CARACTÉRISATION DU CHAMP DIFFUS DANS LES LOCAUX PAR INTENSIMÉTRIE

HAL Id: jpa-00230584

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00230584

Submitted on 1 Jan 1990

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

CARACTÉRISATION DU CHAMP DIFFUS DANS LES LOCAUX PAR INTENSIMÉTRIE

H. Pépin

To cite this version:

H. Pépin. CARACTÉRISATION DU CHAMP DIFFUS DANS LES LOCAUX PAR INTENSIMÉTRIE. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-1085-C2-1088.

�10.1051/jphyscol:19902254�. �jpa-00230584�

COLLOQUE DE PHYS.IQUE

Colloque C 2 , supgl6ment au n02, Tome 51, Fgvrier 1990 l e r

Congrds Français

CETIM, 52 A v e n u e FBlix Louat, F-60304 Senlis.

France

flbstrect

Computations from pressure and rntenslty levels glven by an intensity meter allow in principle to estimate the reverberation factor uscd for

field correction o r room acoustics. Based on experimental data such as sound power determination or local field analysis ( I D , 2D, 30 intensity) carried out in more or less diffuse fields, the method ha5 been analysed and the limits of a global single number estimation are d ~ s c u s s e d .

Introduct ton

L e s méthodes acoustiques traditionnelles fondées sur la mesure de la seule pression acoustique amènent généralement des hypothèses très res- trictives sur la nature des champs sonores : Caracterisation du rayonne- ment des sources de bruit respectant les critères de champ lointain, ou évaluation de champ diffus e n 1'absenc.e d'ondes propagatives. La mesure simultanée des composantes complexes du champ acoustique permet inverse- ment de s'affranchir de ces contraintes : Détermination de l'énerpie propagative et réactive dans le champ proche des sources, ou en présence de phénomknes stationnaires tels q u e les modes de résonance de salle.

Les intensimetres acoustiques de la nouvelle génération offrent ainsi des possibilités accrues d'investigation des phénomènes complexes des lors ~ u ' i l s'agit de traiter distinctenent les champs de pression et d'intensité. 11 devient notamment possible de contrôler la validité des hypothCses incluses dans Ies codes d e mesure classique, qu'elles soient relatives à l'homogénéité des champs réverberes ou a l'estimation de leur valeur moyenne a proxinite des sources à qualifier.

1. Cas gbn6ral de nesura

La mesure de la densité d'énergie acoustique par le brals de la

pression quadratrque recouvre trois types de grandeurs : Les rayonnements sonores 'directs' sous forme d'ondes propagatives ( i n t e n s ~ t é active), et les composantes réactives correspondant soit localement au champ proche des radiateurs, soit à un phénomène plus général d'environnement diffus.

La nesure du rayonnement d'une source en local plus ou moins réverbérant peut ainsi se décrire par EpZ = :Iactl

+

+

ou l'on désigne par EpZ la pression quadratique ( p î / p c ) . lIactl le module du vecteur intensrté active, :Ireact: celui de l'intensite active de champ proche, et Erev la densité d'énergie réverbérée par le local.

Dans les cas d'analyse les plus courants, ces trois types de grandeur sont linhairenent liés à la puissance acoustique rayonnée, en fonction de la distance de propagation pour les composantes de l'intensité, et de la constante de salle pour le terme de réverbération. En posant :

Wac = puissance acoustique rayonnée par la source dans le local ( i d ) , Rpi = (pt/oc)/lIactl 6 rapport Pression quadratiqueIIntensité active, Rreac = lIreact:/:Iact: = facteur de réactivité de champ proche.

Kiac = IIactl/Wac = facteur de propagation de l'lntens~té active (m-2).

Ksalle = capacité d'absorption du local, o u constante de salle (mZ), Krev = Erev/Wac = facteur d'énergie reverbérée dans la salle, théorique-

ment estimé par Krev # 4/Ksalle i n - 2 ) SOUS réserve du respect des hypotheses statistiques c.orrespondantes.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19902254

C2-1086 COLLOQUE DE PHYSIQUE

on obtient Rpi = l

+

+

II.

Deux utilisations courantes de l'intensimétrie peuvent permettre de verifier la validité de ces estimations : mesure du vecteur intensité généré par la source en u.n point de l'espace, ou détermination de sa puissance acoustique par intégration sur une surface enveloppante.

La figure 1 schématise ces deux dispositions.

figure 1

1

sr,' d

t

1

Hesure vectorielle e n un point

On considère une source de petite dimension posée au sol. Le sol est caractérisé par son coefficient de réflexion 8. L'application de la modélisation simplifiée du rayonnement monopolaire conduit à l'expression de l'intensité active dans le plan vertical contenant la source :

soit pour le coefficient d'intensité active :

Toujours dans ce cas, en considdrunt pour la source une adnittance de rayonnement monopolaire. le coefficient de réactivité de champ proche peut être estime par kreac = c/ud , OU c représente la célé-

rité sonore, w la pulsation, et d la distance de propagation.

Si l'on se contente d'une nesurc ' 1 0 ' . avec par exemple la sonde intensimétrique pointée vers le centre de la source, le coefficient de propagation de l'intensité active devient. avec :Il10 = IIl:+112:cos(~).

Mesure de la puissance acoustique

Oans le cas de la détermination de la puissance acoustique d'une petite source, par exemple une source sonore de référence. le rapport pression/intensité utilise dans le calcul correspond au rapport de la puissance 'apparente' et de la puissance 'vraie'. L'expression de la constante de salle correspondante peut s'écrire :

avec Wapp pulssance 'apparente' calculée à partir des niveaux decpresslon, W v r a ~ e pulssance 'vraie' calculée à partir des nlveaux d'lntenslte, Smes surface de mesure autouv. de la source, et Rreac facteur de réactivité de champ proche moyen correspondant au rayon équivalent de mesure.

III.

L e s varifications expérimentales ont été réalisées avec une source sonore de référence (type

EDF-AIRAP).

Le tableau 1 regroupe les résultats obtenus dans chacun des ces cas pour 5 bandes de fréquence (tiers d'octave 125,250,500.1 kHz et p o n d è r a t ~ o n A ).

tableau 1 : Estimation de la constante de salle par mesure de puissance (20 polnts de mesure sur une demi-sphère de lm de r a y o n )

p0nd.A 125Hz 250Hz 500Hz I kHz

...

Rreac

--

lresure e n s a l l e t r a l t b e

T.R.(a) 1.0 .6 .6 .45

a l p h a . 3 .2 .25 .3

K s a l l e i T R ) 45n2 65n2 70n2 100n2 Lup/Lui 35.9194.1 79.7/75.9 81.5/80.2 82.5/81.2

RP 1 1.48 2.40 I .35 1.35

K s a l l e ( P / I i 50n2 28n2 52n2 11 Zn2

---

nesure an s a l l e r é v e r b é r a n t e

T.R.(s) 3.0 1.8 2.4 3.0

a l p h a .832 .053 .04 .a32

K a a l l e i T R ) 3.3nZ 5.6~12 4.2~12 3.302 L u p / L u i 103.5/93.4 82.0/74.3 89.6/80.1 92.6179.3

R p i 11.25 5.89 8.91 21.38

K s a l l e ( P I 1 ) 2 . 7 4 5.7n2 3.3n2 1 . 3 ~ 2

Dans u n e dernière série de mesure, on a relevé l'évolution du rapport des niveaux de pression et d'intensité le long d'une ligne diagonale joignant le centre de la source à un angle du local d'essai (5 points respectivement situés à 1 , 2, 4, 6 et 8m). conformément à l'illustration de la figure 1. La figure 2 montre l'évolution des écarts mesurée avec la distance, e n comparaison des est imat ions théoriques (Kiac, Imd').

fioure 2 : Ecart Lu-Li (dB) mesur6 en fonction de la distance Lu-L 6

COLLOQUE DE PHYSIQUE

Hormis la bonne concordance des mesures avec le modèle simple du mono- p61e sur plan réfléchissant pour le tiers d'octave IkHt, on constate une divergence sensible pour les autres valeurs de la fréquence. Inversement, la dêcroissance observée en pondération

A

200Hz suggèrent un modèle de source rayonnant à l'origine d'un trièdre

(Z/PIdZ) , On vCrifle ainsi que la prévision du rayonnement de la source dépend étroitement du rapport longueur d'onde/distance au* parois riflé- chissantes proches, ainsi que du coefficient d'absorption en fréquence d e ces parois.

L e tableau 2 regroupe les estimations de constante de salle calculées pour chaque point de mesure, en fonction de la distance ( f a c t e u r de pro- pagatkon), du rapport pression/intensité et du facteur de réactivité de champ proche décrit plus haut. Compte-tenu des précédentes observations, les facteurs de propagation utilisés sont ceux apparaissant les plus appropriés pour chaque bande de fréquence : 2/PId2 pour 125Hz. 1/PId2 en pondération

A ,

pt. I.ld-ln) 2.id-Zn) 3.id-ln) 4.(d-6n) S.id-En) tableau 2

...

Lplli 88.6186.9 83.8181.8 78.W76.3 74.3172.5 72.1178.1

R p i 1.479 1.585 1.668 1 .SI4 1.585

( A ) Rreac

-- -- -- -- --

KidC -318 -988 .828 .818 .885

Ksalle 26n2 85n2 388n2 788n2 1376n2

...

Lplli 77.2175.5 70.2/68.3 68.4165.8 63.3168.4 59.1155.4

R p i 1.479 1.549 1.828 1.950 1.862

125~1 Rreac .351 .194 183 .a69 .a52

Ktdc .637 .159 .a48 .el8 .el8

Ksalle Sen2 78n2 148n2 256n2 495n2 Lplli 76.6/75.2 78.3/68.9 67.W65.8 63.1/68.9 61.6/59.9

R ~ I 1.388 1.388 1.514 1.668 1.479

!kHz Rreac .O44 .O24 .el3 .BO9 .O82

Kiac .168 .840 .818 .O89 .Be2

Ksallt 74n2 280nZ 880n2 lZ30n2 3408n2

...

Malgré le choix d'une description adaptée des valeurs de l'intensité par gamme de fréquence, on constate dans chaque cas de calcul une diver- gence sensible des valeurs d e la constante d e salle par rapport à la valeur moyenne 'classique'. Ces écarts illustrent l'inhomogénéité du champ de pression correspondant a la réverbération du local, non conforme à l'hy- pothbsc d'équirépartition de la densité d'énergie diffuse généralement utilisée e n acoustique des salles. Dans un local assez absorbant comme celui utilisé, l'énergie réactive propre aux réflexions sur les parois n e peut Ctre constante, et prêsente nécessairement d'importantes variations autour d'.un valeur dêfinie comme 'moyenne'.

Conclusion

La mesure simultanée des composantes active et rêactive de la densitb d'énergie créée par le rayonnement d'une source dans un local permet theoriquement de séparer la valeur propagative de l'intensité du terme d e champ diffus, et donc de remonter au comportement reverbêrant du local.

Cette attente se vérifie en champ libre et en champ diffus lorsque l'on utilise le rapport des puissances 'apparente' et 'vraie', obtenu par intégration du flux d'énergie rayonnée sur u n contour de mesure. c'est a dire avec un moyennage ,spatial. En revanche, l'utilisation de mesures locales est plus délicate, car faisant intervenir un grand nombre de pa- ramêtree physiques : ordre de rayonnement de le source. géométrie du local et caractéristiques des é1Cnents diffusants. La dispersion des estimations locales de réverbération, exprinbes en échelle linbaire. est d'autant plus grande qu'elles dérivent d'un écart logarithmique pression-intensit6 tr&s sensible aux variations d'enxironnefient. En pratique, les mesures classi- ques tendent b nasquer ces fluctuations par des techniques de lissage easentiellenent dsst i d e s & caractbriser des tendances moyennes.