Brevet FR2867563A1 — publié le 20050916

La présente invention se rapporte à un procédé dynamique de caractérisation des bruits rayonnés par une structure vibrante, et de différentiation par réécoute audio des bruits solidiens dans un bruit complexe global. Ainsi l'invention a pour objet de pouvoir facilement et rapidement localiser, identifier, et écouter une source de bruit émanant d'un corps solide soumis à des vibrations, à l'aide d'un dispositif d'enregistrement portable et dans un environnement quelconque. L'invention permet également de hiérarchiser des sources de bruit sur des machines complexes et de leur associer une signature audible reconnaissable par une simple restitution audio. La séparation du bruit solidien et du bruit aérien est un des enjeux majeurs de l'acoustique automobile et plus généralement de l'acoustique des engins motorisés. Les techniques de mesures actuelles par antennerie multicapteurs permettent de localiser des zones de forte bruyance à travers la reconstitution de cartographie iso niveau. L'association de zones fortement rayonnantes à des organes particuliers permet alors d'identifier les sources élémentaires d'un système plus complexe. Un autre moyen est de modéliser par éléments finis la structure comme un assemblage d'organes et de calculer virtuellement leur contribution au bruit global. II ne s'agit dans ce cas que de simulations théoriques avec tout ce que cela sous-entend en terme de simplification. Le principal inconvénient de ces approches est qu'elles nécessitent de gros moyens soit expérimentaux soit de calcul, et que l'information est restituée après un délai de post processing qui peut être très long. Par ailleurs il n'est pas possible de restituer un signal temporel associé à la mesure ou au calcul. La présente invention vise à remédier à ces différents inconvénients. A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé dynamique de caractérisation audio des bruits rayonnés par une structure vibrante et de 35 différentiation des bruits solidiens dans un bruit complexe global Ce procédé se caractérise par la succession des étapes suivantes: On positionne un vibromètre laser et un microphone en un même point d'écoute, proche d'une structure vibrante On focalise le laser sur un point de surface de la structure On réalise une phase d'étalonnage On active la structure en phase de fonctionnement On enregistre le signal transmis par le vibromètre laser On enregistre le signal transmis par le microphone On identifie la signature acoustique de la structure par réécoute audio des deux signaux On détermine le niveau acoustique correspondant si l'on a réalisé la phase d'étalonnage Selon une autre caractéristique de l'invention le procédé nécessite une étape d'étalonnage préliminaire à toutes mesures, qui comporte elle-même les étapes suivantes: - On place la structure émettrice en position inerte On excite la structure de manière impulsionnelle à l'aide d'un marteau de choc On enregistre simultanément le signal transmis par le vibromètre laser et le signal acoustique transmis par le microphone - On déterminer le facteur de rayonnement moyen de la structure pour la phase de fonctionnement (calibration en niveau acoustique) Selon une autre caractéristique de l'invention les phases d'étalonnage et de détermination du niveau acoustique sont facultatives Selon une autre caractéristique de l'invention le point permettant l'excitation de la structure à l'aide d'un marteau de choc et le point de mesure visé par le vibromètre laser sont identiques Selon une autre caractéristique de l'invention l'enregistrement des signaux lasers et acoustique sont effectués sur un appareil mobile du type ordinateur portable muni d'une carte d'acquisition au format PCMCIA Selon une autre caractéristique de l'invention les mesures sont réalisées sans contact physique direct avec la structure Selon une autre caractéristique de l'invention la bande de fréquence d'analyse se situe dans la gamme de fréquences audibles. Ainsi, le procédé repose sur la possibilité d'accéder à la vitesse vibratoire surfacique d'une structure vibrante à l'aide d'un vibromètre laser et sur la possibilité d'enregistrer le signal à l'aide d'un logiciel de traitement sous forme d'un fichier au format audio. II permet grâce a une simple réécoute audio d'avoir une signature audible d'une structure vibrante dans un environnement global Comme on le sait, on peut utiliser la relation liant vitesse et pression dans une onde acoustique par la formule suivante: p=pxv [I] avec p pression acoustique p densité du fluide c célérité du son v vitesse particulaire ainsi que la relation liant la puissance acoustique rayonnée par une surface vibrante par la formule suivante: P = 6px*2) [II] avec P puissance acoustique rayonnée 6 facteur de rayonnement de la structure de surface la valeur quadratique moyenne de la vitesse vibratoire moyennée sur la surface S A l'interface matériau-fluide (air), le signal vibratoire mesuré v est linéairement relié à la pression acoustique p via la formulation [I]. II est donc théoriquement possible de transcrire le signal enregistré en fluctuation de pression audible via l'impédance de l'air p c, si l'on assimile la surface cible à un piston infini dont toute la surface vibre en phase. Le niveau sonore perçu dépendra alors de la loi de décroissance du son avec la distance. Généralement, le bruit émis est dû à des structures élastiques qui vibrent selon des modes privilégiés associés à des fréquences propres. On peut montrer que le bruit rayonné dépendra de l'impédance de radiation de la surface. La formulation [II] est une traduction simplifiée de ce mécanisme complexe. La transcription du signal vibratoire enregistré en signal audible devrait passer par la connaissance de tous les paramètres de la formulation [II]. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre en se référant au dessin annexé qui représente de façon schématique une forme d'exécution du dispositif selon l'invention Comme on le voit sur la figure, le dispositif selon l'invention comporte un moyen d'enregistrement composé d'un microphone (1), d'un vibromètre laser (2) et d'un ordinateur portable (3) muni d'une carte d'acquisition au format PCMCIA. Les mesures réalisées par le vibromètre laser (2) sont sans contact et nécessitent seulement de pouvoir viser optiquement en ligne droite le point de mesure. II s'agit donc de mesures insensibles à la température de surface. Cette mesure est très intéressante pour des structures complexes et peu accessibles puisque le laser permet d'effectuer des mesures à des distances pouvant aller jusqu'à 30 m. La description ci après porte sur l'enregistrement du bruit émanent d'une pompe à eau (4) appelé point de mesure et d'un moteur (5) d'un 35 véhicule (6) en fonctionnement appelé structure vibrante. Le principe consiste a placer le microphone (1), le vibromètre laser (2) et l'ordinateur portable (3) proche de la partie avant du véhicule (6) capot moteur (7) position levé. Le dit ordinateur portable (3) est muni d'une carte d'acquisition numérique et d'un logiciel de traitement audio. Le dit microphone (1) ainsi que le dit vibromètre laser (2) sont branchés à l'ordinateur portable (3) et sont reliés par une liaison filaire. Bien entendu, on peut imaginer une liaison sans fils entre le dit vibromètre laser (2) et le dit microphone (1) sur l'ordinateur portable (3). On positionne le vibromètre laser (1) en un point d'écoute de façon à pouvoir viser optiquement la pompe à eau (4) avec le faisceau laser. On positionne le microphone (1) au même point d'écoute que le vibromètre laser (2) de façon à enregistrer le bruit globale du moteur (5) du véhicule (6). Si nécessaire, on procède à une phase d'étalonnage afin de déterminer le facteur de rayonnement moyen de la structure pour la phase de fonctionnement. On active le moteur (5) du véhicule (6) en phase de fonctionnement afin de pouvoir commencer les enregistrements. On effectue une première acquisition sur l'ordinateur portable (3) du signal envoyé par le vibromètre laser (2) visant la dite pompe à eau (4). On effectue ensuite l'acquisition du signal acoustique envoyé par le microphone (1), toujours à l'aide de l'ordinateur portable (3). On identifie la signature acoustique globale du moteur (5) par réécoute audio des deux signaux transmis par le dit micro (1) et le dit vibromètre laser (2). On détermine ainsi le niveau acoustique correspondant Ainsi cette réécoute permet d'avoir une signature audible du bruit de la pompe à eau (4) comparativement au bruit global perçu du moteur (5). Nous pouvons disposer également de son identification spectrale et de sa contribution énergétique au bruit global du moteur (5) selon les aptitudes du logiciel de gestion de l'acquisition utilisé. La phase d'étalonnage consiste à placer le moteur (5) en position inerte de façon à ce qu'il ne subisse aucune vibration. On frappe la pompe à eau (4) de façon impulsionnelle. Le point de frappe doit correspondre exactement au point visé par le vibromètre laser sur la dite pompe à eau (4). Cette frappe sera réalisée par un marteau de choc. On réalise un enregistrement simultané du signal transmis par le vibromètre laser (2) ainsi que le signal transmis par le microphone (1) sur l'ordinateur portable (3). On détermine ensuite le facteur de rayonnement moyen du moteur (5). II s'agit de calibrer en niveau acoustique les enregistrements effectués. Dans ce procédé, la bande de fréquence d'analyse possible correspond à la gamme de fréquence audible à savoir une gamme comprise entre 20 Hz et 20 kHz II va de soi que la présente invention a été décrite à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détails sans sortir de son cadre REVENDICATIONS 1 Procédé dynamique de caractérisation audio des bruits rayonnés par 5 une structure vibrante et de différentiation des bruits solidiens dans un bruit complexe global, caractérisé par les étapes suivantes: a/ On positionne un vibromètre laser (2) et un microphone (1) en un même point d'écoute, proche d'une structure vibrante b/ On focalise le vibromètre laser (2) sur un point de surface de la structure vibrante cl On réalise une phase d'étalonnage d/ On active la structure en phase de fonctionnement e/ On enregistre le signal transmis par le vibromètre laser (2) 20 f/ On enregistre le signal transmis par le microphone (1) g/ On identifie la signature acoustique de la zone explorée, et éventuellement son contenu spectral, par réécoute audio des deux signaux h/ on détermine le niveau acoustique correspondant si l'on a procédé préalablement à la phase d'étalonnage 2- Procédé selon revendication 1 caractérisé en ce que l'étape cl comporte elle-même les étapes suivantes: c1/ On place la structure vibrante en position inerte c2/ On excite la structure de manière impulsionnelle à l'aide d'un marteau de choc c3l On enregistre simultanément le signal transmis par le vibromètre laser (2) et le signal acoustique transmis par le microphone (1) c41 On déterminer le facteur de rayonnement moyen de la structure pour le point considéré 3- Procédé selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les phases d'étalonnage et de détermination du niveau acoustique sont facultatives 4- Procédé selon revendication 2 caractérisé en ce que le point permettant l'excitation de la structure à l'aide d'un marteau de choc et le point de mesure visé par le vibromètre laser (2) sont identiques 5- Procédé selon revendication 1 caractérisé en ce que l'enregistrement des signaux lasers et acoustiques sont effectués sur un appareil mobile du type ordinateur portable (3) 6Procédé selon n'importe quelle revendication caractérisé en ce que les mesures sont réalisées sans contact physique direct avec la structure 7Procédé selon revendication 1 caractérisé en ce que la bande de fréquence d'analyse se situe dans la gamme de fréquences audibles.