ABSORBEURS ACOUSTIQUES
1.4.2 Systèmes d’absorption acoustique actifs/réactifs
Les systèmes d’absorption acoustique dits "actifs" sont des systèmes électriques qui cherchent soit à contrôler l’impédance d’une paroi soit à réaliser de l’antibruit. Le contrôle de l’impédance de la paroi cherche à minimiser l’énergie de l’onde acoustique réfléchie alors que l’antibruit cherche à annuler la variation de pression d’ondes acous-tiques, principalement dans des milieux clos ou dans des zones localisées dans l’espace. Pour fonctionner, ces deux systèmes nécessitent un moyen de transduction électroacous-tique. Par exemple, l’utilisation de haut-parleurs dans le rôle d’absorbeurs acoustiques permet de constituer un système d’absorption acoustique actif. Les premiers travaux d’absorption acoustique active à base de transducteurs électroacoustiques peuvent être attribués à Olson et May [26] qui ont réalisé un système d’absorption actif à partir d’un haut-parleur électrodynamique et d’un microphone, tout les deux inclus dans une chaîne d’asservissement.
Les systèmes acoustiques actifs peuvent être classés en deux catégories : les systèmes actifs avec une chaîne d’asservissement qui nécessite la mise en place d’une mesure de contrôle (en pression et/ou en vitesse), et les systèmes réactifs sans chaîne
d’asservis-1.4. État de l’art Chapitre 1
sement et donc qui ne nécessitent donc pas de mesurer les caractéristiques de l’onde acoustique à absorber.
Les parties suivantes présentent un aperçu de différentes solutions actives ou ré-actives qui peuvent être utilisées pour réaliser soit de l’antibruit soit de l’adaptation d’impédance de la surface du transducteur.
1.4.2.1 Fonctionnement des systèmes actifs par contrôle de l’impédance acoustique
Tout comme les systèmes d’absorption passifs, l’absorption acoustique des systèmes actifs et d’autant plus efficace que l’impédance de la surface du système (Zparoi) est proche de celle du milieu de propagation d’origine (Z0). Cette condition va permettre de limiter l’énergie réfléchie à la paroi du système et donc d’absorber l’énergie de l’onde incidente.
Les systèmes actifs nécessitent un moyen de transduction électroacoustique. Les transducteurs généralement utilisés pour l’absorption d’ondes acoustiques sont des transducteurs électrodynamiques tels que des haut-parleurs commerciaux [27, 28, 29, 30] mais d’autres types de transduction peuvent être utilisés pour la conversion électro-acoustique tel que les systèmes électro-statiques ou piezo-électriques.
Les systèmes d’absorption actifs ont la particularité d’être alimentés électriquement mais, dans certains cas, ils sont également alimentés par la mesure des caractéristiques de l’onde acoustique à absorber (pression et vitesse). Contrairement aux systèmes ac-tifs pilotés, les systèmes acac-tifs sans asservissement ne nécessitent pas la mesure des caractéristiques de l’onde acoustique à absorber. Ils sont donc plus simple à intégrer sur une surface nécessitant un traitement acoustique.
1.4.2.2 Systèmes acoustiques actifs sans asservissement
Les systèmes réactifs sont des systèmes d’absorption acoustique dont il est possible de modifier le comportement mécanique de la membrane (vitesse) en utilisant diffé-rentes charges électriques aux bornes du transducteur, communément appelées impé-dances de shunt. Par exemple les courts-circuits, les résistances ou autres impéimpé-dances peuvent être considérés comme des shunts électriques.
Lissek et al. [32] ont travaillé sur le contrôle de l’impédance de shunt appliqué aux bornes d’un haut-parleur électrodynamique permettant l’absorption d’ondes acous-tiques. Grâce à une impédance optimale de shunt, il est possible d’obtenir un coefficient d’absorption du système proche de 1 (cas 1, fig. 1.12). Un modèle, permettant de cal-culer cette impédance optimale de shunt à partir des caractéristiques du transducteur
Chapitre 1 1.4. État de l’art
Figure 1.12 – Comparaison du coefficient d’absorption mesuré et simulé, obtenu pour une valeur de shunt optimale (cas 1) (avec une chaine d’asservissement sur la vitesse (cas 2c) et avec un contrôle complet de l’impédance (cas 3b)) [31].
1.4.2.3 Systèmes acoustiques actifs pilotés
Les systèmes d’absorption actifs sont basés sur une chaîne d’asservissement, celle-ci permet de déterminer les déplacements de la partie mobile du transducteur à réaliser pour atteindre la consigne. Les blocs de la chaîne d’asservissement de ces systèmes peuvent être décomposées en deux parties, la mesure des caractéristiques de l’onde acoustique et le contrôle du transducteur (fig. 1.13).
+- Transducteur
Consigne Pression acoustique
Mesures Calculateur
Amplificateur
Signal de contrôle
Figure 1.13 – Schéma d’une chaîne d’asservissement d’un système d’absorption actif. Pour avoir une bonne efficacité et stabilité de la chaîne d’asservissement celle-ci a besoin d’un calculateur performant capable de déterminer le déplacement à imposer à la partie mobile en "temps réel". Une fois le calcul du déplacement réalisé, il est nécessaire de déterminer le signal de contrôle du transducteur qui va dépendre de ses paramètres intrinsèques. Le déplacement de la membrane du transducteur dans le cas réel n’est pas proportionnel à l’amplitude du signal et dépend également de la fréquence du signal de contrôle (fig. 1.14).
1.4. État de l’art Chapitre 1 Fréquence (Hz) Fonction de transfert X (f )/ U (f ) (mm/V)
Figure 1.14 – Mesure du rapport de l’amplitude du déplacement sur la tension d’ali-mentation en fonction de la fréquence pour un Haut-Parleur (HP) électrodynamique de type médium de diamètre 100 mm réalisé sur le banc Klippel présenté dans le chapitre 3.
Les travaux de Furstoss et al [33], de Betgen et al [28] ou de Melon et al [29] montrent l’intérêt de contrôler le mouvement des haut-parleurs pour réaliser l’absorp-tion totale d’une onde acoustique incidente. Les systèmes d’absorpl’absorp-tion acoustique actifs sont de plus en plus utilisés grâce à l’amélioration des performances des traitements numériques et grâce à la miniaturisation des microphones et des transducteurs. Ce type de système est utilisé pour réduire la nuisance du bruit extérieur comme dans les casques de pilote d’hélicoptère et depuis peu dans les casques audio grand public à contrôle actif du bruit.
Chapitre 1 1.4. État de l’art