Brevet FR2669730A1 — publié le 19920529

Méthode intensimétricrue pour mesurer des caractéristiques acoustiques d'un baffle L'invention concerne une méthode pour mesurer des caractéristiques acoustiques d'un baffle. En acoustique sous-marine, on appelle baffle, un panneau qui possede des propriétés de réflexion, d' absorption ou de transparence vis à vis d'ondes acoustiques et qui est utilisé comme écran acoustique, par exemple dans les systèmes sonars de navire ou de sous-marin, pour protéger les transducteurs des bruits propres du bâtiment. Pour exploiter les propriétés acoustiques d'un baffle, on est amené à mesurer au préalable ses caractéristiques acoustiques dans des cuves dans lesquelles on peut faire varier la température et la pression du milieu dans lequel est immergé le baffle en fonction des conditions prévisibles de son utilisation. Les proprietés acoustiques d'un baffle sont déterminées par la connaissance des coefficients de réflexion et de transmission du baffle. La présente invention s'intéresse plus particulièrement à la détermination du coefficient complexe de réflexion d'un baffle. Parmi les méthodes connues pour mesurer le coefficient de réflexion complexe d'un baffle, on peut citer la méthode directe, la méthode de Prony ou la méthode du doublet. Ces méthodes consistent à immerger le baffle dans une cuve de mesure dans laquelle sont placés en outre une source acoustique pour émettre un signal d'excitation acoustique en direction de la paroi frontale du baffle et un détecteur acoustique , tel qu'un hydrophone, entre la source et la paroi frontale du baffle, pour relever l'amplitude et le déphasage du signal d'excitation lorsque celui-ci est réfléchi par le baffle. Dans le cas de la méthode directe, la détermination du module du coefficient complexe de réflexion d'un baffle nécessite de mesurer deux valeurs d'amplitude (amplitude du signal total (incident et réfléchi) et amplitude du signal incident) et de dephasage (dephasage du signal total par rapport au signal émis et déphasage du signal incident par rapport au signal émis) prises selon le cas avec le baffle dans la cuve et sans le baffle. Toutefois cette méthode est délicate à mettre en oeuvre du fait qu'il est difficile de mesurer avec une bonne precision les deux valeurs de déphasage dans deux configurations différentes du banc de mesure, à savoir avec ou sans baffle.De plus, la méthode directe n'est utilisable que pour des fréquences hautes du signal d'excitation afin de ne pas prendre en compte les perturbations dues aux effets de diffraction du signal d'excitation incident sur les bords du baffle. La méthode de Prony consiste à déterminer le coefficient complexe de réflexion d'un baffle à partir des informations contenues dans la partie transitoire du signal d'excitation. Ainsi, la méthode de Prony s'affranchit des effets de diffraction rencontrés dans la méthode directe et reste adaptée pour des fréquences basses du signal d'excitation mais au prix d'un lourd traitement informatique, ce qui limite d'autant son utilisation. La méthode du doublet s'apparente à la méthode directe mais les deux séries de mesure sont prises sur une paire dthydrophones espacés l'un de l'autre, par rapport à la paroi frontale du baffle. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle implique la mesure de l'amplitude du signal d'excitation incident et requiert par conséquent une manipulation en deux temps, comme pour la méthode directe. L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités de la technique en proposant une méthode nouvelle qui ne requiert pas de manipulation du baffle en cours de mesure, qui soit adaptée pour une large gamme de fréquences du signal d'excitation, typiquement entre 500 Hz et 20 kHz, qui soit facile à mettre en oeuvre et qui soit peut coûteuse en moyens de calcul. A cet effet, l'invention propose une méthode pour mesurer des caractéristiques acoustiques d'un baffle immergé dans une cuve dans laquelle sont placées une paire de détecteurs acoustiques face à une paroi frontale du baffle et espacés l'un de l'autre, par rapport à cette paroi, d'une valeur ss x prédéterminée, et une source pour émettre un signal d'excitation acoustique ayant une fréquence f prédéterminée, en direction de ladite paroi frontale du baffle remarquable en ce qu'elle comprend les etapes suivantes: on mesure les pressions complexes P1=Alexp(l) et P2=A2exp 2) obtenues respectivement sur chaque détecteur acoustique en réponse au signal d'excitation, on détermine laodule R du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation:: où A21=A2/A1; $21=R2-t1 ; k est le nombre d'ondes du signal d'excitation. Cette méthode présente l'avantage de faire appel uniquement à la mesure de grandeurs relatives d'amplitudes et d'écarts de phase. En ne faisant pas appel à la mesure de paramètres du signal d'excitation incident, on simplifie la manipulation et on diminue les erreurs de mesure. En outre la relation pour déterminer le module du coefficient complexe de réflexion est suffisamment simple pour que la méthode selon l'invention puisse être mise en oeuvre grâce à des moyens de calculs peu coûteux, tels qu'un microordinateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préférentielle de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et de la figure annexée. On a représenté, sur la figure, un banc de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le banc de mesure comprend une cuve 90 dans laquelle sont immergés un baffle 80, une paire de détecteurs acoustiques 60,70, par exemple une paire d~hydrophones passifs, et une source acoustique 50. Les détecteurs et la source acoustique sont reliés à des éléments d'un appareillage de commande et de mesure disposes à proximitéae la cuve. L'appareillage de commande et de mesure comprend un moyen de commande et de calcul 10, tel qu'un micro-ordinateur, relié à un générateur 30 de fonctions ondulatoires, et à un oscilloscope 20. Le générateur 30 de fonctions ondulatoires alimente la source acoustique 50 via un amplificateur de signal 40 pour émettre, dans la cuve, un signal d'excitation ondulatoire à ondes planes en direction d'une paroi frontale du baffle, de préférence, en incidence normale face à ladite paroi frontale, le signal d'excitation ondulatoire ayant une fréquence prédéterminée f choisie à partir de l'unité de commande et de calcul 10. Les deux détecteurs acoustiques 60,70 sont placés dans la cuve 90 face à la paroi frontale du baffle, entre la source 50 et le baffle 80, et espacés l'un de l'autre par rapport à cette paroi d'une valeur x x prédéterminée prise sur l'axe X perpendiculaire à la paroi frontale du baffle. On a représenté sur la figure par H1 le détecteur 70 le plus proche de la paroi frontale du baffle et par H2 le détecteur 60 le plus éloigné de la paroi frontale du baffle. On devra comprendre que les deux détecteurs 70,60 ne sont pas nécessairement alignés sur l'axe X mais alors la valeur x x est égale à la distance entre les projections orthogonales sur l'axe X des points correspondants aux positions respectives des deux détecteurs 60,70. L'oscilloscope 20 est relié aux détecteurs acoustiques 60,70 et au générateur de fonctions 30 pour mesurer les pressions complexes P1=Alexp(B;) et P2=A2exp2) obtenues respectivement sur les détecteurs H1 et H2 en réponse au signal d'excitation ondulatoire et fournir à l'unité de commande et de calcul 10 les valeurs d'amplitude A1, A2 et de phase ss 2 des presssions complexes respectivement P1, P2, où A1 est l'amplitude de la pression complexe P1 mesurée sur le détecteur H1; est la phase de la pression complexe P1 mesurée sur le détecteur H1; A2 est l'amplitude de la pression complexe P2 mesurée sur le détecteur H2; est la phase de la pression complexe P2 mesurée sur le détecteur H2. L'unité de commande et de calcul 10 est agencée pour déterminer le module du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation: où A21 est le rapport des amplitudes de pressions (A2/A1); 821 est la différence des phases de pression (#2-#1) et et k est le nombre d'ondes du signal d'excitation donné par la relation k=2.Pi.f/c, f étant la fréquence du signal d'excitation et c étant la vitesse de propagation du signal d'excitation dans le milieu où est immergée la source. On notera toutefois que la distance #x entre les deux détecteurs acoustiques 60, 70 devra être choisie différente d'un multiple de la demi-longueur d'onde du signal d'excitation ondulatoire pour obtenir une valeur significative du module du coefficient de réflexion complexe. Dans le prolongement de l'invention on détermine la phase # du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation: où x1,x2 représentent respectivement les distances entre les détecteurs H1 et H2 respectivement et la paroi frontale du baffle. De préférence, les distances x1,x2 sont obtenues , de manière connue, en relevant sur l'oscilloscope la durée séparant l'instant d'arrivée (Ti) d'une impulsion haute fréquence émise par la source 50 de celui de l'impulsion réfléchie (Tr) mesuré par exemple sur le détecteur H1 et en appliquant les relations suivantes: c c #i = -c(tr-ti)+#c avec I2 = #x+x1 2 2# f A x étant connu par construction. Selon une variante de la méthode selon l'invention, la phase g du coefficient de réflexion complexe est obtenue d'après l'une des relations suivantes Ou Selon le signe de la grandeur [P12 + P22 - 2AO(1 + R)] tg k # x Ainsi la méthode intensimétrique selon l'invention, pour mesurer le module et la phase du coefficient de réflexion complexe, s'affranchit de la mesure de l'amplitude du signal d'excitation incident et on évite ainsi de manipuler le baffle pendant la mesure, ce qui diminue d'autant la durée de cette dernière. Le fait de mesurer uniquement des grandeurs relatives de pressions permet d'effectuer ces mesures pour une gamme etendue de fréquences du signal d'excitation. On remarquera par ailleurs que le module et la phase du coefficient de réflexion complexe sont obtenus à partir de relations simples dont le calcul peut être réalisé par un micro-calculateur bon marché. Pour limiter les effets perturbateurs dûs à la diffraction du signal d'excitation sur les bords du baffle, la paire de détecteurs acoustiques sera placée face à un point excentré de la paroi frontale du baffle, et on procédera à plusieurs mesures des valeurs d'amplitudes A1, A2 et de phases #1, #2, pour une même frequence du signal d'excitation, de manière à appliquer les relations déterminant le module R et la phase / du coefficient de réflexion complexe sur des valeurs moyennes d'amplitude et de phase. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et réalisés. REVENDICATIONS 1. Méthode pour mesurer des caractéristiques acoustiques d'un baffle (80) immergé dans une cuve (90) dans laquelle sont placées une paire de détecteurs acoustiques (60,70) face à une paroi frontale du baffle et espacés l'un de l'autre, par rapport à cette paroi, d'une valeur ss x prédéterminée, et une source (50) pour émettre un signal d'excitation acoustique ayant une fréquence f prédéterminée, en direction de ladite paroi frontale du baffle c a r a c t é r i s é e en ce qu'elle comprend les étapes suivantes: on mesure les pressions complexes P1=A1exp (#1) et P2=A2exp(#2) obtenues respectivement sur chaque detecteur acoustique en réponse au signal d'excitation, on détermine le module R du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation:: où A21=A2/A1; 21=+2-/1 ; k est le nombre d'ondes du signal d'excitation. 2. Méthode selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes suivantes: on mesure les distances xl,x2 entre chaque détecteur acoustique respectivement et ladite paroi frontale du baffle on détermine la phase W du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation: ou @o = @@+@2 - 2A2A1cos(#21-k#x) 4sin(k#x) 3. Méthode selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes suivantes: on mesure les distances xl,x2 entre chaque détecteur acoustique respectivement et ladite paroi frontale du baffle on détermine la phase # du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation: 4. Méthode selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes suivantes: on mesure les distances x1,x2 entre chaque détecteur acoustique respectivement et ladite paroi frontale du baffle on détermine la phase # du coefficient de réflexion complexe du baffle d'après la relation: