Brevet FR2650466A1 — publié le 19910201

Microphone de détection et de localisation de sources sonores. La présente invention concerne un dispositif de détection et de localisation de sources sonores comprenant un microphone et un résonateur destiné à éliminer les bruits parasites et en particulier les bruits de vent. La définition ou résolution et la portée de microphones, en particulier de microphones extérieurs, sont limitées par des signaux parasites et ici en particulier par des bruits de vent. Les protections antivent et les cônes ou nez conventionnels améliorent certes le rapport signal/bruit mais une réduction plus importante des bruits de vent de 6 à 8 dB doublerait déjà la portée du son. La section d'antenne des types connus de microphones, tels que les microphones à condenseur, les microphones dynamiques, les piézomicrophones, etc., est extrêmement petite du fait de la grande impédance de flux acoustique. Dans les microphones étalons, cela est également nécessaire afin que le champ sonore à mesurer ne soit pas faussé par le moyen de mesure. Dans de nombreux objectifs d'observation, cette propriété n'est toutefois pas déterminante - 2 - comme par exemple lors de la détection de sources sonores. L'invention a pour objet d'indiquer un microphone du type en question qui soit conçu spécialement pour des mesures dans des courants, un accroissement considérable du rapport signal/bruit du signal utile au signal parasite, en particulier aux bruits de vent, devant être obtenu. Selon l'invention, cet objectif est atteint en ce que le microphone est disposé à l'intérieur du résonateur. Selon l'invention, on dispose donc par exemple un microphone à pression traditionnel à l'intérieur d'un résonateur, en particulier dans un résonateur de Helmholtz ou résonateur A /4 équipé d'au moins une ouverture de résonateur ou dans un silateur. L'ensemble du microphone sera désigné par la suite par microphone à résonateur. On sait qu'avec des résonateurs du type indiqué on peut obtenir la surface d'absorption pour une fréquence de résonance pouvant aller jusqu'à >2/4trdans le champ libre et À2/2r sur une paroi réverbérante, À étant la longueur d'onde sonore en résonance. La surface d'absorption et partant la section d'antenne d'un tel microphone à résonateur accordé par exemple à 20 Hz, sont ainsi respectivement de 22,8 m2 et 45,6 m2. Les sections d'antenne maximales pouvant être obtenues sont déterminées entre autres par la longueur de corrélation spatiale du signal sonore. Cette dernière est variable pour des perturbations sonores et des perturbations dues à la pression du vent et elle est considérablement plus courte pour des bruits de vent que pour des signaux utiles. Un accroissement de la - 3- section d'antenne acoustique améliore ainsi le rapport entre le signal utile et le signal parasite. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise pour la détection de signaux sonores à large bande, plusieurs microphones à résonance accordés sur différentes fréquences et réunis en un agencement de microphones. Les résonateurs contiennent de manière appropriée et connue un dispositif amortisseur intérieur afin de capter une gamme de fréquences plus large et d'obtenir un effet électrique transitoire plus rapide. Selon une autre caractéristique, on utilise des résonateurs désaccordables dans lesquels la fréquence et la résistance du flux peuvent être réglées par la masse du résonateur, sa suspension et le dispositif amortisseur. Il est ainsi possible de rajuster un déplacement Doppler de l'objet-cible. Il faut ensuite réaliser une oscillation de fréquence autour de la fréquence de repérage. Le résonateur fermé hermétiquement peut être constitué par un silateur dans lequel le vide a- été fait au moins partiellement. Il s'agit d'une chambre lenticulaire dont les parois agissent en tant que système masse/ressort. Le bombement lenticulaire associé à la sollicitation du vide donnent une rigidité propre réduite. Afin de réduire encore les bruits de vent, l'ouverture du résonateur est de préférence protégée par une protection antivent constituée par des grilles en fils de fer, un produit alvéolaire et/ou des feuilles à parois fines en une ou plusieurs couches. Etant donné que la perturbation due à la pression du vent ne présente qu'une faible longueur de -4- corrélation, on utilise de préférence des résonateurs de Helmholtz à plusieurs ouvertures dont l'écartement réciproque correspond à peu près à la longueur de corrélation des perturbations dues à la pression du vent. Les parcours acoustiques en direction des différentes ouvertures devraient être inférieurs à la demi-longueur d'onde en cas de résonance afin d'éviter les pertes dues aux interférences. Selon une autre caractéristique, on utilise des résonateurs de Helmholtz à plusieurs ouvertures qui sont fermées par des membranes de raideur et de masse variables accordées sur une fréquence propre déterminée. Un tel agencement donne pour le même volume de résonateur plusieurs fréquences de résonance. A des fins de localisation, on utilise deux microphones à résonance accordés sur la mêmi fréquence et réunis en un agencement de microphones commun muni d'une base de repérage. La direction d'incidence du son peut être déterminée de manière connue à partir de l'écartement réciproque desdits microphones (base) et de la position de phase du signal de somme et de différence. Les microphones à résonance qui peuvent être deux ou plus peuvent effectuer une rotation par leur base de repérage. Pour déterminer la direction, plusieurs microphones à résonance peuvent être disposés en réseaux. Il convient à présent d'expliquer plus en détail l'invention à l'aide d'exemples de mise en oeuvre représentés sur les dessins, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une réalisa- tion de base d'un microphone à résonance selon l'invention, la figure 2 représente un agencement de microphones composé de plusieurs microphones à résonance accordés différemment, la figure 3 représente un microphone à résonance selon l'invention avec un résonateur désaccordable, la figure 4 représente schématiquement un microphone à résonance dans lequel le résonateur est réalisé sous forme de silateur, la figure 5 représente schématiquement un microphone à résonance selon l'invention avec une protection antivent supplémentaire, la figure 6 représente un microphone à résonance avec un résonateur comportant plusieurs ouvertures de résonateur, la figure 7 représente schématiquement un microphone à résonance avec un résonateur comportant plusieurs ouvertures de résonateur fermées par des membranes, la figure 8 représente un agencement de microphones composé de deux microphones à résonance -selon l'invention accordés de la même manière, la figure 9 représente un agencement de microphones composés de deux microphones à résonance selon l'invention qui sont disposés rotatifs autour d'un point médian de la base de repérage commune. Sur les figures, les mêmes pièces ou les pièces ayant la même action sont désignées par les mêmes références. La figure 1 représente en coupe la réalisation de base d'un microphone à résonance 1 composé d'un résonateur 2, dans ce cas d'un résonateur de Helmholtz, avec une ouverture de résonateur 3 et un -6 - volume de résonateur 4, c'est-à-dire l'intérieur du résonateur 2, et d'un microphone 5 qui est disposé à l'intérieur du résonateur. La dimension de l'ouverture de résonateur 3 et le volume de résonateur 4 sont accordés de manière connue sur la fréquence de résonance désirée, l'amortissement et l'impédance de flux. L'ouverture de résonance 3 ainsi que la masse de l'air qu'elle renferme et la propriété de ressort/d'amortissement du volume de résonateur 4 forment un filtre acoustique laissant passer la fréquence de résonance réglée. Le résonateur provoque en même temps une amplification du signal sonore parvenant sur le microphone 5 par l'ouverture de résonateur. Un point essentiel de l'invention réside dans l'adaptation de l'impédance de flux du microphone à résonance à l'impédance de champ du milieu environnadt, par exemple l'air. On sait que l'on peut ainsi obtenir des sections transversales d'absorption pouvant aller jusqu' a 2/41 dans des conditions de champ libre, A étant la longueur d'onde sonore en cas de résonance. Etant donné que les perturbations turbulentes dues à la pression du vent ne sont corrélées que sur une distance réduite, différentes sections d'antenne agissent dans le son et la turbulence en améliorant le rapport entre le signal utile et le signal de bruit. La figure 2 représente schématiquement un agencement de microphones composé de quatre microphones à résonance la, lb, lc et ld, les différents microphones à résonance étant conçus conformément à la figure 1, et présentant donc chacun un résonateur 2 avec une ouverture de résonateur 3 et un microphone -7- 5. Les différents résonateurs sont accordés sur différentes fréquences de résonance par un dimensionnement approprié de leur volume et de l'ouverture de résonateur, si bien que l'agencement de microphones représenté à la figure 2 permet de capter un spectre de fréquence à large bande. Le microphone à résonance 1 conformément à la figure 3 présente à nouveau un résonateur 2 avec une ouverture de résonateur 3 ainsi qu'un microphone 5 disposé sur le fond du résonateur 2. Un diaphragme 6 qui est disposé parallèlement à la surface de fond du résonateur, se trouve sous l'ouverture de résonateur 3. Ce diaphragme 6 est relié à un mécanisme de déplacement 8 qui se trouve à l'extérieur du résonateur 2 et avec lequel le diaphragme 6 peut être déplacé dans le sens de la double flèche vers l'ouverture de résonateur 3 et à l'opposé de ladite ouverture. Le déplacement du diaphragme 6 permet de régler la section transrersale d'ouverture du résonateur et/ou sa longueur d'ouverture et de faire ainsi varier le volume de résonateur. De cette manière, le résonateur peut être accordé sur une fréquence de résonance souhaitée à l'intérieur d'un spectre de-fréquence. La figure 4 représente un microphone à résonance 1 dans lequel le résonateur est réalisé sous forme de silateur 2a. Ce silateur possède une section transversale lenticulaire, les parois 9 étant relativement rigides mais légères et étant composées par exemple d'une structure en nid d'abeilles. Une bague de maintien 10 qui ferme les parois vers l'extérieur, est prévue sur le pourtour du silateur. Le silateur est un système entièrement fermé hermétiquement vers l'extérieur dans l'espace -8-- intérieur duquel le vide a été fait au moins partiellement. Un microphone 5 est de nouveau disposé dans cet espace intérieur. Une ouverture de. résonateur n'est pas nécessaire dans cette construction. Les ondes sonores qui arrivent sur le microphone à résonance 1 sont acheminées à l'intérieur avec la fréquence de résonance du silateur, elles sont amplifiées et captées par le microphone 5. Le bombement de la paroi de silateur 9 associée à la sollicitation en pression donnent une fréquence de résonance faible. La figure 5 représente un microphone à résonance 1 dont la construction de base comprenant un résonateur et un microphone correspond à celle de la figure 1. Une protection antivent supplémentaire 11, constituée par exemple d'un produit alvéolaire à pores ouverts, est prévue dans la et au-dessus de l'ouverture de résonateur 3. Des filtres ou des feuilles à parois minces ont la même action et pour assurer une meilleure protection contre le vent, ils peuvent être disposés également sur plusieurs couches disposées les unes sur les autres. Le microphone à résonance 1 selon la figure 6 présente de nouveau un résonateur 2 avec le volume de résonateur 4 et un microphone 5 disposé sur le fond du résonateur 2. Au lieu d'une ouverture de résonateur unique, on a prévu dans ce cas trois ouvertures de résonateur 3a, 3b et 3c. L'écartement réciproque des différentes ouvertures de résonateur peut et devrait être égal ou supérieur à la longuer de corrélation des perturbations dues à la pression du vent. Le microphone de résonance de la figure 7 est modifié par rapport à la réalisation de la figure 6 en ce que -9 - les ouvertures de résonateur 3a, 3b et 3c sont en outre chacune fermées par une membrane 12 dont la masse et les propriétés élastiques sont chaque fois différentes. Cette configuration du microphone à résonance permet de l'accorder sur des fréquences de résonance différentes. Dans les microphones de résonance conformément aux figures 1, 3, 5, 6 et 7, le résonateur 2 est indiqué chaque fois sous forme de caisse parallélépipèdique. Cette forme n'est bien entendu pas obligatoire et elle ne joue pour l'essentiel aucun r8le dans la fréquence de résonance.- Cette forme peut par conséquent être adaptée à l'application considérée. Ainsi par exemple, la surface portante ou au moins une partie de la surface portante d'un avion de reconnaissance acoustique peut être réalisée sous forme de résonateur. La figure 8 représente un microphone à résonance à deux p8les 1 composé de deux microphones à résonance le et if accordés de la même manière qui sont chacun composés d'un résonateur avec une ouverture de résonateur et d'un microphone 5. Les résonateurs sont reliés entre eux par leur surface de fond, si bien que les ouvertures de résonateurs 3 sont diamétralement opposées. L'écartement des ouvertures de résonateur 3 détermine la base de repérage du microphone à résonance et devrait être le plus grand possible. Une longueur de base de par exemple la demi-longueur d'onde du signal sonore à capter est bien adaptée pour la détermination de la direction-du signal sonore partant d'une source sonore. Pour une détermination de direction, les signaux de somme et de différence des deux microphones à résonance le et If sont interprétés de manière connue. Cet agencement -10- de microphones peut en outre être disposé rotatif autour d'un axe médian A qui est placé perpendiculairement sur la ligne de liaison entre les ouvertures de résonateur 3. Un tel microphone à résonance de repérage permet d'explorer les sources sonores de l'environnement. La figure 9 représente un agencement similaire d'un microphone à résonance 1. Deux microphones à résonance lg et lh sont disposés sur une base de repérage commune 13, les ouvertures de résonateur 3 des résonateurs 2 présentant chacune la même direction, ici perpendiculaire à la base orientable 13. La base orientable 13 est rotative autour d'un axe médian A en direction de la flèche. Cet agencement de microphones permet également d'explorer les sources sonores de l'environnement. -11- REVENDICATIONS 1. "Dispositif de détection et de localisation de sources sonores comprenant un microphone et un résonateur destiné à éliminer les bruits parasites et en particulier les bruits de vent, caractérisé en ce que le microphone (5) est disposé à l'intérieur du résonateur (2)." 2. Microphone selon la revendication 1, caractérisé - en ce que le résonateur est un résonateur de Helmholtz ou résonateur /4 (2) équipé d'au moins une ouverture de résonateur (3). 3. Microphone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur est un silateur (2a) dans lequel le vide a été fait au moins partiellement. 4. Microphone selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le résonateur (2) est un résonateur (2, 6) pouvant être désaccordé. 5. Microphone selon l'une quelconque des revendications 1, 2. et 4, caractérisé en ce que le résonateur (2) présente plusieurs ouvertures de résonateur (3a, 3b, 3c). 6. Microphone selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce que- l'ouverture ou les ouvertures (3a, 3b, 3c) du résonateur (2) sont fermées par des membranes (12) qui sont accordées sur une fréquence propre déterminée. -12- 7. Microphone selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le microphone à résonance présente une protection antivent (11) constituée d'un produit alvéolaire à pores ouverts, de grilles ou de feuilles en une ou plusieurs couches. 8. Microphone selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs microphones à résonance (la, lb, lc, ld) présentant différentes fréquences de résonance sont réunis en un agencement de microphones. 9. Microphone selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins deux microphones à résonance (le, if; lg, lh) accordés de la même manière sont réunis en un agencement de microphones commun muni d'une base de repérage (13). 10. Microphone selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'agencement de microphones est rotatif autour d'un axe de rotation (A) de préférence médian de la base de repérage.