Brevet FR3017708A1 — publié le 20150821

La présente invention concerne un dispositif de mesure acoustique dans un écoulement d'air. Dans un aéronef, il est nécessaire d'isoler phoniquement la cabine et le cockpit. Pour déterminer la quantité d'isolant phonique nécessaire pour obtenir une bonne isolation, il est connu de placer un microphone sur la peau de l'aéronef et de mesurer ainsi le bruit reçu par le fuselage pendant un vol réel ou en soufflerie. Or les mesures données par un tel microphone sont contaminées par les turbulences de la couche limite dont l'intensité varie avec la vitesse de l'aéronef et en fonction de la position du microphone sur le fuselage. Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure acoustique qui permet d'améliorer la qualité des mesures acoustiques et d'augmenter le rapport signal - bruit d'un microphone. A cet effet, est proposé un dispositif de mesure acoustique dans un écoulement d'air et soumis à une source de bruit, ledit dispositif comportant : - une base présentant une surface en contact avec l'écoulement d'air, - un premier microphone qui est monté affleurant à ladite surface, - un deuxième et un troisième microphone qui sont montés de part et d'autre du premier microphone, chacun, au fond d'une cavité débouchant au niveau de la surface, et où chacun des deuxième et troisième microphones est recouvert d'un élément réducteur de bruit, le deuxième et le troisième microphone étant montés à une distance 'd' du premier microphone qui est supérieure à la longueur de corrélation du phénomène turbulent dans la bande de fréquences étudiée, et - des moyens de calcul prévus pour calculer le spectre de puissance de la source de bruit à partir des signaux relevés par les trois microphones. Un tel dispositif de mesure acoustique permet d'obtenir de meilleurs résultats par rapport aux dispositifs de l'état de la technique. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec la Fig. unique jointe qui montre un dispositif de mesure selon l'invention. Un aéronef présente une peau dont une surface extérieure est en contact avec l'air dans lequel se déplace l'aéronef. La Fig. unique montre un dispositif de mesure acoustique 100 dans un écoulement d'air 10 et soumis à une source de bruit. Le dispositif 100 qui comporte: - une base 102 présentant une surface 104 en contact avec l'écoulement d'air, - un premier microphone 106 qui est monté affleurant à ladite surface 104, et - un deuxième et un troisième microphone 108 qui sont montés, chacun, au fond d'une cavité 110 débouchant au niveau de la surface 104, et où chacun des deuxième et troisième microphones 108 est recouvert d'un élément réducteur de bruit 112. La base 102 peut être une partie de la peau de l'aéronef où une plaque profilé est fixée sur la peau de l'aéronef. L'élément réducteur de bruit 112 peut être un matériau microperforé, un tissu métallique, un film .... Préférentiellement, chaque cavité 110 est de forme conique mais peut être de forme quelconque ou remplie d'un matériau poreux, dont la base affleure à la surface de la surface 104 et dont l'axe est perpendiculaire à la surface 104. Le deuxième et le troisième microphone 108 sont montés chacun à une distance 'd' du premier microphone 106 qui est supérieure à la longueur de corrélation du phénomène turbulent dans la bande de fréquences étudiée. Cette distance 'd' peut être déterminée expérimentalement par une mesure de cohérence en l'absence de source acoustique. Préférentiellement, les deuxième et troisième microphones 108 sont disposés de part et d'autre du premier microphone 106. C'est-à-dire de part et d'autre d'une ligne 114 passant par le centre du premier microphone 106 et parallèle à la direction de l'écoulement 10. Le dispositif 100 comporte également des moyens de calcul prévus pour calculer le spectre de puissance de la source de bruit à partir des signaux relevés par les trois microphones 106 et 108. Ces moyens de calcul, par exemple une unité centrale, mettent en oeuvre une méthode de mesure de la puissance de la source de bruit à partir des signaux relevés par les trois microphones. Cette méthode de mesure est basée sur une méthode décrite dans le document intitulé "Rejection of flow noise using a coherence function method" de J. Y. CHUNG paru en 1977 dans Journal of Acoustical Society of America 62, 388-395. La méthode permet de calculer l'autospectre G' de la source de bruit seule et elle est basée sur le modèle suivant: s(t) est le signal acoustique de la source de bruit à mesurer, 25 y1(t) est le signal détecté par le premier microphone 106, ce signal est bruité par le bruit m1(t) , et Hi est la réponse acoustique du premier microphone 106, y2 (t) et y3 (t) sont les signaux détectés respectivement par le deuxième et le troisième microphone 108, ces bruits sont bruités par les bruits m2(t) et m.3 (t) respectivement, et H2 et H3 sont les réponses acoustiques respectives du deuxième et du troisième microphone 108 munis du dispositif de réduction du bruit 110 et 112, xi (t) , x2(t) et x3 (t) sont les distributions acoustiques du signal s(t) respectivement sur le premier 106, le deuxième 108 et le troisième 108 microphones. Ainsi y1(t) = xi (t) + mi (t) , y2 (t) = x2 (t) + m2 (t) , et y3 (t) = x3 (t) + m3 (t) . Les réponses acoustiques H2 et H3 peuvent être considérées comme linéaires et invariantes avec le temps tandis que la réponse Hiaux ondes acoustiques est unitaire de sorte que s(t)= xi (t) . Les bruits mi (t) , m2(t) et m.3 (t) sont considérés comme mutuellement non corrélés. La fonction de cohérence est une fonction du domaine fréquentiel qui est calculée pour montrer la relation linéaire, entre l'entrée et la sortie d'un système. La cohérence entre deux signaux y1(t) et y2 (t) est la fonction réelle définie par: 2 GYi Y2 Y 72 = (1) YI 2 G G y i Yi . Y2 Y2 oùGYi Y2 est la densité spectrale croisée entre y1(t) et y2 (t) , et où GYi Yi et G sont les densités spectrales de puissance de y1 (t) et y2 (t) respectivement. Y2Y2 Comme mi (t) et m2(t) ne sont pas corrélés, Gyiy2= Gxx2 , et la formule (1) devient alors: = Gxix21 2 (Gxi xi + Gmei)(Gx2x2 + G ,'2,,,,2) 2 = G xi2 1 , la formule (1) peut s'écrire: xix2 Gxixi .Gx2x2 21'i Y2 1+ Gmei + Gm2m2 + G mel ,Gm2m2 G xixi G x2x2 G G xi xi x2x2 21;][ Y2 Comme = 7.X1X2 - On note a= G 'xl le rapport signal /bruit du premier microphone 106, et G mei G b= i'xi2 le rapport signal /bruit du deuxième microphone 108. G,'2.2 H2 étant linéaire et invariant avec le temps (LTI en Anglais), alors =1. La formule (1) devient alors: ab = (2). YIY2 1+a+b+ab Les mêmes calculs pour Y3 e bc Gx3x3 72 = (4), où c- '' 1+b+c+bc G,'3,'3 ac _ YIY3 1+a+c+ac est le rapport signal /bruit du troisième donnent hy3 (3) et microphone 108, et avec xi =1 et H3 est linéaire et invariant avec le temps. x, En substituant les termes a, b et c dans les relations 2, 3 et 4, on obtient: 2IYI Y2 . 2IYI Y3 Gxixi = GYi Yi - 7Y2Y3 Yi Y2 Y1 Y3 Yt Yt Et finalement Gss =G -G ' 2 . 3 zizi - 2/Y2 Y3 Ainsi, en calculant les fonctions de cohérence à partir des trois signaux bruités yi(t), y2(t) et y3(t), la méthode de Chung permet d'extraire l'autospectre de puissance Gss de la source du spectre du signal bruité Gyiyi Le dispositif selon l'invention est une amélioration de la méthode de CHUNG. Le dispositif selon l'invention permet de retirer le bruit du signal capté par le microphone 106 à l'aide des microphones 108 montés dans les cavités sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une correction de la réponse fréquentielle. En effet, le premier microphone 106 a une réponse fréquentielle H1 lisse qui n'a pas besoin d'être corrigée tandis que les deuxième et troisième microphones 108 sont utilisés pour mesurer la cohérence, et une irrégularité de leurs réponses fréquentielles H2 et H3 est de peu d'importance puisque la cohérence donne le niveau de dépendance linéaire entre les différents signaux. Ainsi, selon l'invention, les effets combinés de la cavité 110 et de l'élément réducteur de bruit 112, les effets de la vitesse sur le calcul de la puissance de la source de bruit n'ont pas besoin d'être corrigés. La méthode proposée permet de tirer bénéfice de l'augmentation du rapport signal / bruit procuré par le montage dans une cavité tout en évitant les problèmes de calibration. L'augmentation du rapport signal / bruit apporté par les cavités réduit le temps nécessaire pour mesurer les fonctions de cohérence, ce qui réduit le temps total nécessaire à l'acquisition du signal. La méthode permet ainsi de raccourcir le temps de mesure sans perte de précision ou d'augmenter la précision pour une durée de mesure donnée. REVENDICATIONS1) Dispositif de mesure acoustique (100) dans un écoulement d'air (10) et soumis à une source de bruit, ledit dispositif (100) comportant : - une base (102) présentant une surface (104) en contact avec l'écoulement d'air, - un premier microphone (106) qui est monté affleurant à ladite surface (104), - un deuxième et un troisième microphone (108) qui sont montés de part et d'autre du premier microphone (106), chacun, au fond d'une cavité (110) débouchant au niveau de la surface (104), et où chacun des deuxième et troisième microphones (108) est recouvert d'un élément réducteur de bruit (112), le deuxième et le troisième microphone (108) étant montés à une distance 'd' du premier microphone (106) qui est supérieure à la longueur de corrélation du phénomène turbulent dans la bande de fréquences étudiée, et - des moyens de calcul prévus pour calculer le spectre de puissance de la source de bruit à partir des signaux relevés par les trois microphones (106, 108). 2) Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxième et troisième microphones (108) sont disposés de part et d'autre d'une ligne (114) passant par le centre du premier microphone (106) et parallèle à la direction de l'écoulement (10). 3) Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque cavité (110) est de forme conique dont la base affleure à la surface de la surface (104) et dont l'axe est perpendiculaire à la surface (104).