Analyse de la propagation acoustique à basse altitude par équation parabolique tridimensionnelle
Institution:
Ecully, Ecole centrale de LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Long range sound propagation in the atmosphere near the ground has to be investigated in order to predict noise levels of industrial plants, traffic or aircraft. It can be described by means of numerical resolution of the wave equation. Two common approaches to the solution of this equation are the ray theory and the normal-mode theory. The first one is valid only for sufficiently high frequencies and does not give adequate prediction of the intensity level due to the neglection of diffraction effects. In the second approach, propagation is described in terms of characteristic functions called normal-modes, each mode being a solution to the equation that satisfies the boundary conditions. In this study, we use another numerical method based on the parabolic approximation introduced by Tappert. The two-dimensional parabolic equation (2DPE) is generally applied to describe sound propagation from a point source in a media which is assumed to be cylindrically symmetric. The aim of this thesis is to study the three-dimensional effects on sound propagation by use of the three-dimensional parabolic equation (3DPE). A numerical method for solving the 3DPE is presented and an implicit finite-difference scheme based on the alternating directions method is formulated. The validity of the 3DPE is shown by comparison with measurements carried out in an anechoic chamber where the diffraction behind a thin barrier of finite length is studied. The three-dimensional effects of wind and topology are shown by experimentations carried out in a wind tunnel for different types of wedges and screens.
Abstract FR:
L'étude de la propagation acoustique à basse altitude connaît un intérêt grandissant dans le but de réduire les nuisances à proximité des industries, du trafic routier ou des aéroports. Cette étude peut être menée en résolvant numériquement une équation d'onde. Deux approches classiques de la solution de cette équation sont la méthodes des rayons qui est une approximation haute fréquence qui néglige les effets de diffraction et la méthode des modes normaux. Dans cette étude, nous utilisons une méthode numérique basée sur l'approximation parabolique introduite par Tappert. L'équation parabolique bidimensionnelle (EP2D) est généralement utilisée pour décrire la propagation du son émis par une source monochromatique dans un milieu supposé présenter une symétrie de révolution. Cependant, dans certains cas, la symétrie n'est pas respectée par la topographie ou par la présence d'un vent transverse à la direction de propagation. L'objectif de cette thèse est d'analyser les effets tridimensionnels sur la propagation acoustique au moyen de l'équation parabolique tridimensionnelle (EP3D). Nous présentons une méthode numérique de resolution de l'EP3D à l'aide d'un schéma aux différences finies basé sur la méthode des directions alternée. La validité de l'EP3D est montrée par comparaison avec des mesures de diffraction par un écran acoustique de longueur finie effectuées dans une chambre anéchoïque. Une seconde série de mesures effectuées en soufflerie met en évidence les effets tridimensionnels du vent et de la topographie pour différents types d'obstacles.