Brevet FR2589665A1 — publié le 19870507

La présente invention concerne un dispositif d'étalon- nage acoustique pour systèmes de mesure d'intensité comprenant au moins deux microphones à pression. L'utilisation de microphones de mesure s'est largement répandue pour mesurer des pressions sonores. Dans de nombreux essais acoustiques, il s'est toutefois révélé plus pratique de mesurer l'intensité sonore, qui est un vecteur, plutôt que la pression sonore, qui est un scalaire. L'intensité sonore d'une source sonore peut être définie par exemple par intégration de l'intensité sonore sur une surface entourant la source sonore, o il ne sera besoin d'aucune chambre anéchoide. Même un fort bruit de fond n'altérera pas les résultats de mesure dans une direction malencontreuse, car les sources sonores se trouvant à l'extérieur de la surface environnante d'intégration ne contribuent pas à l'intensité sonore intégrée. La mesure de l'intensité repose souvent sur une technique à deux microphones, comme par exemple décrit par Finn Jacobsen dans le rapport n 28, 1980, du Technical University of Denmark, Acoustic Laboratory: "Measurements of Sound Intensity". En résumé, le procédé repose sur l'approximation suivant laquelle le vecteur intensité dans un champ sonore fixe est, en un point particulier, égal à la valeur temporelle moyenne du produit de la pression ins- tantanée et de la vitesse de particules correspondante au même point, et suivant laquelle on peut déduire le vecteur de la vitesse des particules à partir du gradient de pression sonore au point considéré. Ce gradient de pression est approximativement égal à la différence de pression existant entre deux points places à une petite distance du point de référence, utilisée par la dis- tance entre les deux points de mesure. Une condition pour laquelle le procédé peut être appliqué en pratique, et en particulier aux basses fréquences, est que les deux microphones de pression soient extrêmement bien adaptés, en particulier en ce qui concerne leurs caractéristiques de phase, si l'on veut éviter des erreurs de mesure. C'est le but de l'invention d'indiquer comment on peut étalonner des microphones de pression sans utiliser une chambre anéchoide et, selon L'invention, on réalise ce but à l'aide d'un dispositif d'étalonnage qui se distingue en ce qu'il comprend deux cavités, lesquelles sont interconnectées par l'intermédiaire d'un ou plusieurs éléments de résistance acoustique, L'un des microphones de pression pouvant être inséré dans l'une des cavités et les microphones de pression restants pouvant être insérés dans l'une des cavités restantes, tandis qu'une source sonore est connectée à la cavité citée en premier. En relation avec la cavité suivante, la résistance acoustique forme donc une liaison RC acoustique pro- duisant un déphasage proportionnel à ta fréquence, et ceci corres- pond aux conditions régnant dans le champ libre. Pour un dimension- nement convenable de la liaison RC, on obtient un déphasage corres- pondant au déphasage sur une distance de 50 mm par exemple dans le champ libre. La source sonore considérée peut produire un bruit blanc ou bien un bruit rose selon que les mesures sont effectuées sur des intervalles de fréquence fixe ou sur des intervalles de fré- quence relative. La résistance acoustique peut être par exemple constituée d'une structure stratifiée comprenant des lamelles radialement orien- tées allant jusque sur une cavité circonférencielle avec des ouver- tures uniformément dispersées, la résistance acoustique ne pouvant être modifiée que par enlèvement de l'une des lamelles. En résultat, il est relativement facile d'ajuster la résistance acoustique avec une précision voulue. Le fait que l'élément de résistance acoustique possède également une certaine réactance collective peut être avantageuse- ment utilisé, une pression sonore plus uniforme dans les deux chambres du couoleur sur une certaine aire de fréquence pouvant ainsi être obtenue. La description suivante, concue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un dispositif d'étalonnage pour systèmes de mesure d'intensité comprenant au moins deux microphones de pres- sion; - la figure 2 présente un modèle en circuit équivalent du dispositif d'étalonnage; - la figure 3 est un diagramme montrant la pression en fonction de la fréquence; et - la figure 4 est un diagramme montrant la pression en fonction de la fréquence, un élément de résistance d'une moindre réactance collective étant utilisé. Jusqu'à présent, seuls des procédés indirects ou relati= vement peu appropriés ont été utilisés pour étalonner des systèmes de mesure d'intensité comprenant plusieurs microphones. Selon l'invention, il est proposé un dispositif d'éta- lonnage acoustique qui, en relation avec un système de mesure d'intensité utilisant des microphones de pression, peut simuler une intensité bien définie. Le dispositif d'étalonnage comprend un coupleur et une ou plusieurs sources sonores. Indépendamment de la source utilisée, le coupleur déplace la phase existant entre ces deux signaux acous- tiques proportionnellement à la fréquence, car c'est le cas entre deux points dans un champ libre. Le coupleur peut être par exemple conçu pour produire un déphasage correspondant au déphasage existant sur une distance de 50 mm dans un champ libre. En pratique, on peut obtenir un résultat relativement bon sur environ 5 octaves (de 20 Hz à 640 Hz) en même temps, tandis que les modules des deux pressions du coupleur ont approximativement la même taille. Le coupleur peut par exemple être utilisé en relation avec une source sonore acoustique émettant un bruit rose (-3 dB/ octave) entre environ 20 Hz et 5 kHz. L'indice d'intensité rési- duelle d'un système de mesure peut être ajusté au moyen d'une telle source. Les mesure sont en outre si simples qu'on peut les exécuter sur le lieu même de la mesure. Selon une autre possibilité, on peut utiliser une source sonore à fréquences distinctes, par exemple un pistonphone, ou chambre de compression. Le coupleur comprend deux cavités 1 et 2 interconnectées au moyen d'une résistance acoustique 3, cqmme on peut le voir sur la figure 1. La source sonore 4 est reliée à la première cavité 1, d'o le son se propage au travers de la résistance 3 jusqu'à la deuxième cavité 2. La pression sonore régnant dans la deuxième cavité 2 subit alors un déphasage proportionnel à la fréquence, et le module de la pression régnant dans la deuxième cavité 2 est en pratique, pour les petits déphasages, égal à la pression régnant dans la première cavité 1. Un modèle du coupleur, comme indiqué sur la figure 2, a été monté, lequel prévoit lesdits para- mètres, ainsi que la fuite dans les deux cavités, la masse acous- tique dans l'élément de résistance et l'effet thermique des surfaces internes des deux cavités, c'est-à-dire le passage entre le processus de compression adiabatique et Le processus de compres- sion isotherme dans les cavités. On voudra bien noter que, sur la figure 2, Les éléments de référence a à f sont illustrés par les valeurs numériques sui- vantes (à titre d'exemple): a, e: 10 cm b, f: 109Ns/m5 c:2,1 x 106Ns/m5 d:5 kg/m4 Ce modèle montre que seule la résistance 3 sera cruciale, d'un point de vue pratique, à 250 Hz par exemple, ce qui est une fréquence idéale pour la simulation de l'intensité. Pour mesurer l'intensité résiduelle, on place les deux microphones en regard l'un de L'autre dans une cavité. Seules les membranes, et non pas les canaux d'égalisation de pression, sont exposées à la pression sonore. Des résistances acoustiques frittées, faites par exemple d'acier inoxydable, peuvent être utilisées. Pour simuler entre les microphones une distance de 50 mm dans un champ libre, la résistance totale doit se monter à 2 x 106 Ns/m5 pour une cavité d'environ 10 cm3. On peut selon une autre possibilité employer des structures stratifiées qui sont composées de lamelles radialement orientées s'étendant jusqu'à une rainure circonférencielle d'une cavité circonférencielle avec des ouvertures uniformément dispersées, la résistance acoustique AR ne pouvant être modifiée que par enLèvement d'une des lamelles, comme on peut le voir sur la figure 1. Comme les microphones ne sont pas complètement symétriques par rapport à leurs axes en ce qui concerne la sensibilité, (module et phase),un champ sonore est prévu dans le coupleur qui est aussi symétrique que possible aux lieux o les microphones sont placés en regard l'un de l'autre. Etalonnage du coupleur Par l'intermédiaire de deux canaux aléatoires des micro- phones, on mesure un angle de phase avec un microphone dans la pre- mière cavité 1 et le deuxième microphone dans la deuxième cavité 2. On échange ensuite les microphones entre les deux cavités 1 et 2, et on mesure de nouveau l'angle de phase. Par une optimisation convenable de l'équipement de mesure, on peut mesurer l'angle de phase Q avec une précision qui est très inférieure à 0, 1 , soit moins que 0,5% des 13,11 constituant la valeur nominale pour 50 mm à 250 Hz. On mesure les pressions P1 et P2 régnant dans le coupleur en relation avec la pression existant au niveau de la source 4, après quoi on peut calculer la vitesse de particules simulée Vet l'intensité simulée I suivant les formules: = E(P1 -P2).cos /2]2 + [(P1 +P2).sin 0/2] 2 u). f. aR P1 P2.sin I = W. . tLR la fréquence co étant également mesurée pendant l'étatonnage. En ce qui concerne l'étalonnage d'un équipement de mesure d'intensité au moyen du coupleur, le coupleur déplace la phase, dans de larges limites, proportionnellement à la fréquence, et la fré- quence de la source sonore n'est par conséquent pas cruciale. Le niveau de vitesse de particules et le niveau d'intensité ne sont donc pas affectés par des variations de la fréquence de la source sonore 4. Le modèle assemblé a en outre été utilisé pour analyser l'influence de La pression statique. Il a été montré que le coupleur utilisé en même temps que la source sonore considérée est en mesure de simuler une intensité constante relativement à un système de mesure qui mesure correctement pour la pression statique courante. Toutefois, la pression sonore sera proportionnelle à la pression statique. L'influence de la température La température n'influence le dispositif d'étalonnage que par l'intermédiaire d'une petite variation de la viscosité de l'air. La résistance existant entre les chambre varie et amène de petite modifications du signal d'étalonnage. Néanmoins, la vitesse et l'intensité simulées varient dans une certaine mesure, car les conditions de simulation du champ sonore ont changé. Dans un mode de réalisation défini, le dispositif d'éta- lonnage est construit de la manière représentée par la vue en coupe de la figure 1. Le générateur sonore 4 placé au fond est destiné à émettre un signal sonore qui est reçu par le microphone 6 placé dans la première cavité 1 et par le microphone placé dans la deuxième cavité 2. Les cavités 1 et 2 sont séparées par une résistance acous- tique, de telle manière qu'un déphasage proportionnel à la fréquence soit obtenu. Le dispositif peut par exemple être hermétiquement fermé au moyen de joints toriques 8. Le diamètre du dispositif peut être par exemple de 35 mm environ. La plaque 9 disperse la pression sonore émanant de la source sonore. On peut avantageusement utiliser l'auto-induction plus petite en relation avec la résistance acoustique, car le dispositif d'étalonnage peut ainsi être utilisé dans un intervalle de fréquences plus large, comme indiqué sur la figure 4. Un dispositif d'étalonnage pouvant être appliqué sur le lieu de mesure est également produit selon l'invention. Ce dispositif a une structure relativement simple et on peut facilement l'étalonner au moyen d'un pistonphone. Le dispositif d'étalonnage selon l'invention peut égale- ment être utilisé pour l'étalonnage d'un équipement à base de micro- phones de pression destiné à mesurer une vitesse de particules. Lorsque l'on utilise le dispositif pour mesurer l'indice d'intensité résiduelle, on place les microphones dans la même chambre. Bien entendu, l'homme de l'art est en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif d'étaLonnage acoustique pour systèmes de mesure d'intensité comprenant au moins deux microphones de pression (6, 7) placés chacun dans une cavité, caractérisé en ce que les cavités sont interconnectées au moyen d'un ou plusieurs éléments de résistance acoustique (3), l'un des microphones de pression (6) pouvant être inséré dans l'une des cavités (1) et Les microphones de pression restants (7) pouvant être insérés dans l'une des cavités restantes (2), une source sonore étant connectée dans ladite pre- mière cavité. 2 - Dispositif d'étalonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source sonore (4) est destinée à produire du bruit blanc ou rose. 3 - Dispositif d'étalonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance acoustique est constituée de résistances acoustiques frittées faites par exemple d'acier inoxy- dable. 4 - Dispositif d'étalonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance acoustique est constituée d'une structure stratifiée. - Dispositif d'étalonnage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure stratifiée est constituée de lameles radialement orientées s'étendant jusqu'à une cavité circon- férentielLe avec des ouvertures uniformément dispersées, la résis- tance acoustique pouvant être modifiée par enlèvement d'une ou plusieurs lamelles. 6 - Dispositif d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à. 5, caractérisé en ce que, pendant L'assemblage, on ferme hermétiquement le dispositif au moyen de bagues d'étan- chéité (8), par exempte des joints toriques élastiques. ? - Dispositif d'étalonnage selon L'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que L'étalonnage s'effectue au moyen d'un pistonphone.