Brevet FR2740600A1 — publié le 19970430

La présente invention concerne le domaine technique des moyens mis en oeuvre pour assurer la réduction des bruits émis par une structure au sens général. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la réduction du bruit émis par une machine au sens général, telle que par exemple, un moteur ou un groupe électrogène. Pour réduire le niveau sonore d'une source de bruit, une première catégorie de solutions consiste à intervenir sur les différents éléments constitutifs de la source, afin de diminuer le niveau sonore émis. Une deuxième catégorie de solutions consiste à agir sur les voies de transfert des vibrations se propageant dans les structures avoisinantes et/ou dans l'environnement de la source de bruit. Pour agir sur les voies de transfert des vibrations, il peut être envisagé de confiner la source de bruit à l'intérieur d'une enveloppe ou d'un carter présentant des propriétés d'isolation acoustique. Il peut être prévu, également, en combinaison ou non avec un carter d'isolation, d'amortir les vibrations par l'intermédiaire, notamment, de matériaux d'amortissement ou de plots actifs interposés entre la source de bruit et la structure environnante. I1 apparaît que ces diverses solutions techniques connues ne donnent pas pleinement satisfaction. I1 s'avère, en pratique, que dans de nombreuses installations, les sources de bruit sont multiples, ce qui impose d'installer autant de moyens d'amortissement. De plus, de tels moyens d'amortissement constituent des solutions techniques relativement coûteuses à mettre en oeuvre et difficiles, voire impossibles à mettre en place sur certaines sources de bruit. Il apparaît donc le besoin de disposer de moyens permettant de réduire le niveau sonore d'une source acoustique et présentant une facilité de mise en oeuvre. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un procédé permettant de réduire, de façon active, le bruit rayonné par une structure propageant les vibrations émises par une source de bruit au sens général. L'objet de l'invention vise donc à proposer un procédé relativement simple à mettre en oeuvre, peu onéreux et susceptible d'être appliqué à pratiquement tous les types de structures vibrantes excitées par une source de bruit. Pour atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention consiste - à déterminer sur la structure, au moins une zone d'implantation d'une contre-source acoustique et à ménager dans cette zone au moins un passage débouchant sur les deux faces de la structure vibrante, - à monter la contre-source de manière étanche sur l'une des faces de la structure vibrante et en regard du passage, - et à commander la contre-source, de façon que la variation du volume d'air générée par elle compense sensiblement la variation du volume d'air déplacé par la structure vibrante, en vue de réduire le bruit rayonné. Le procédé selon l'invention vise également à proposer un dispositif permettant de réduire, de façon active, le bruit rayonné par au moins une structure vibrante. Pour atteindre cet objectif, le panneau selon l'invention comporte - au moins une contre-source acoustique destinée à être montée de manière étanche sur l'une des faces de la structure et en regard d'au moins un passage débouchant sur les deux faces de la structure, - au moins un capteur détectant le déplacement de la structure, - et des moyens de commande de la contre-source, raccordés au capteur et permettant que la variation du volume d'air générée par la contre source compense sensiblement la variation du volume d'air déplacée par la structure vibrante. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique illustrant le principe de l'objet de l'invention. La fig. 2 est un schéma fonctionnel illustrant un exemple de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 3 est une vue illustrant un autre exemple d'application de l'objet de l'invention. La fig. 4 illustre un réseau de courbes montrant le degré de réduction des ondes acoustiques obtenues par l'invention. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, le dispositif I selon l'invention vise à réduire le niveau sonore d'une source de bruit 1 au sens général, excitant une structure de protection 2 réalisée en tous matériaux appropriés et enveloppant complètement ou non la source 1. La structure 2, qui est sollicitée acoustiquement et/ou mécaniquement par la source 1, constitue ainsi une source de vibrations qui est à l'origine d'un bruit rayonné nuisible. La source de bruit 1 peut être, par exemple, une machine telle qu'un moteur, tandis que la structure 2 peut être constituée par un carter ou une enveloppe rapportée entourant au moins partiellement la source de bruit. Dans l'exemple illustré, la structure 2 constitue un carter formé à partir de panneaux ou de plaques. Le dispositif I selon l'invention vise à réduire, voire à éliminer le bruit émis par la structure rayonnante 2. Pour des raisons de simplification, le dispositif I est décrit pour réduire le bruit émis par un panneau 2, de la structure 2. Conformément à l'invention, le dispositif de réduction de bruit I comporte au moins une contre-source acoustique 3, telle qu'un haut-parleur destiné à être monté de manière étanche sur le panneau 2, de la structure 2. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le haut-parleur 4 est monté de manière que sa membrane 4, se trouve montée étanche par un cordon d'étanchéité 5 sur le panneau 21. De préférence, le cordon d'étanchéité 5 est adapté pour assurer aussi une fonction d'isolation vibratoire permettant de découpler mécaniquement le haut-parleur de la structure vibrante 2. Le haut-parleur 4 est monté de manière qu'au moins un trou de passage 6, traversant de part en part le panneau 2, débouche dans la section d'ouverture de la membrane 4, du haut-parleur. Dans l'exemple illustré, le hautparleur 4 est monté à l'intérieur de l'enveloppe de protection 2. Bien entendu, il peut être envisagé que le haut-parleur 4 se trouve installé sur la face extérieure du panneau 2,. Le dispositif I selon l'invention comporte également un capteur 7 destiné à être monté sur le panneau 2,, en vue de détecter son déplacement. Par exemple, le capteur 7 est constitué par un accéléromètre placé, de préférence, dans la région du panneau présentant le maximum d'amplitude de vibrations, afin d'obtenir une meilleure sensibilité de détection. Le dispositif I selon l'invention comporte aussi des moyens 9 de commande du haut-parleur 4 permettant que la variation du volume d'air générée par le haut-parleur compense sensiblement la variation du volume d'air déplacée par le panneau vibrant. Dans un exemple simplifié de réalisation, les moyens de commande 9 sont constitués par un amplificateur 10 à gain variable et à inversion de phase. Le dispositif I, tel que décrit ci-dessus, permet la mise en oeuvre d'un procédé de réduction active du bruit de la source 1. En effet, il doit être considéré que le procédé selon l'invention a pour objectif que le débit d'air, qui est engendré par le haut-parleur 4, vienne s'opposer en module et en phase, à celui généré par la vibration du panneau seul. Le haut-parleur 4 constitue ainsi une contre-source venant contrebalancer l'effet acoustique du panneau, en réduisant, voire en annulant, le niveau sonore audible dans l'environnement de la source émettrice 1. Afin que le haut-parleur 4 compense la variation du volume d'air créé par le panneau vibrant, le procédé vise à assurer une analyse vibratoire du panneau, afin de déterminer si le panneau possède un ou plusieurs modes de vibration. Une telle analyse permet de définir une ou plusieurs zones de vibration Z présentant chacune une phase différente de vibration. Chaque zone Z est appelée d'équiphase dans la suite de la description, dans la mesure où tous les points du panneau appartenant à cette zone subissent simultanément un déplacement. Il doit être considéré que chaque zone d'équiphase est définie en tenant compte des compensations de vibrations susceptibles d'intervenir au niveau de la structure vibrante. Chaque zone d'équiphase Z constitue une zone d'implantation pour un haut-parleur 4 placé de manière à compenser le déplacement de volume d'air engendré par cette zone de vibration. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, le panneau 2, présente un seul mode de vibration destiné à être traité par un seul haut-parleur 4. Dans l'exemple illustré à la fig. 3, la structure vibrante 3 est de type multimodale et comporte, par exemple, trois zones d'équiphase Z pourvues chacune d'un haut-parleur 4 et d'un capteur 7. Le procédé consiste également à détecter le déplacement du panneau qui est proportionnel à la pression d'air rayonnée par le panneau. En pratique, le procédé consiste à prélever par le capteur 7, la valeur de l'accélération prise par le panneau pour permettre de commander le haut-parleur 4. Cette mesure est une image du volume d'air déplacé par le panneau seul et sert de consigne pour le hautparleur 4. L'amplificateur de tension 10 est ajusté pour vérifier la relation suivante A = Ap I AM avec A : gain de l'amplificateur 10, Ap: aire efficace du panneau 2 liée à la déformée modale, AM aire de la membrane 4, du haut-parleur. La fig. 4 permet d'apprécier la réduction de bruit obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Cette mesure montre que la pression acoustique P mesurée à 2 mètres du panneau 2 en l'absence d'un traitement (courbe A) et avec un dispositif I conforme à l'invention (courbe B). Les performances obtenues dans une bande fréquentielle, autour de ses premiers modes, correspondent à des réductions de bruit d'environ 15 dB. Dans un exemple préféré de réalisation, mais non exclusif, les moyens de commande 9 du haut-parleur comportent, également, un filtre passe-bas 11 permettant d'éliminer les hautes fréquences susceptibles d'apparaître lorsque le gain A présente une valeur élevée. Selon une autre autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de commande 9 comportent une boucle d'asservissement 12 permettant d'asservir le déplacement du haut-parleur 4 à celui du panneau 2,. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, un capteur de déplacement 13, tel qu'un accéléromètre, est placé sur la membrane 4, du haut-parleur et se trouve relié, par la boucle 12, à l'une des entrées d'un détecteur d'écart 15, dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 10. La sortie du détecteur d'écart 15 est reliée à un amplificateur à gain variable 16 dont la sortie est connectée au hautparleur 4 par l'intermédiaire du filtre 11. Un tel asservissement permet de compenser les distorsions plus ou moins importantes selon le niveau d'excitation, qui sont susceptibles d'apparaître entre le déplacement du panneau 2, et la réponse du hautparleur 4. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de réduction active du bruit rayonné par au moins une structure vibrante (2), caractérisé en ce qu'il consiste - à déterminer sur la structure (2), au moins une zone (Z) d'implantation d'une contre-source acoustique (4) et à ménager dans cette zone au moins un passage (6) débouchant sur les deux faces de la structure vibrante, - à monter la contre-source (4) de manière étanche sur l'une des faces de la structure vibrante et en regard du passage (6), - et à commander la contre-source (4), de façon que la variation du volume d'air générée par elle, compense sensiblement la variation du volume d'air déplacé par la structure vibrante, en vue de réduire le bruit rayonné. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le déplacement de la structure (2) pour permettre de commander la contre-source (4). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer un filtrage passe-bas avant de commander la contre-source (4). 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à asservir le déplacement de la contre-source (4) au déplacement de la structure vibrante (2). 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à définir sur la structure vibrante, plusieurs zones (Z) d'implantation pour chaque contresource (4), en considération de zones d'équiphase de déplacement présentées par la structure vibrante. 6 - Dispositif pour réduire le bruit d'une structure vibrante, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une contre-source acoustique (4) destinée à être montée de manière étanche sur l'une des faces de la structure (2) et en regard d'au moins un passage (6) débouchant sur les deux faces de la structure (2), - au moins un capteur (7) détectant le déplacement de la structure (2), - et des moyens (9) de commande de la contre-source (4), raccordés au capteur (7) et permettant que la variation du volume d'air générée par la contre-source compense sensiblement la variation du volume d'air déplacée par la structure vibrante (2). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande (9) sont constitués par un amplificateur (10) à gain variable et inversion de phase. 8 - Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre passe-bas (11). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur à gain variable (16) permettant, par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement (12 - 15), d'asservir le déplacement de la contre-source (4) détectée par un capteur (13), au déplacement de la structure vibrante (2). 10 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la contre-source acoustique (4) est un haut-parleur placé dans la zone de déformation maximale de la structure (2).