Brevet FR2766953A1 — publié le 19990205

DISPOSITIF DE CONTROLE ACOUSTIQUE DANS UN VOLUME L'invention concerne les dispositifs pour contrôler le niveau acoustique dans un volume constitué, par exemple, par un petit local ou un habitacle automobile. Dans un habitacle automobile, le bruit provient de plusieurs sources qui sont principalement le moteur, les roues en contact avec la route, le frottement de l'air sur les parois de l'habitacle. Pour diminuer le niveau du bruit sonore dans l'habitacle, on utilise des dispositifs d'isolation passifs qui absorbent plus ou moins le bruit émis par la source ou qui empêchent sa propagation de la source vers l'habitacle. Ces dispositifs anti-bruit passifs conduisent à la mise en oeuvre de moyens qui sont nombreux, lourds et volumineux, ce qui augmente considérablement le coût de l'automobile de sorte qu'ils sont préférablement utilisés dans toute leur panoplie pour les véhicules haut de gamme. Des dispositifs actifs de lutte contre le bruit à l'intérieur de l'habitacle ont été proposés et consistent essentiellement à mesurer un paramètre donné de la source de bruit et à créer à l'intérieur de l'habitacle un "contre-bruit" qui annule les effets de la source de bruit pour le paramètre considéré. Ces dispositifs anti-bruit actifs présentent l'inconvénient d'utiliser un paramètre de mesure de la source de bruit qui est extérieure à l'habitacle, par exemple la fréquence de vibration du moteur, fréquence qui ne correspond pas forcément à la fréquence du bruit principal dans l'habitacle par suite de la prédominance possible d'autres sources sonores. On est alors conduit à tenir compte du comportement de l'habitacle par rapport à ce paramètre en mettant en oeuvre un traitement électronique du paramètre mesuré pour obtenir un signal de contre-bruit adapté à contrecarrer le bruit dans l'habitacle. De tels dispositifs anti-bruit actifs sont sophistiqués et coûteux et ne sont pas toujours adaptés à toutes les phases de fonctionnement et de roulage de l'automobile. Par ailleurs, les dispositifs anti-bruit actifs qui sont connus ont pour principe de diminuer les niveaux de pression en utilisant des sources de débit monopolaire telles que des enceintes acoustiques dont l'encombrement est souvent important du fait qu'elles comportent un volume de charge. Un but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif anti-bruit et, plus généralement un dispositif de contrôle acoustique dans un volume, qui soit simple, compact, actif et efficace dans une grande gamme de fonctionnement quelle que soit l'origine du bruit. Le dispositif de contrôle acoustique dans un volume selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il mesure au moins un paramètre d'au moins un des modes acoustiques du volume à contrôler, la pression ou la vitesse, et qu'il agit sur ce mode acoustique par action sur la vitesse acoustique des molécules du volume à contrôler. Le volume dont on cherche à contrôler le niveau acoustique est rempli d'air dans le cas d'un habitacle automobile mais l'invention s'applique également à tous autres gaz ou mélanges gazeux qui remplissent un volume clos ou semi-clos. L'invention concerne donc un dispositif de contrôle acoustique dans un volume gazeux clos ou semi-clos tel qu'un habitacle automobile, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens de prise de son pour mesurer électriquement au moins un paramètre d'au moins un des modes acoustiques du volume gazeux, - des moyens pour modifier, à partir du paramètre mesuré, la vitesse acoustique des molécules gazeuses du volume de manière à réduire le niveau de bruit du mode acoustique. Le paramètre mesuré est soit la vitesse au voisinage d'un ventre de vitesse, soit la pression au voisinage d'un ventre de pression. La mesure du paramètre est réalisée par un capteur dipolaire ou monopolaire fournissant un signal électrique. Les moyens pour modifier la vitesse acoustique des molécules gazeuses comprennent un circuit électronique qui reçoit le signal électrique de mesure du ou des capteurs monopolaires ou dipolaires et qui fournit en sortie un signal électrique filtré de manière à être corrigé en phase par rapport à la vitesse acoustique correspondant à un ventre de vitesse du mode acoustique et une source dipolaire à laquelle est appliqué le signal électrique corrigé. La source dipolaire est placée à ce ventre de vitesse du mode acoustique ou à son voisinage. Dans la présente invention, le contrôle du champ est effectué par des sources capables de modifier localement la vitesse acoustique (dites dipolaires) qui sont en général moins encombrantes dans l'étant actuel de la technologie. Le circuit électronique comprend - un préamplificateur du signal mesuré par le capteur monopolaire ou dipolaire, - un filtre destiné à concentrer l'efficacité du dispositif dans une bande de fréquence située autour de la fréquence du mode acoustique à traiter, - un circuit correcteur de phase du signal filtré, et - un amplificateur du signal corrigé en phase. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin joint dans lequel - la figure unique est un schéma d'un dispositif de contrôle acoustique dans un volume tel qu'un habitacle automobile. L'invention sera décrite dans son application au contrôle acoustique d'un habitacle automobile 10 disposé à l'arrière d'un compartiment moteur 12 et comportant des sièges avant 14 et des sièges arrière 16. Cependant, l'invention peut être appliquée de manière plus générale à des espaces clos ou semi-clos. Dans un tel habitacle, le ventre de vitesse du premier mode longitudinal est situé au voisinage des dossiers des sièges avant 14 et a été matérialisé schématiquement par la ligne discontinue 18 qui divise l'espace en deux zones 20 et 22 dans lesquelles la pression liée au mode à traiter est en opposition de phase matérialisée par les signes + et -. Le dispositif selon l'invention comprend un capteur dipolaire 24 qui est disposé sur la ligne de ventre de vitesse 18 et une source dipolaire 26 qui est également disposée sur la même ligne ou plan 18. Le capteur 24 et la source 26 sont connectés entre elles par un circuit électronique 28 qui comprend - un préamplificateur 30 pour amplifier le signal électrique fourni par le capteur 24, ce signal électrique étant représentatif de la vitesse du premier mode acoustique longitudinal, - une filtre passe-bande 32 pour ne garder que la bande de fréquence utile pour le mode acoustique considéré, - un correcteur de phase 34 du signal filtré, et - un amplificateur de puissance 36 du signal corrigé en phase qui fournit un signal électrique de commande de la source dipolaire 26. Le capteur a son axe approximativement orienté dans la direction de la vitesse acoustique liée au mode à traiter. Son bruit de fond est tel que, amplifié dans l'ensemble de la chaîne, il reste inférieur à celui du champ sonore ambiant après réduction. La source dipolaire a son axe approximativement orienté dans la direction de la vitesse acoustique liée au mode à traiter. Son niveau maximal de sortie correspond au niveau maximal du mode dans les conditions d'utilisation. Le préamplificateur 30 a un gain tel qu'il puisse reproduire sans saturer le signal issu du capteur dipolaire quand le mode concerné est à son niveau maximal en l'absence de traitement. Il doit cependant avoir un gain suffisant pour que son facteur de bruit soit négligeable. Le filtre passe-bande 32 peut être constitué d'un filtre passe-haut et d'un filtre passe-bas. Le filtre passe-haut est destiné à éviter de transmettre à la source dipolaire des signaux à des fréquences très inférieures à celle du mode à traiter, ce qui conduirait à la solliciter inutilement. Il permet, en outre, d'éliminer les composantes liées aux erreurs de zéro du préamplificateur. De son côté, le filtre passebas est destiné à limiter la gamme des fréquences de traitement à celle du ou des modes à traiter ; il sert, en particulier, à éviter d'exciter des modes d'ordre trop élevé pour lequel le dispositif électroacoustique ne serait pas adapté, ce qui conduirait à amplifier ces modes. Les filtres passe-haut et passe-bas sont réglés de manière à assurer que le gain de boucle soit suffisamment faible au dehors de la bande de fréquences utiles tout en ayant une rotation de phase limitée de manière à ne pas perturber la stabilité de l'ensemble. L'amplificateur de puissance 36 est dimensionné de manière à pouvoir piloter la source dipolaire 26 à un son niveau maximal de sortie sans distorsion notable. Le circuit électronique 28 est alimenté par la batterie 38 de l'automobile. Le capteur 24 et la source 26 peuvent être disposés à proximité l'un de l'autre. Dans une telle configuration, le dispositif complet selon l'invention peut être suffisamment compact pour s'intégrer dans ou entre les dossiers des sièges avant, par exemple en disposant tous les éléments sur un même support. Le capteur de vitesse 26 peut être remplacé par un ou plusieurs capteurs de pressions qui seraient disposés approximativement à des ventres de pression, ce qui les éloignerait de la source dipolaire 28 et constituerait une difficulté pour l'obtention d'un dispositif compact. L'invention a été décrite avec un seul dispositif adapté à un seul mode longitudinal mais il est clair que le dispositif de l'invention s'applique à d'autres modes longitudinaux, ou à des modes verticaux ou encore à des modes transversaux. En outre, on peut utiliser simultanément plusieurs dispositifs selon l'invention. Par ailleurs, en présence de modes dont les composantes de vitesses acoustiques sont orthogonales, par exemple longitudinal et vertical, qui ont des fréquences très voisines, le dispositif de l'invention peut être placé dans une orientation approximativement médiane aux directions des vitesses acoustiques des deux modes à traiter et comprendre deux circuits ou voies électroniques qui agiront chacune sur un des modes par l'intermédiaire d'une source dipolaire orientée selon une direction approximativement médiane aux directions des vitesses acoustiques des deux modes à traiter. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle acoustique dans un volume gazeux clos ou semi-clos tel qu'un petit local ou habitacle automobile, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens de prise de son (24) pour mesurer électriquement au moins un paramètre d'au moins un mode acoustique du volume gazeux, - des moyens (26, 28) pour modifier, à partir du paramètre mesuré, la vitesse acoustique des molécules gazeuses du volume de manière à réduire le niveau de bruit du mode acoustique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prise de son (24) pour mesurer électriquement au moins un paramètre d'au moins un mode acoustique comprennent un capteur de la vitesse du mode acoustique qui est disposé au voisinage d'un ventre de vitesse. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prise de son pour mesurer électriquement au moins un paramètre d'au moins un mode acoustique comprennent un ou plusieurs capteurs de pressions qui sont disposés chacun au voisinage d'un ventre de pression. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (26, 28) pour modifier la vitesse acoustique des molécules gazeuses du volume comprennent - une source dipolaire (26) qui est disposée au voisinage d'un ventre de vitesse, et - un circuit électronique (28) d'amplification et de correction de phase du signal électrique fourni par le capteur pour fournir un signal électrique de commande de la source dipolaire (26) qui s'opposera la vitesse acoustique du mode à traiter. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit électronique (28) d'amplification et de correction de phase comprend - un préamplificateur (30) du signal électrique fourni par le capteur (24), - un filtre (32) pour éliminer, dans le signal électrique préamplifié, les composantes dont les fréquences ne correspondent pas au mode acoustique à traiter, - un circuit correcteur de phase (34) du signal filtré, et - un amplificateur (36) du signal corrigé en phase. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que - les moyens de prise de son (24) mesurent les paramètres de deux modes acoustiques différents, - le circuit électronique (28) comprend deux circuits ou voies électroniques aptes chacun à traiter un des deux modes acoustiques, - les signaux électriques fournis par chaque voie électronique sont appliqués à une source dipolaire orientée selon une direction approximativement médiane aux directions des vitesses acoustiques des deux modes à traiter. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, appliqué à un habitacle automobile, caractérisé en ce que les différents éléments du dispositif sont placés sur un même support qui est incorporé dans ou entre les dossiers des sièges avant (14). 8. Système de contrôle acoustique dans un volume gazeux clos ou semi-clos, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositifs selon l'une des revendications 1 à 7, chaque dispositif étant apte à traiter un mode acoustique différent.