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