HAL Id: jpa-00230540
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Submitted on 1 Jan 1990
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SONDE ACOUSTIQUE POUR L’ANALYSE D’INTENSIMÉTRIE EN TEMPS RÉEL À 3
DIMENSIONS
J . Wasmer
To cite this version:
J . Wasmer. SONDE ACOUSTIQUE POUR L’ANALYSE D’INTENSIMÉTRIE EN TEMPS RÉEL À 3 DIMENSIONS. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-927-C2-930.
�10.1051/jphyscol:19902216�. �jpa-00230540�
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Colloque C2, supplément au n°2, Tome 51, Février 1990 C2-927 1er
Congrès
Françaisd'Acoustique 1990
SONDE ACOUSTIQUE POUR L'ANALYSE D'INTENSIMETRIE EN TEMPS RÉEL À 3 DIMENSIONS
J. WASMER
Société AKSUD, 11 Allée des Imprimeurs, ZI Secteur A, F-06700 Saint Laurent du var, France
Résumé - Il existe de nombreuses sondes d'intensimétrie à une dimension qui emploient deux microphones à réponse en pression. Certaines sondes utilisant plusieurs microphones ont été construites pour les mesures d'intensimétrie tri-dimensionnelle en temps réel. Cependant, la plupart de celles-ci sont fragiles et difficiles à étalonner.
La sonde AKSUD 9939 décrite ici présente les avantages de la symétrie sphérique. d'une bonne robustesse, d'une parfaite maniabilité et d'un étalonnage simple.
Abstract - One dimension sound intensity probes are often made with two pressure response microphones. Some probes have been constructed using several microphones for real time three dimensional sound intensity measurement. However most of them are fragile and not easy to be cali- brated.
The here described 9939 AKSUD probe presents advantages of spheric sym- metry, good robustness, excellent handling and simplicity of calibra- tion.
1. INTRODUCTION
La Société AKSUD a développé une sonde d'intensimétrie 3D avec la collabo- ration du C E . A . T . de Poitiers et la participation de 1 'A.N.V.A.H. . Cette sonde destinée à l'analyse d'intensimétrie à 3 dimensions en temps réel porte la référence 9939»
L'une de ses particularités réside dans sa forme sphérique. La sphère captrice est fixée à l'une des extrémités d'un mât cylindrique dont l'autri extrémité est solidaire du manche de maintien ou poignée de la sonde.
Les circuits électroniques associés sont contenus à l'intérieur de la poignée, laquelle comporte un connecteur pour le raccordement à la source d'alimentation et pour l'exploitation des signaux.
Un boitier d'alimentation fournit, à partir du réseau monophasé, les dif- férentes tensions nécessaires à la sonde et recueille les signaux qui sont disponibles sur des embases de type BNC en vue du raccordement à un analy- seur.
Un dispositif permettant l'étalonnage de la sonde en pression et en phase a été prévu.
2. DESCRIPTION
Le but de cet exposé n'est pas de présenter la théorie de 1'intensimétrie acoustique ni de comparer les différentes solutions connues à ce jour, mais plutôt d'expliquer les motivations et le cheminement qui ont permis d'abou- tir à la sonde 9939.
2.1. Sonde uni-dimensionnelle à deux microphones.
Nous rappelons qu'il est possible de réaliser une sonde 1D en utilisant deux microphones sensibles à la pression séparés l'un de l'autre d'une distance comprise entre quelques millimètres et quelques centimètres.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19902216
CZ-928 COLLOQUE DE PHYSIQUE
Par un traitement approprié des signaux fournis par les deux microphones, on peut connaitre la composante du vecteur intensité acoustique suivant l'axe qui relie les centres acoustiques des deux microphones. Le choix de la dis- tance qui sépare les microphones resulte d'un compromis entre les fréquences les plus basses et les plus élevées du spectre analysé.
L'une des limitations résultant de l'analyse uni-dimensionnelle est qu'il faut orienter l'axe de la sonde selon la direction du vecteur intensité, ce qui n'est pas toujours possible, en particulier quand la source se déplace.
2.2. Sonde tri-dimensionnelle a six microphones.
En disposant trois sondes uni-dimensionnelles à deux microphones chacune, de telle sorte que leurs axes forment un trièdre de référence, on constitue une sonde tri-dimensionnelle permettant l'analyse d'intensimétrie 3 D en temps réel.
En effet, chaque couple de deux microphones fournit la composante du vecteur intensité selon son axe, de sorte que, par un traitement convenable, ce vec- teur sera déterminé par ses composantes selon les trois axes d'un trièdre de référence fixe.
2.3. Sonde sphérique.
La sonde AKSUD 9939 se présente sous la forme d'une sphère de 30 mm de dia- mètre, qui contient 6 microphones organisés en trois groupes de deux diamé-
tralement opposés selon un système d'axes rectangulaires.
La forme sphérique présente des avantages dûs au fait que les phénomènes de diffraction sont faciles à connaitre et que les caractéristiques sont homo- gènes selon les trois axes en raison de la symétrie de révolution. Il en résulte que les erreurs quadrantales sont virtuellement nulles.
2.4. Positionnement de la sonde dans l'espace.
La sphère captrice qui constitue l'essentiel de la sonde comporte un systhme d'axes de référence.
D'autre part, la sphère est solidaire d'un mât qui s e termine par La poignée de maintien.
La direction de l'axe du mât a été choisie pour que sa projection soit d l é g a -le grandeur sur les trois axes. Ce résultat a été obtenu en considérant l e schéma de la figure 1 où la sonde sphérique est inscrite à l'intérieur d'un cube, et positionnée de sorte que les axes de référence coupent les faces du cube en leur centre. L'axe du mât est orienté suivant une diagonale princi- pale du cube.
L e choix qe cette configuration permet la permutation successive des axes de référence par rotation de la sphère autour de l'axe du mât. Il en résulte qu'à la suite de deux rotations successives de 120° autour du mât, chaque couple de deux microphones aura occupé les positions possibles successives selon les trois axes de référence.
Cela montre qu'il est possible de réaliser une sonde simplifiée comportant seulement deux microphones convenablement disposés sur un diamètre de la sphère et permettant une analyse dlintensimétrie tri-dimensionnelle de mani- ère séquentielle en opérant des rotations autour du mât par échelons de 120°.
2 . HEALIÇATION 3-1. Microphones.
La Société AKSUD a développé spécialement pour cette application des micro- phones électrostatiques dont la courbe de réponse en pression est linéaire à
+
1 d B de 5 H z à 10kHz. L'égalisation de pression statique s'effectue à l'arrière de la capsule, c'est à dire à l'intérieur de la sphere qui con- tient les 6 microphones de la sonde. Une fuite d'air est prévue dans la sphère pour assurer l'égalisation des pressions statiques à l'intérieur et à l'extérieur de celle-ci.La sensibilité des microphones est de 10mV/Pa, ce qui assure une grande gam- me dynamique, compte tenu de leurs faibles dimensions.
Figure 1: positionnement des microphones et du mât sur la surface de l a sphère de centre O s inscrite dans un cube de sommets A*B,C,D,E,F,G,H.
z A
Poignée Connecteur iilâ t
1 \
Sphère Bague de fixation
E
Figure 2: représentation de la sonde 9 9 3 9 . Les microphones SI1 et Pi5 se trouvent sur la face non visible de la sphère.
F O: centre de la sphère.
Pi1 à ~ 6 : microphones.
A à H: sommets du cube.
OX, O y , Oz: système d'axes de référence.
%D: axe du mât.
Pour plus de clareté, le contour de la sphère n'est pas représenté.
> y Les points où elle est tangente aux faces du H cube sont les centres
des microphones Pi1 à ~ 6 .
X Axe du Piât
COLLOQUE DE PHYSIQUE
3.2. Préamplificateurs.
Ce sont des modbles 7495-S à grande dynamique et à faible bruit. Ils pré- sentent une impédance d'entrée très élevée, particulièrement bien adaptée aux microphones associés.
Ils sont raccordés aux microphones au moyen de câbles spéciaux qui assurent la continuité des anneaux de garde le long du mât de la sonde. Il en résul- te que la sensibilité à la sortie de la sonde est peu altérée par les liai- sons relativement longues entre les microphones et les préamplificateurs et que la diaphonie entre les différentes voies reste faible.
Les 6 ré amplificateurs sont logés à l'intérieur de la poignée de la sonde et sont raccordés électriquement à un connecteur DIN à 12 broches situé à l'arrière de la poignée,du côté opposé au mât.
3 . 3 . Assemblage mécanique.
La sonde complète est représentée sur la figure 2. Des outillages specifi- que6 ont été créés en vue d'obtenir:
a) une parfaite forme sphérique de la sonde;
b) la disposition précise des microphones aux intersections de la sphbre et d'un systhme de
3
axes rectangulaires centré sur celle-ci;c) un positionnement précis du mât par rapport à la sphère ainsi que par rapport à la poignée.
L e diambtre du mât est suffisamment faible (6mm) et sa longueur suffisam- ment importante pour que les phénombnes de diffraction n'introduisent pas des erreurs quadrantales significatives.
La poignée dispose d'une bague de fixation qui permet un positionnement précis du tribdre de référence constitué par les axes des microphones.
3.4. Alimentation.
Elle est contenue dans un boîtier séparé et fournit, partir du réseau monophasé 220V, les tensions régulées nécessaires à la polarisation des microphones (+200~) et au fonotdonnement des préamplificateurs ( + et -15~).
Elle recueille les signaux des préamplificateurs et assure la liaison entre les 6 voies microphoniques et l'analyseur.
4. ETALONNAGE
4.1.
Etalonnage à l'aide d'un coupleur.Il permet d'étalonner la sonde en amplitude à la fréquence de 250H2, ainsi que son étalonnage en phase selon deux possibilités:
étalonnage simultané des 6 voies entre 20Hz et lkHz;
étalonnage séquentiel par couple de 2 microphones selon chacun des trois axes de référence entre 20Hz et 6 4 0 0 ~ ~ ;
4.2. Etalonnage à l'aide de grilles électrostatiques.
L'emploi d'une grille électrostatique dlentrainement pour chaque microphone permet un étalonnage en phase des 6 voies entre 500Hx et 10kHz.
CONCLUSION
La sonde 9939 présente de nombreux avantages liés à sa conception, qui la rendent bien adaptée à l'analyse 3D en temps réel, ou elle b6néficie du positionnement par rapport à un système d'axes de r8fé- rence et de la symétrie sphérique. Nous rappelons également la possibilité d'une exéoution simplifiée à 2 microphones pour l'analyse séquentielle 3D.
