ÉMETTEUR SONORE PERCUSSIONNEL UTILE EN ACOUSTIQUE DES FONDS

HAL Id: jpa-00230432

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Submitted on 1 Jan 1990

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ÉMETTEUR SONORE PERCUSSIONNEL UTILE EN ACOUSTIQUE DES FONDS

R. Carbo, C. Ranz

To cite this version:

R. Carbo, C. Ranz. ÉMETTEUR SONORE PERCUSSIONNEL UTILE EN ACOUS- TIQUE DES FONDS. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-583-C2-586.

�10.1051/jphyscol:19902137�. �jpa-00230432�

1er Congrès Français d'Acoustique 1990

ÉMETTEUR SONORE P E R C U S S I O N N E L U T I L E EN A C O U S T I Q U E D E S FONDS

R. CARBO et C. RANZ

instituto de Rcûstica, Serrano 144, SP-28006 Madrid, Espagne

Résumé - Le but de cet exposé est d'étudier le phénomène qui produit l'émission d'énergie acoustique lorsqu'une bille choc avec une des surfaces plats d'un cylindre logé au but d'un tuyau pour lequel la bille tombe en liberté. La surface opposée du cylindre est immergée dans l'eau, et sa vibration produit des ondes acoustiques qui se propagent dans ce milieu

Abstract - The purpose of this paper is to investigate the mechanism that produces the generation of acoustic energy, when a sphere hits with one of the plane surface of a cylinder, placed in a tube-end, by which the sphere has a free-falling. The oposite surface of the cylinder is submerged into water and its vibration produces the propagation of acoustic waves in the media.

1 - INTRODUCTION

Plusieur auteurs /1/2/3/ ont traité l'émission d'énergie acoustique dégagée lors d'un choc entre deux solides, et plus récemment / 4 / on a cherché d'en profiter pour fair une source sonore utile en acoustique sour marine, ayant trouvé que devient assez convenable aussi en acoustique des fonds étant donné qu'on peut produire hauts niveaux d ' intensité acoustique avec impuissions de durrée assez courtes.

Thorne a étudié le bruit produit dans l'eau pour le choc de deux sphères immergées, nous avons modifié son système de façon a pouvoir augmenter l'énergie dégagée au choc en faisant qu'une des sphères tombe librement dans l'air à l'intérieur du tuyeau sans être ralentie por l'eau, et frapper plus fortement le cylindre immergé dans l'eau.

2 - RESPONSE TEMPORELLE ET FREQUENTIELLE

La réponse dinamique d'un corps après una percussion, on peut dire qu'elle est la suite des oscillations forcées suivies par des oscillations libres (fig. 1 ) . Les premières sont produits par l'accélération qui prend tout le cylindre à cause de la déformation rapide d'une de ses surfaces par le choc de la bille. Et les oscillations libres du cylindre, notamment connues par "ringing" sont fonction de sa géométrie, et très particulièrement de sa hauteur.

La pression acoustique du transitoire émis par le cylindre dans l'eau, peut être exprimée par le produit convolution

(D

ou B est la pression de la percussion et A 1 ' accélération produite. D ' après Akay et Hodgson / S / la pression B lorsqui'il s'agit de la percussion sur une sphère, est donnée sous forme de

(2)

ou pc est l'impédance acoustique de l'eau, r la distance au centre de la sphère, et: B , 1 ' amortissement a, la fréquence f = ùi/2n^} et la phase ty sont des paramètres qui dépendent au rapport des densités de la sphère à l'eau et de son dimètre. Dans notre cas ou on a remplacé la sphère pour un cylindre, nous faisons 1'étude expérimental de la dépendance de 1'amortis- sement a et de la fréquence f de l'oscillation libre du cylindre, avec sa géométrie et sa densité.

D'autre part, l'accélération A, selon Goldsmith / 6 / est:

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19902137

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pour O S t S t

O

c ' e s t à d i r e , il s ' a g i t d'une demi periode d'une sinusoïde dont t e s t l a durée de l a percussion. Ce temps-ci e s t fonction des modules é l a s t i q u e s (module ~ o & g , module Poisson) de s a masse e t de l a v i t e s s e U de l a b i l l e a u percusion.

Le s p e c t r e en frequences du s i g n a l acoustique qui s e propage dans l ' e a u a une composante en haute frequence e t bande é t r o i t e causée par l ' o s c i l l a t i o n l i b r e du cylindre, e t a u s s i una a u t r e composante en basse frequence e t l a r g e bande qui e s t conséquence des o s c i l l a t i o n s forcées ( f i g . 2 ) .

3 - RESULTATS EXPERIMENTAUX

On a e n r e g i s t r é l e s impulsions émis dans l ' e a u par l e choc d'une b i l l e en a c e i r de 67 grames tombant en chute l i b r e des une hauteur de 1.5 métres à l ' i n t e r i e u r du tuyau f a i s a n t percus- s i o n avec un cylindre en aluminium (ou soder-61) f i x é au extrémité du tuyau. Le diamètre du c y l i n d r e e s t de 3 cm, e t on a diminué de hauteur des 20 jusqu'à 3 cm chaque 0.5 cm.

On déduit l a d e n s i t é s p e c t r a l de l'impulsion émis en f a i s a n t s a transformée de Fourier, e t on o b t i e n t l a v a r i a t i o n de l a fréquence f , amortissement a , e t amplitude B de l ' o s c i l l a t i o n l i b r e dy cylindre, a i n s i que l a durée de l a demiperiode t de l ' o s c i l l a t i o r ? forcée, lorsqu'on v a r i e l a hauteur du cylindre.

A l a f i g u r e 3 on v o i t comment l a frequence de l ' o s c i l l a t i o n l i b r e e s t trés proche à l a valeur c/2 h, où c e s t l a v i t e s s e de propagation des ondes longitudinales dans l e cylindre, e t e l l e e s t d ' a u t a n t plus proche que l a hauteur du cylindre c r o î t .

L'amplitude B ( f i g u r e 4) e s t autant plus f a i b l e e t 1 'amortissement a ( f i g u r e 5 ) e s t autant plus f o r t e quoon r e d u i t l a hauteur du c y l i n d r e jusqu'à devenir Bo presque n u l l e pour hauteurs du même ordre du diamètre du cylindre.

La durée t de l ' o s c i l l a t i o n forcée v a r i e peu avec l a hauteur du c y l i n d r e ( f i g u r e 6) é t a n t p l u s s t a b l e pour p e t i t e s hauteurs,..mais.. e l l e e s t d i f f e r e n t pour un a u t r e matérial t e l qu'on peut voir pour l'aluminium e t l e soder-01 ( p l a s t i q u e ) . A c e dernier sa d e n s i t é e t s a v i t e s s e de propagation des ondes longitudinales sont p l u s proches de l ' e a u .

4 - CONCLUSION

Il est possible trouver des dimensions adéquates pour un cylindre à n'importe quel matérial de façon avoir une impulsion émis, l o r s du percussion d'une b i l l e s u r une de s e s surfaces, t e l que l ' o s c i l l a t i o n l i b r e s o i t méprisable. Ainsi l'impulsion de courte durée e t haute i n t e n s i t é acoustique à une l a r g e bande en basse frequence très i n t é r e s s a n t en acoustique des fonds

.

BIBLIOGRAPHIE

/l/ ~ a k a h a g i , T. e t Nakai, M . , J. Acoust. Soc. Am. 78 ( 6 ) (1985) 2049.

/2/ Aùay, A. e t Latcha, M., J. Acoust. Soc. Am. 74 ( 2 ) (1983) 640.

/3/ Richards, M.E., Westcott, E . J . , e t Jeyapalan, R.K., J. Sound Vib. 62 ( 4 ) (1979) 547.

/4/ Thorne, P.D. e t Foden, D.J., J. Acoust. Soc. Am. 84 ( 6 ) (1988) 2144.

/ 5 /

Akay, A. e t Hodgson, T.H., J. Acousk. Soc. Am. 63 (1978) 313.

/6/ Goldsmith, W., Impact, Ed. Arnold, London (1960), Chap. 4.

Fig. 2. Reponse f r e q u e n c i e l l e a ) avec o s c i l l a t i o n l i b r e b ) s a n s o s c i l l a t i o n l i b r e .

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Fig. 3. Variation de la frequence de l'oscillation lhre avec la hauteur du cylindre.

2F.h 5.10~' m/s

4.10'-

Fig. 4. Variation de l'amplitude de 1'osci.llation 1j.br-e avec la hauteur du cylindre.

5 10

l5

h(cm) 20 5 h(crni l5

- aluminium

... . -

'' - -' -. O O a O O

'

^D' 0 w 0 - " 9 0 - O O O D a ~ o o o

o 0 0

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1 .

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l . . . . ' . , . .

2.Fh 2.10~

m/s

1.10~-

2

824.

1

soder-ol -

- - - - - - - - - - - - - - - -

..

- - - - - - - - - - -

- .... .... ^....--6--

1 . . . . 1 . . . . l _

oluminium soder-61

- ^{O 0}

O O 0

O 0 0 0 0 ..*

. . O ? ^{o o O} , ⁰ 1 . O o p 0 . . 1 . . . ....**.

*...

Fig. 5. Variatj-on de l'amortissement de l'oscillation libre avec la hauteur du cyli-ndre.

O-

;El

¹⁰ 75 h ( m ) XI 5 I O h(crn) '15 ^{Y . . . 8}

Fig. 6. Variation de

la

durée de l'oscillation forcée avec la hauteur du cylindre.

soder-ol

-

.

. .

0 .

.

o ~ ~ s ' . . ' . ~ ' , . . ~

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O

" 5 '

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