Contrôle actif d'impédance acoustique pour la réduction du bruit transmis par un encoffrement
Institution:
Ecully, Ecole centrale de LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
A quarter of occupational diseases are related to excess noise in the workplace. Generally, machine noise is controlled by acoustic enclosures which limit the power of outward-going sound. But this solution often proves to be insufficient, especially for low frequencies. This study investigates the potential of active absorbers for reducing low-frequency noise transmission through an enclosure. Over the last ten years, active absorbers have been developed by the Centre Acoustique of the LMFA for aeronautical applications. The basic principle involves an active control system to reinforce the effectiveness of a porous material layer at low frequencies. The study presented here aims at optimizing and implementing these absorbers on an academic enclosure, allowing theoretical and experimental developments. The system consists of a simply supported baffled flexible plate backed by a rigid cavity. It is excited by the pressure generated by an acoustic point-source located in a corner of the cavity. The study is based on the modelling of the system in order to calculate the optimal impedance of the absorber: that which, for each frequency of the band 50-600Hz, provides the best reduction of the sound power transmitted by the plate. A modal approach by substructures was used here to model the system. The radiated sound power is calculated starting from the velocity field induced on the plate. The value of the optimal impedance varies too quickly with frequency, so it is not realizable over a large band of frequencies with our device. The selected sub-optimal strategy consists in realizing a "perfect" absorber presenting an impedance close to that of air. On the test bench, the selected porous material is a thin metal cloth. The selected configurations use three active cells, each one equipped with a secondary source and a control microphone. Active control uses a multichannel feedforward algorithm and the radiated power is measured by intensimetry. In line with predictions, the absorbers provide a 5. 5dB overall reduction (on 50-600Hz) while covering only 2% of the cavity surface. These reductions are mainly achieved in the range 200-600Hz, where the plate radiation is controlled by the cavity modes. In the range 50-200Hz, the radiation is controlled by the plate modes and the absorbers have little effect. In order to improve the low frequency (50-200Hz) performance of the absorbers, a full active control of the impedance is finally envisaged in a plane wave tube. It is carried out thanks to two microphones located on either side of a porous material layer. A control algorithm is specially developped to enable the normal impedance to approach the optimal value in the range 50-200Hz while preserving the initial absorption strategy in the range 200-600Hz. Such a device would allow a 5dB additionnal reduction in the noise transmitted by the enclosure.
Abstract FR:
Le quart des maladies professionnelles est lié à l’excès de bruit sur les lieux de travail et les solutions classiquement utilisées pour réduire l’exposition au bruit ne sont pas toujours suffisamment efficaces. On propose ici de développer une stratégie active pour améliorer l’isolation d’une machine par capotage, procédé usuel mais jusqu’à présent peu performant dans les basses fréquences. Depuis une dizaine d’années, des absorbants actifs ont été développés par le Centre Acoustique du LMFA pour des applications aéronautiques. Dans ces systèmes, la pression est réduite par contrôle actif à l’arrière d’un matériau poreux pour en renforcer l’efficacité dans les basses fréquences. L’étude présentée dans ce mémoire a pour objectif l’optimisation et la mise en oeuvre de ces absorbants sur un encoffrement académique, permettant des développements aussi bien théoriques qu’expérimentaux. Le système est constitué d’une cavité rigide couplée à une plaque élastique bafflée. Il est excité par une source monopolaire située dans la cavité. La démarche s’appuie sur une modélisation du système dans le but de calculer l’impédance optimale de l’absorbant, définie comme celle qui, pour chaque fréquence de la bande 50Hz-600Hz, fournit la meilleure réduction de la puissance acoustique transmise par le capotage. Une méthode modale permet de prendre en compte les couplages entre les différents sous-systèmes. La puissance acoustique rayonnée est calculée à partir du champ de vitesse induit sur la plaque. L’impédance optimale variant fortement avec la fréquence, elle n’est pas réalisable en large bande par un dispositif passif ou actif simple. La stratégie sous-optimale alors choisie conduit à la réalisation d’un absorbant «parfait» présentant une impédance normale réduite proche de 1. Pour la mise en oeuvre sur le banc d’essai, le matériau poreux choisi est une toile métallique de faible épaisseur. Les configurations retenues impliquent trois cellules, chacune équipée d’une source secondaire et d’un microphone de contrôle. Le contrôle actif est réalisé grâce à un algorithme feedforward multivoie. Enfin, la puissance rayonnée est mesurée par intensimétrie. Les performances expérimentales confirment les prévisions et permettent une réduction de plus de 5dB sur la bande 50Hz-600Hz, avec des absorbants couvrant seulement 2% de la surface de l’encoffrement. Ces réductions sont essentiellement visibles sur la bande de fréquence 200-600Hz, où le rayonnement de la plaque est contrôlé par les modes de la cavité. Sur la gamme 50-200Hz, le rayonnement est dominé par les modes de la plaque et les absorbants actifs n’ont que peu d’effet. Pour améliorer les performances des absorbants sur 50-200Hz, un contrôle actif direct de l’impédance est finalement envisagé en tube de Kundt. Il est réalisé grâce à deux microphones situés de part et d’autre d’une couche de matériau poreux. Un algorithme de contrôle a été spécialement développé pour approcher l’impédance optimale sur 50-200Hz tout en conservant la stratégie initiale d’absorption sur 200-600Hz. Un tel dispositif permettrait de réduire de 5dB supplémentaires la puissance transmise par l’encoffrement.