soit la pression acoustique au niveau du haut-parleur, soit sa dérivée spatiale, soit les deux.
Le fait d'utiliser les dérivées spatiales de la pression permet avantageusement de prendre en compte les taux de variations du champ de pression sur la paroi du traitement acoustique et de prendre en compte les vitesses effectives de la propagation pariétale du bruit.
- une étape dans laquelle l'unité de commande 12 envoie le signal électrique au haut-parleur 11, de sorte qu'une fraction des ondes acoustiques est absorbée par la membrane du haut-parleur, la seconde fraction restante étant réfléchie.
Dans certaines applications, le calcul des lois de commande est effectué localement à une fréquence de 50 kHz par un microcontrôleur de préférence de type ARM.
Avantageusement, la fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur 11 est convertie en énergie électrique pour alimenter chacune des cellules.
Un dispositif maître C doté d'une carte d'interface permet de communiquer avantageusement avec l'unité de commande 12 de chaque cellule unitaire depuis une interface graphique utilisateur.
Les coefficients des équations peuvent alors être déterminés et mis à jour en temps réel, et les cellules peuvent être activées ou désactivées séparément.
Ce type d'architecture permet d'implémenter localement des lois de commande requérant des dynamiques différentes d'une cellule à l'autre.
De plus, le dispositif maître C peut piloter l'ensemble des unités de commande 12 suivant une boucle d'apprentissage.
A titre d'exemple, la boucle peut comporter une première étape « BEGIN » pour initier le processus.
Puis s'ensuit une étape Al dans lequel on initie un modèle acoustique générique, en ce sens que tout modèle acoustique peut convenir et que dans le cas présent, il est en fait défini par l'équation [Math3]. Ensuite, on procède en A2 à l'attribution d'une loi de commande pour au moins une des cellules.
En A3, on calcule les paramètres associés aux lois de commandes.
En A4, on procède à l'application de la loi de commande à la cellule.
Afin de vérifier la pertinence du dispositif constitué de l'ensemble des cellules en matière d'impédance généralisée, en A5, on génère un signal de référence. Ce signal de référence est en fait un "bruit" initié par le haut-parleur ou par un organe extérieur qui est recueilli lors de l'étape A6 par les microphones pour initier la boucle de contrôle.
L'étape A6 permet aux microphones de recueillir le signal.
Il faut ensuite calculer en A7 la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss ).
Nous rappelons que la perte par insertion est une grandeur physique usuelle et connue qui correspond à la réduction du niveau de puissance acoustique, causée par l'insertion d'un dispositif de contrôle acoustique dans un conduit à la place d'une section de conduit à parois rigides.
En A8, on compare la perte par insertion (ou IL = Insertion Loss ) avec une valeur de perte par insertion prédéterminée ILO, pour vérifier si la perte par insertion est supérieure à la valeur minimum ILO correspondant à l'impédance généralisée souhaitée Zdet.
En A9, le dispositif maître C reboucle en A3 pour adapter les paramètres de la loi de commande pour minimiser l'erreur sur l'impédance mesurée, dans le cas où IL < ILO.
Sinon, la boucle s'achève avec la commande END.
Ainsi, dans le cas où la perte par insertion IL est inférieure à une valeur minimum, le dispositif maître C relance la boucle afin d'affiner les lois de commande.
Ce processus est réitéré jusqu'à obtenir l'impédance généralisée souhaitée Zdet.
Il est possible de calibrer chacune des cellules en même temps, tout comme il est possible de calibrer les cellules de manière itérative, c'est-à-dire l'une après l'autre. Les lois de commandes implémentées sont des filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR).
La sortie du filtre dépend à la fois de l'état des entrées (pression et gradient de pression) et sorties (consigne en courant) à l'instant t et aux instants précédents en fonction de l'ordre du filtre.
Le calcul de la dynamique du dispositif est effectué par un microcontrôleur. Ce calcul a lieu en temps discret, toutes les périodes d'échantillonnage, sous la forme d'une équation récurrente.
Il est donc nécessaire d'établir cette équation récurrente à partir de l'expression de la fonction de transfert représentant la dynamique ciblée.
On utilise la relation d'équivalence suivante d/dt = jo = p qui permet de passer de la représentation temporelle à la représentation fréquentielle harmonique et de Laplace.
La loi de commande peut donc être définie comme suit :
On exprime la dynamique souhaitée de l'intensité du courant (i) par rapport à la pression acoustique (p) et son gradient (grad(p)), sous la forme d'une somme de filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR: Infinité Impulse Response en anglais) dont la dynamique est matérialisée par deux fonctions de transfert Hioc et Hdis :
[Math 1]
Figure imgf000016_0001
Avec Hioc et Hdis qui s'écrivent en temps discret comme une fraction de polynômes en z :
[Math 2]
Figure imgf000016_0002
Avec (ai, bi) les coefficients réels de l'équation et (m, n) des entiers correspondant à l'ordre du filtre. La propriété selon laquelle z 1 est un retard pur d'une période d'échantillonnage donne l'équation récurrente de contrôle entre une sortie à l'instant k (y est une entrée à l'instant k (Xk) :
[Math 3]
Figure imgf000017_0001
Le signal de pilotage du courant dans la bobine du haut-parleur dépendant de la pression et de son gradient, l'équation de contrôle complète s'écrit comme la somme de deux équations récurrentes de la forme précédentes : ytot = yioc
+ ydis .
Avec yioc dépendant de la pression mesurée et ydis dépendant du gradient de pression estimé.
Les hauts parleurs sont contrôlés par une source de courant à base d'amplificateurs opérationnels de 150mA. La forme retenue est une source de Howland améliorée, stable dans le cas des charges inductives tels que les hauts parleurs.
Ainsi, chaque microphone (10) de chaque cellule (1) mesure la pression acoustique des ondes acoustiques. De ce fait, on retrouve cette mesure de pression et le gradient de cette mesure de pression dans l'équation ytot = yioc
+ ydis, avec yioc dépendant de la pression mesurée et ydis dépendant du gradient de pression estimé. yioc correspond usuellement à la valeur locale du courant en sortie tandis que ydis correspond à la valeur distribuée du courant en sortie.
De même, xioc correspond usuellement à la valeur locale du courant en entrée tandis que Xdis correspond à la valeur distribuée du courant en entrée.
Le gradient de pression est la quantité utilisée en mécanique pour représenter la variation de la pression dans un fluide (ici de l'air).
Les équations [Math 2] et [Math 3] sont des équations qui sont des définitions génériques classiques de techniques de filtrage qui permettent d'exprimer avec l'équation [Math 1] la dynamique souhaitée de l'intensité du courant (i) par rapport à la pression acoustique (p) et son gradient (grad(p)), sous la forme d'une somme de filtres à réponse impulsionnelle infinie.
Ainsi, le procédé et le dispositif de contrôle électroacoustique permettent l'implémentation d'une loi de contrôle distribué basée sur une équation d'advection visant l'atténuation des ondes acoustiques rasantes dans un tube.
Ainsi, selon un processus itératif et pour chaque cellule, on adapte les paramètres de la loi de commande tant que la valeur de la perte par insertion est inférieure à un seuil prédéterminé, puis quand le seuil est atteint, on procède à l'étape c) de la revendication 1, qui applique la loi de commande adéquate (définie par l'adaptation des paramètres) dans le but d'obtenir l'impédance acoustique généralisée déterminée (c'est à dire ciblée) Zdet pour le haut-parleur.
Les avantages de l'invention sont les suivants :
- le dispositif peut être programmé et la direction privilégiée du traitement peut être modifiée,
- le dispositif peut être programmé en mode « auto-apprentissage » de manière à définir localement et en temps réel le comportement acoustique optimal,
- le dispositif est modulable et peut adopter plusieurs géométries,
- le dispositif permet la synthèse d'une diode acoustique (propagation non réciproque des ondes) et potentiellement son extension 2D,
- le dispositif permet la mesure des champs de pression pariétaux en temps réel et offre donc une capacité d'analyse des sources,
- le dispositif est plus robuste que les approches de contrôle classiques du fait du caractère distribué des unités de commande,
- le dispositif est plus performant que d'autres systèmes actifs, en termes d'efficacité pure et de consommation énergétique.
A noter, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres, selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Bien entendu, selon un processus itératif et pour chaque cellule, on pourrait aussi adapter les paramètres de la loi de commande tant que la valeur d'une grandeur physique de référence, autre que la perte par insertion (par exemple la perte par transmission, un coefficient d'absorption ou une impédance cible), est suffisamment proche d'une valeur prédéterminée.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] [Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques au voisinage d'une paroi (2), le procédé comprenant :
- une étape a) dans laquelle on appose sur la paroi un nombre Ne de cellules (1) constituées principalement d'un haut-parleur (11) relié à un ensemble de Nm microphones (10), lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par une unité de commande (12), d'une alimentation en énergie,
- une étape b) dans laquelle chaque microphone (10) de chaque cellule (1) mesure la pression acoustique des ondes acoustiques, chaque mesure étant restituée à l'unité de commande (12) de la cellule,
- une étape c) dans laquelle l'unité de commande (12) estime la pression acoustique et/ou ses dérivées spatiales tangentielles au niveau du haut- parleur, puis applique la loi de commande qui fixe l'intensité du signal électrique qui doit être envoyé au haut-parleur (11) de manière à obtenir une impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour le haut-parleur,
- une étape d) dans laquelle l'unité de commande (12) envoie le signal électrique au haut-parleur (11), de sorte qu'une fraction des ondes acoustiques est absorbée par la membrane du haut-parleur (11) un dispositif maître (C) pilotant l'ensemble des unités de commande (12) suivant une boucle d'apprentissage, de manière à ajuster l'impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour chaque cellule.
[Revendication 2] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle comporte les étapes suivantes :
BEGIN : début
Al : chargement d'un modèle acoustique générique
A2 : attribution d'une loi de commande à au moins une des cellules A3 : calcul des paramètres associés à la loi de commande
A4 : application de la loi de commande à la cellule
A5 : génération d'un signal de référence
A6 : acquisition du signal par les microphones
A7 : calcul de la perte par insertion dénotée IL pour Insertion Loss en anglais A8 : comparaison de la perte par insertion calculée dénotée IL pour Insertion Loss en anglais avec une valeur de perte par insertion prédéterminée ILO correspondant à l'obtention de l'impédance acoustique généralisée déterminée
Zdet
A9 : retour en A3 pour adapter les paramètres de la loi de commande pour minimiser l'erreur sur l'impédance mesurée, dans le cas où IL est inférieur à ILO, sinon fin du processus avec END.
[Revendication 3] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule comporte entre 3 et 5 microphones (10), préférentiellement 4.
[Revendication 4] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur (11) est convertie en énergie électrique dédiée à l'alimentation de chacune des cellules.
[Revendication 5] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'impédance acoustique est modifiée au moyen de la loi de commande définie comme suit :
On exprime la dynamique souhaitée de l'intensité du courant (i) par rapport à la pression acoustique (p) et son gradient (grad(p)), sous la forme d'une somme de filtres à réponse impulsionnelle infinie dénotée IIR pour Infinité Impulse Response en anglais dont la dynamique est matérialisée par deux fonctions de transfert Hioc et Hdis :
[Math 1]
Figure imgf000021_0001
Avec Hioc et Hdis qui s'écrivent en temps discret comme une fraction de polynômes en z :
[Math 2]
Figure imgf000021_0002
Avec (ai, bi) les coefficients réels de l'équation et (m, n) des entiers correspondant à l'ordre du filtre.
Sachant que la propriété selon laquelle z 1 est un retard pur d'une période d'échantillonnage donnant l'équation récurrente de contrôle entre une sortie à l'instant k (y est une entrée à l'instant k (Xk) : [Math 3] ,
Figure imgf000022_0001
Sachant que, le signal de pilotage du courant dans la bobine du haut-parleur dépendant de la pression et de son gradient, l'équation de contrôle complète s'écrit comme la somme de deux équations récurrentes de la forme précédentes : ytot = yioc + ydis, avec yioc dépendant de la pression mesurée et ydis dépendant du gradient de pression estimé.
[Revendication 6] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande (12) est un microcontrôleur, préférentiellement de type ARM.
[Revendication 7] Procédé de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la loi de commande est définie à une fréquence comprise entre 50 et 150 kHz.
[Revendication 8] Dispositif de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques au voisinage d'une paroi (2), caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble Ne de cellules (1) constituées chacune principalement d'un haut- parleur (11), d'un ensemble de Nm microphones (10) reliés audit haut-parleur, d'une unité de commande (12) et d'une alimentation, lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par ladite unité de commande, une fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur (11) étant convertie en énergie électrique pour alimenter l'ensemble Ne des cellules, chaque microphone de chaque cellule étant apte à mesurer la pression acoustique des ondes acoustiques, chaque mesure étant restituée à l'unité de commande de la cellule, l'unité de commande étant apte à estimer la pression acoustique et/ou ses dérivées spatiales tangentielles au niveau du haut- parleur, et apte à appliquer la loi de commande qui fixe l'intensité du signal électrique qui doit être envoyé au haut-parleur de manière à obtenir une impédance acoustique généralisée déterminée Zdet pour le haut-parleur, le dispositif comportant en outre un dispositif maître (C) pour piloter l'ensemble des unités de commande (12) suivant une boucle comportant les étapes suivantes :
BEGIN : début
Al : chargement d'un modèle acoustique générique
A2 : attribution d'une loi de commande à au moins une des cellules A3 : calcul des paramètres associés à la loi de commande
A4 : application de la loi de commande à la cellule
A5 : génération d'un signal de référence
A6 : acquisition du signal par les microphones
A7 : calcul de la perte par insertion dénotée IL pour Insertion Loss en anglais A8 : comparaison de la perte par insertion dénotée IL pour Insertion Loss en anglais avec une valeur de perte par insertion prédéterminée ILO correspondant à l'obtention de l'impédance acoustique généralisée souhaitée Zdet
A9 : retour en A3 pour adapter les paramètres de la loi de commande pour minimiser l'erreur sur l'impédance mesurée, dans le cas où IL est inférieur à ILO.
[Revendication 9] Dispositif de contrôle de la propagation d'ondes acoustiques au voisinage d'une paroi (2), selon la revendication 8, caractérisé en ce chaque cellule comporte entre 3 et 5 microphones (10), préférentiellement 4.
[Revendication 10] Panneau acoustique intégrant un dispositif conforme à l'une des revendications 8 à 9, et plus particulièrement revêtu d'un ensemble Ne de cellules (1) constituées principalement d'un haut-parleur (11), d'un ensemble de Nm microphones (10) reliés audit haut-parleur, et d'une unité de commande (12), lesdits microphones et haut-parleur étant prévus pour être pilotés par ladite unité de commande, une fraction des ondes acoustiques absorbée par la membrane du haut-parleur (11) étant convertie en énergie électrique pour alimenter l'ensemble Ne des cellules, l'impédance acoustique généralisée de chaque haut-parleur (11) étant assujettie à une loi de commande, de manière à définir localement à la surface dudit panneau le comportement absorbant ou réfléchissant, le panneau étant connecté à un dispositif maître (C) pour piloter l'ensemble des unités de commande.]
PCT/EP2020/085832 2019-12-16 2020-12-11 Procede et dispositif de controle de la propagation des ondes acoustiques sur une paroi WO2021122394A1 (fr)

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