Brevet FR3000222A1 — publié le 20140627

La présente invention concerne un dispositif de localisation de sources acoustiques, et plus particulièrement un dispositif de localisation de sources acoustiques dans un environnement sonore tridimensionnel. Les nuisances sonores constituent une gêne importante à 5 laquelle sont confrontés notamment les riverains de routes, de voies ferrées, d'aéroports, ou encore de zones d'activités industrielles ou commerciales. Afin de limiter l'impact de ces nuisances sonores sur les riverains, il est nécessaire de déterminer précisément la position ou au 10 moins la direction des sources de bruit par rapport à une zone de mesure. Le document FR 2 865 040 divulgue un dispositif de localisation et de mesure d'intensité de sources acoustiques, comprenant : - une antenne acoustique comprenant un support sphérique, et une pluralité de microphones omnidirectionnels orientés suivant différentes 15 directions et montés sur le support sphérique, chaque microphone étant agencé pour fournir en sortie un signal de mesure analogique, et - une unité d'acquisition et de traitement comprenant une pluralité de voies d'acquisition reliées chacune à un microphone respectif, l'unité d'acquisition et de traitement étant agencée pour convertir les 20 signaux de mesure analogiques issus des différents microphones en signaux de mesure numériques et pour traiter numériquement les signaux de mesure numériques de manière à fournir un hologramme acoustique des sources acoustiques à localiser, c'est-à-dire une répartition des pressions ou intensités acoustiques en différents points de mesure disposés autour 25 du support sphérique. Un tel dispositif de localisation et de mesure permet de localiser précisément une source de bruit et de mesurer l'intensité acoustique de cette dernière uniquement lorsque cette source de bruit est située sur une surface prédéterminée entourant le dispositif de mesure, comme par 30 exemple l'habitacle d'une voiture ou la cabine d'un avion. Il est ainsi possible d'obtenir une cartographie acoustique des sources de bruit, et de tenir compte de cette cartographie acoustique pour améliorer le confort acoustique à l'intérieur de l'habitacle ou de la cabine. Bien que le dispositif de localisation décrit dans le document 35 FR 2 865 040 permette de localiser précisément des sources de bruit située à l'intérieur d'une enceinte, il n'est nullement adapté pour localiser des sources de bruit dans un espace tridimensionnel quelconque, c'est-à-dire dans un espace tridimensionnel où la distance entre la source de bruit et le dispositif de mesure n'est pas connue. De plus, afin d'assurer une localisation fiable des sources 5 acoustiques, un tel dispositif de localisation et de mesure comprend plusieurs dizaines de microphones omnidirectionnels réparties sur le support sphérique, ce qui implique l'utilisation d'une unité d'acquisition et de traitement comprenant un nombre important de voies d'acquisition, et des moyens de traitement numérique complexes afin de traiter numériquement 10 l'ensemble des signaux issus des différents microphones. Il en résulte une unité d'acquisition et de traitement onéreuse et complexe. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un dispositif de localisation de sources acoustiques qui soit de 15 structure simple et économique, tout en assurant une localisation des sources acoustiques dans un espace tridimensionnel quelconque. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de localisation de sources acoustiques, comprenant : - une antenne acoustique comportant une pluralité d'éléments 20 de détection acoustique, chaque élément de détection acoustique étant agencé pour fournir en sortie un signal de mesure analogique, et - une unité d'acquisition et de traitement comprenant des moyens de traitement numériques agencés pour traiter numériquement des signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure 25 analogiques issus des éléments de détection acoustique, caractérisé en ce que chaque élément de détection acoustique est directionnel selon un plan de détection, les plans de détection des différents éléments de détection acoustique étant sensiblement confondus avec un plan de mesure, et en ce que les moyens de traitement numérique 30 sont agencés pour combiner les signaux de mesure numériques de manière à détecter l'éventuelle présence de sources acoustiques dans le plan de mesure et à déterminer la direction desdites sources acoustiques dans le plan de mesure. En d'autres termes, chaque élément de détection acoustique est 35 agencé pour détecter de manière privilégiée les ondes acoustiques se propageant à partir d'une source acoustique selon une direction de propagation sensiblement contenue dans un plan de détection. Ainsi, chaque élément de détection acoustique présente une plus grande sensibilité de détection pour les ondes acoustiques se propageant selon une direction de propagation sensiblement contenue dans le plan de détection correspondant. Une telle directivité de chaque élément de détection acoustique permet de privilégier des mesures de pressions acoustiques dans une zone spatiale restreinte, à savoir dans le plan de mesure. Ainsi, chaque signal de mesure issu d'un élément de détection acoustique n'est porteur que d'un nombre limité d'informations, ce qui facilite grandement le traitement numérique des signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des différents éléments de détection. Par conséquent, le dispositif de localisation selon l'invention présente une unité d'acquisition et de traitement simplifiée, et donc moins 15 onéreuse. Il doit être noté que les moyens de traitement numérique sont agencés pour déterminer la direction de propagation des ondes acoustiques dans le plan de mesure, et donc la position des sources acoustiques générant ces ondes acoustiques, ou du moins la direction des sources 20 acoustiques par rapport à l'antenne acoustique. Il est ainsi possible de tenir compte de cette détermination pour limiter l'impact de ces sources acoustiques sur les riverains, par exemple en érigeant des murs antibruit de dimensions appropriées le long des voies de circulation. Il est également possible de tenir compte de cette détermination pour définir les plans de 25 construction d'infrastructures résidentielles ou destinées au public. Afin de déterminer la direction des sources acoustiques dans l'ensemble de l'espace tridimensionnel, l'antenne acoustique est déplacée de manière à effectuer des mesures dans différents plans de mesure 30 distincts. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de localisation est conformé pour mesurer les pressions acoustiques générées par plusieurs sources acoustiques en au moins un point de mesure, et de comparer entre elles les valeurs de pression acoustique mesurées en un 35 même point de mesure. Le dispositif de localisation est par exemple apte à fournir un rapport de pression acoustique entre deux sources acoustiques. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité d'acquisition et de traitement comprend des moyens de conversion analogique-numérique agencés pour convertir les signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique en signaux de mesure numériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments de détection acoustique sont décalés spatialement les uns des autres selon une direction de décalage prédéterminée. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité d'acquisition et de traitement comporte plusieurs voies d'acquisition reliées chacune à 10 un élément de détection acoustique respectif. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de localisation comprend des moyens de déplacement agencés pour modifier la position de l'antenne acoustique par rapport aux sources acoustiques à localiser. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de déplacement comportent un socle sur lequel est montée l'antenne acoustique, le socle étant équipé de moyens de roulement destinés à rouler sur le sol. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de 20 déplacement comportent des moyens de pivotement agencés pour autoriser un pivotement de l'antenne acoustique autour d'un axe de pivotement. Les moyens de déplacement peuvent par exemple comporter un montant tubulaire, et une tige de montage montée pivotante dans le montant tubulaire selon l'axe de ce dernier, la tige de montage étant solidaire en 25 rotation de l'antenne acoustique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement numérique sont agencés pour traiter numériquement par focalisation les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique. 30 Selon un première alternative de l'invention, chaque élément de détection acoustique comprend plusieurs microphones et des moyens de traitement analogique agencés pour traiter analogiquement les signaux analogiques issus des microphones dudit élément de détection acoustique de manière à fournir en sortie un signal de mesure analogique. Ces 35 dispositions permettent d'effectuer dans un premier temps un traitement analogique des signaux issus des microphones des différents éléments de détection acoustique, et dans un deuxième temps un traitement numériques des signaux de mesure issus des différents éléments de détection acoustique. Avantageusement, les microphones de chaque élément de 5 détection acoustique sont disposés de manière sensiblement rectiligne. De préférence, l'antenne acoustique comprend un support présentant une portion de support sensiblement cylindrique sur laquelle sont montés les éléments de détection acoustique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'axe de pivotement 10 de l'antenne acoustique est confondu avec l'axe de la portion de support, ou transversal, et notamment sensiblement perpendiculaire, à l'axe de la portion de support. Les microphones de chaque élément de détection acoustique s'étendent par exemple sensiblement parallèlement à l'axe de la portion de 15 support, les éléments de détection acoustique étant répartis sur la périphérie de la portion de support. Les éléments de détection acoustique peuvent par exemple être régulièrement répartis sur la périphérie de la portion de support. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque élément de 20 détection acoustique comprend un circuit électronique sur lequel sont montés les microphones et les moyens de traitement analogique correspondants. Selon un mode de réalisation de l'invention, les microphones de chaque élément de détection acoustique sont régulièrement espacés les 25 uns des autres. Selon un mode de réalisation de l'invention, le plan de détection de chaque élément de détection acoustique est transversal, et de préférence sensiblement perpendiculaire, à l'axe de la portion de support. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de 30 traitement analogique de chaque élément de détection acoustique sont agencés pour sommer électroniquement les signaux issus des microphones dudit élément de détection acoustique, par exemple de manière pondérée en tenant compte du poids (ou de la position) de chaque microphone dudit élément de détection acoustique et de la forme du support de l'antenne 35 acoustique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement analogique de chaque élément de détection acoustique sont plus particulièrement agencés pour privilégier la détection des ondes acoustiques se propageant dans le plan de détection correspondant. En particulier, les moyens de traitement analogique de chaque élément de détection acoustique sont agencés pour sommer électroniquement les signaux issus des microphones dudit élément de détection acoustique de manière pondérée de sorte à privilégier la détection des ondes acoustiques se propageant dans le plan de détection correspondant. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement numérique sont agencés pour traiter numériquement les signaux de mesure numériques, déduits à partir des signaux analogiques issus des éléments de détection acoustique, sur la base d'une décomposition en harmoniques cylindriques ou d'une technique de superrésolution de type ESPRIT. Selon une deuxième alternative de l'invention, l'antenne acoustique comprend : - un support de forme parabolique présentant une ligne focale, et - des microphones montés sur le support et alignés sur la ligne focale du support, chaque élément de détection acoustique étant formé par un microphone et un tronçon de support de forme parabolique sur lequel est monté ledit microphone. La forme parabolique du support et le positionnement des 25 microphones sur la ligne focale du support permettent de former des éléments de détection directifs à partir de simples microphones omnidirectionnels. Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments de détection acoustique sont décalés linéairement les uns des autres. 30 Selon un mode de réalisation de l'invention, les microphones des différents éléments de détection acoustique sont identiques, et par exemples omnidirectionnels. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement numérique sont agencés pour traiter numériquement par 35 focalisation, avec intégration de la fonction de transfert de l'obstacle constitué par le support de forme parabolique, les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé 5 représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif de localisation. Figure 1 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de localisation de sources acoustiques selon un premier mode de réalisation de l'invention. 10 Figure 2 est une vue partielle schématique d'une du dispositif de localisation de la figure 1. Figure 3 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de localisation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Figure 4 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de 15 localisation selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Figure 5 est une vue schématique de dessus de l'antenne acoustique du dispositif de localisation de la figure 4. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de localisation 2 de sources acoustiques selon un premier mode de réalisation de l'invention. 20 Le dispositif de localisation 2 comprend une antenne acoustique 3 comportant un support 4 et une pluralité d'éléments de détection acoustique 5 montés sur le support 4 et décalés spatialement les uns des autres. Le support 4 présente une portion de support 4a cylindrique et 25 deux portions d'extrémités 4b disposées de part et d'autre de la portion de support 4a. Le support 4 est par exemple réalisé en un matériau rigide. Chaque élément de détection acoustique 5 est directionnel selon un plan de détection P1 perpendiculaire à l'axe de la portion de support 4a, les plans de détection P1 des différents éléments de détection acoustique 5 30 étant confondus avec un plan de mesure P2. En particulier, chaque élément de détection acoustique 5 comprend une circuit électronique 6, plusieurs microphones 7, de préférence identiques et par exemple au nombre de dix, montés sur le circuit électronique 6, et des moyens de traitement analogique 8 montés sur le circuit électronique 6 et agencés pour traiter 35 analogiquement les signaux analogiques issus des microphones 7 correspondants de manière à fournir en sortie un signal de mesure analogique. Les microphones 7 de chaque élément de détection acoustique 5 s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de la portion de support 4a, sont régulièrement répartis sur la périphérie de la portion de support 4a. En outre, les microphones 7 de chaque élément de détection acoustique 5 sont régulièrement espacés les uns des autres. Les moyens de traitement analogique 8 de chaque élément de détection acoustique 5 sont agencés pour sommer électroniquement les signaux issus des microphones correspondants 7 de manière pondérée de sorte à privilégier la détection des ondes acoustiques se propageant dans le plan de détection P1 correspondant, et particulier en tenant compte du poids (ou de la position) de chaque microphone 7 appartenant audit élément de détection acoustique et de la forme du support 4 de l'antenne acoustique 3. Le dispositif de localisation et de mesure 2 comprend en outre une unité d'acquisition et de traitement 9 comportant plusieurs voies d'acquisition 11 reliées chacune à un élément de détection acoustique 5 respectif, un convertisseur analogique-numérique 1 2 agencé pour convertir les signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique 5 en signaux de mesure numériques, et des moyens de traitement numérique 1 3 agencés pour traiter numériquement les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique 5. Les moyens de traitement numérique 13 sont agencés pour traiter numériquement, de préférence par focalisation, les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique 5 de manière à établir un hologramme acoustique des sources acoustiques relatif au plan de mesure P2. Les moyens de traitement numérique sont en particulier agencés pour traiter numériquement les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique 5 sur la base d'une décomposition en harmoniques cylindriques ou d'une technique de superrésolution de type ESPRIT. Les moyens de traitement numérique sont notamment agencés pour sommer numériquement les signaux de mesure numériques de manière pondérée en tenant compte de la forme du support 4 et du décalage temporel entre les signaux de mesure numériques. Le dispositif de localisation 2 comprend également des moyens de déplacement agencés pour modifier la position de l'antenne acoustique 3 par rapport aux sources acoustiques à localiser. Les moyens de déplacement comportent un socle 14 équipé d'un montant tubulaire 15 sensiblement vertical dans lequel est insérée une tige de montage 16 solidaire du support 4 de l'antenne acoustique 3, et de moyens de roulement, tels que des roues 1 7, destinés à rouler sur le sol. Un procédé de localisation de différentes sources acoustiques à l'aide du dispositif de localisation 2 selon l'invention va être décrit ci-après. Ce procédé de localisation comprend les étapes suivantes consistant à : - disposer le dispositif de localisation 2 à un emplacement 15 prédéterminé, - mesurer, à l'aide des microphones 6 des différents éléments de détection acoustique 5, les pressions acoustiques en différents points de mesure, - pour chaque élément de détection acoustique 5, sommer 20 électroniquement de manière pondérée les différents signaux issus des microphones 6 de l'élément de détection acoustique 5 correspondant à l'aide des moyens de traitement analogique 8 correspondants de manière à fournir un signal de mesure analogique, - convertir les différents signaux de mesure analogiques en 25 signaux de mesure numériques, - traiter numériquement les signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des différents éléments de détection acoustique 5 à l'aide des moyens de traitement numérique 1 3, 30 - établir un hologramme acoustique ponctuel relatif au plan de mesure P2 correspondant à la position initiale de l'antenne acoustique 3, - déplacer latéralement l'antenne acoustique 3 de manière à établir successivement différents hologrammes acoustiques ponctuels relatifs à différents plans de mesure correspondants respectivement aux 35 différentes positions de l'antenne acoustique 3, - établir un hologramme acoustique complet à partir des différents hologrammes acoustiques ponctuels, et - identifier la position (ou du moins la direction) des différentes sources acoustiques situées à proximité de la zone de mesure. La figure 3 représente un dispositif de localisation 2 selon un deuxième mode de réalisation qui diffère de celui représenté sur les figures 1 et 2 essentiellement en ce que la tige de montage est montée pivotante dans le montant tubulaire autour d'un axe de pivotement sensiblement perpendiculaire à l'axe de la portion de support 4a. Selon ce mode de réalisation, l'étape de déplacement de l'antenne acoustique 3 consiste à entraîner en rotation l'antenne acoustique 3 autour de son axe de pivotement. La figure 4 représente un dispositif de localisation 2 selon un troisième mode de réalisation qui diffère de celui représenté sur les figures 1 et 2 essentiellement en ce que le support 4 de l'antenne acoustique 3 est de forme parabolique et présente une ligne focale LF, et en ce que chaque élément de détection acoustique 5 est formé par un microphone 6 et un tronçon de support 18 de forme parabolique sur lequel est monté ledit microphone 6. Selon ce troisième mode de réalisation, les éléments de détection acoustique 5 sont décalés linéairement le long de la ligne focale LF du support, et les microphones 6 sont alignés sur la ligne focale. La forme parabolique du support 4 et le positionnement des microphones 6 sur la ligne focale du support 4 permettent d'obtenir des 25 éléments de détection acoustiques 5 directifs à partir de simples microphones omnidirectionnels. Il doit être noté que les tronçons de support 18 paraboliques sont décalés linéairement le long de la ligne focale LF et sont délimités par des lignes en pointillé sur la figure 5. 30 Selon ce mode de réalisation, les signaux issus du microphone 6 de chaque élément de détection acoustique 5 sont déjà focalisés du fait de la forme du support 4 et de la position dudit microphone 6. Par conséquent, le procédé de localisation ne nécessite pas de sommer électroniquement les signaux issus des différents microphones 6 35 préalablement au traitement numérique. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif de localisation, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de localisation (2) de sources acoustiques, comprenant : - une antenne acoustique (3) comportant une pluralité d'éléments de détection acoustique (5), chaque élément de détection acoustique (5) étant agencé pour fournir en sortie un signal de mesure analogique, et - une unité d'acquisition et de traitement (9) comprenant des 10 moyens de traitement numériques (13) agencés pour traiter numériquement des signaux de mesure numériques déduits à partir des signaux de mesure analogiques issus des éléments de détection acoustique (5), caractérisé en ce que chaque élément de détection acoustique (5) est directionnel selon un plan de détection (P1), les plans de détection 15 (P1) des différents éléments de détection acoustique (5) étant sensiblement confondus avec un plan de mesure (P2), et en ce que les moyens de traitement numérique (13) sont agencés pour combiner les signaux de mesure numériques de manière à détecter l'éventuelle présence de sources acoustiques dans le plan de mesure (P2) et à déterminer la direction 20 desdites sources acoustiques dans le plan de mesure (P2). 2. Dispositif de localisation selon la revendication 1, dans lequel les éléments de détection acoustique (5) sont décalés spatialement les uns des autres selon une direction de décalage prédéterminée. 25 3. Dispositif de localisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité d'acquisition et de traitement (9) comporte plusieurs voies d'acquisition (11) reliées chacune à un élément de détection acoustique (5) respectif. 30 4. Dispositif de localisation selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque élément de détection acoustique (5) comprend plusieurs microphones (6) et des moyens de traitement analogique (8) agencés pour traiter analogiquement les signaux analogiques issus des microphones (6) 35 dudit élément de détection acoustique (5) de manière à fournir en sortie un signal de mesure analogique. 5. Dispositif de localisation selon la revendication 4, dans lequel les microphones (6) de chaque élément de détection acoustique (5) sont disposés de manière sensiblement rectiligne. 6. Dispositif de localisation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'antenne acoustique (3) comprend un support (4) présentant une portion de support (4a) sensiblement cylindrique sur laquelle sont montés les éléments de détection acoustique (5). 7. Dispositif de localisation selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 4, dans lequel les microphones (6) de chaque élément de détection acoustique (5) s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de la portion de support (4a), les éléments de détection acoustique (5) étant répartis sur la périphérie de la portion de support (4a). 8. Dispositif de localisation selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'antenne acoustique (3) comprend : - un support (4) de forme parabolique présentant une ligne focale (LF), et - des microphones (6) montés sur le support (4) et alignés sur la ligne focale (LF) du support (4), chaque élément de détection acoustique (5) étant formé par un microphone (6) et un tronçon de support (18) de 25 forme parabolique sur lequel est monté ledit microphone (6). 9. Dispositif de localisation selon la revendication 8 ou l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les éléments de détection acoustique (5) sont décalés linéairement les uns des autres. 30 10. Dispositif de localisation selon l'une des revendications 1 à 9, lequel comprend des moyens de déplacement agencés pour modifier la position de l'antenne acoustique (3) par rapport aux sources acoustiques à localiser.