Contrôle actif du bruit émis par une gaine de ventilation - Lyon

Spécialité physique
Son et architecture fiche 1
PRÉSENTATION |Titre |Contrôle actif du son |
|Type d'activité |Activité expérimentale |
|Objectifs de |Mettre au point une démarche expérimentale permettant de |
|l'activité |montrer la disparition d'un son grâce aux interférences. |
|Références par |Cette activité illustre le mot clef acoustique active |
|rapport au |Du sous thème « sons et architecture » du thème 2 « son et |
|programme |musique » du programme de spécialité |
| |en classe de TERMINALE S |
| |Notions et contenus |Compétences attendues |
| |Réaliser des interférences sonores|Extraire des informations |
| |et utiliser les zones |d'un document |
| |d'interférences destructives |Elaborer et mettre en |
| | |?uvre un protocole |
| | |expérimental |
| | |Réglage d'un GBF |
| | |Utilisation de hauts |
| | |parleurs |
| | |Utilisation d'un |
| | |microphone |
| | | |
| | | |
| | | |
|Conditions de mise |Prérequis : longueur d'onde, vitesse de propagation, |
|en ?uvre |fréquence , ondes mécaniques, interférences, nature des |
| |ondes sonores |
| |Dans une salle « à part » ou dans une caisse sourde pour |
| |éviter les nuisances sonores vers les autres groupes ou en |
| |provenant |
| |Durée 1,5 h |
|Remarques |Il n'est pas question de développer la théorie du contrôle |
| |actif. Seule la notion d'interférences destructives est |
| |utilisée. |
|Auteurs |Alain Jouve |Académie de LYON |
| |Lycée Rosa Parks | | Contrôle actif du bruit émis par une gaine de ventilation. Document 1:
« On appelle contrôle acoustique actif (en anglais Active Noise Control) ou
anti-bruit l'utilisation de sources de bruit dites secondaires pour réduire
un bruit indésirable dit primaire.
L'idée principale est d'émettre à l'aide d'un ou plusieurs haut parleurs
(« la source secondaire ») le même bruit que l'on veut éliminer souvent
émis par un moteur ou un dispositif industriel (« source primaire »).
Il faut donc que le système comporte un micro suivi d'un système
électronique de contrôle capable de générer un son opposé à la nuisance
sonore.
Si le bruit à éliminer est périodique et sans variation d'intensité au
cours du temps, la mise au point de ce dispositif est beaucoup facile que
dans le cas où le la nuisance sonore est irrégulière présentant une
multitude de fréquences variant au cours du temps.
Pour concevoir un dispositif de contrôle actif, il faut savoir comment des
sources de bruit secondaires peuvent interagir avec le son à éliminer. Il
faut notamment savoir si, compte tenu du milieu de propagation où l'on se
trouve, une ou plusieurs sources sont bien capables de réduire le bruit et
si cette réduction sera locale (i.e. restreinte à quelques points de
l'espace) ou si elle peut être globale ; il faut également se forger
quelques règles générales pour savoir combien de sources secondaires et de
capteurs utiliser et où les disposer.
Une difficulté vient s'ajouter si la source primaire se déplace dans
l'espace ou si le local change de forme.
A basse fréquence peu de modes contribuent significativement au bruit dans
une cavité ; un contrôle actif global du bruit y est alors envisageable.
Cette situation correspond au cas de la fréquence fondamentale du bruit
moteur dans une voiture mais aussi à celui du volume contenu sous la
coquille d'un casque anti-bruit. »
D'après « UNE INTRODUCTION AU CONTRÔLE ACOUSTIQUE ACTIF EMMANUEL FRIOT CNRS
- Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique : cel.archives-
ouvertes.fr/docs/00/09/29/72/PDF/cel-45.pdf» Document 2
Combattre le bruit par le bruit
Il y a une cinquantaine d'années, deux ingénieurs américains développaient
une idée aussi simple que redoutablement efficace pour combattre les
nuisances sonores : créer de l'antibruit. C'était sans compter les
obstacles techniques qui allaient empêcher toute application jusqu'à ces
dernières années. Et certains restent encore à lever.
Plutôt que de lutter contre les bruits gênants en les étouffant au moyen
d'isolants, pourquoi ne pas les attaquer avec des sons exactement opposés
qui les annihileraient ? C'est l'idée révolutionnaire qu'ont eu, au début
des années 1950, deux ingénieurs des laboratoires RCA, à Princeton : Harry
Olson (en médaillon) et Everett May. En novembre 1953, ils détaillaient le
principe de l'« absorbeur électronique de son » dans le Journal of the
Acoustical Society of America. Il consistait à capter le bruit par un
microphone, à l'amplifier, puis à le réémettre par un haut-parleur de façon
à créer un « contre-bruit » qui, additionné au bruit incident, devait
donner une résultante nulle par interférence destructive.
Contrôle actif
Leur invention n'eut pas de suite à l'époque car l'électronique était trop
rudimentaire pour obtenir un dispositif réellement efficace : Olson
utilisait un amplificateur à tubes, le transistor n'en étant qu'à ses
débuts. Une vingtaine d'années plus tard, trois chercheurs français du
laboratoire CNRS de mécanique et d'acoustique de Marseille, Maurice Jessel,
Georges Canévet et moi-même, reprirent le concept de « contrôle actif ».
Afin de comprendre le mécanisme du contrôle actif, examinons le cas de la
réduction des bruits dans un conduit, par exemple un tronçon de gaine de
climatisation. Pour réaliser un système simple de contrôle actif, on
détecte l'onde sonore indésirable grâce à un microphone, le « microphone de
référence », relié à un dispositif électronique, le « contrôleur », qui
pilote un haut-parleur placé sur la paroi du conduit, la « source
secondaire ». On règle ensuite la commande du haut-parleur de façon à créer
un contre-bruit et à annuler ainsi le bruit dans toute la région en aval de
la source secondaire. « Gérard Mangiante La recherche article id=8560 »
Document 3
[pic] Document4
Branchement des hauts parleurs
Un haut-parleur n'est pas polarisé, il peut donc se brancher dans un sens
ou dans l'autre sans dommage.
Par contre la phase de la vibration de sa membrane va dépendre du sens de
branchement.
Une des bornes est souvent repérée par une couleur rouge ou un signe + qui
indique un sens arbitraire du passage du courant permettant à la membrane
d'avancer.
[pic] Activités
Questions :
1. Comment définiriez-vous avec des mots simples le contrôle actif du
son ?
2. Comment appelle- t-on le phénomène correspondant à l'annulation de
deux ondes mécaniques dans un domaine de l'espace ?
3. Peut -on obtenir cette annulation dans tout le milieu ou se propage le
son ?
4. Peut -il y avoir au contraire renforcement du son dans d'autres zones
de l'espace ?
5. Quelle grandeur physique caractérisant les ondes déterminera la taille
de ses domaines ?
6. Evaluer la taille d'un domaine d'atténuation si la fréquence du son
nuisible est de 100 Hz et la vitesse du son est v = 340m.s-1 ?
7. Pourquoi le contrôle actif est -il plus aisé si la nuisance sonore est
périodique avec peu d'harmoniques ?
8. Comment interpréter la phrase de la ligne 19 du document 1 ?
9. Quelle relation doit -il exister entre la fréquence de la source
primaire et celle de la source secondaire ?
10. Pourquoi le micro de référence doit -il être protégé du son émis par
la source secondaire ?
11. Le document 3 décrit une méthode d'atténuation active du son émis par
une conduite de ventilation. Expliquer en quelques lignes le principe
de cette atténuation. Manipulation
Question préliminaire : pourquoi faut -il utiliser des hauts parleurs
montés dans des baffles et non pas des hauts parleurs nus ?
Rédigez un protocole expérimental permettant de mettre en évidence le
principe du contrôle actif d'une nuisance sonore et d'évaluer la taille des
zones de « silence ».
On montrera également l'influence de la fréquence du son sur cette
atténuation.
Remarque : en acoustique on utilise des fréquences normalisées : 125 Hz;
250 Hz; 500 Hz; 1000 Hz; 2000 Hz; 4000 Hz. Matériel à votre disposition:
Un GBF
Deux hauts parleurs placés dans des baffles
Un micro à électret
Un oscilloscope ou un système d'acquisition de données
Une chambre sourde.
Un réglet DOCUMENT PROFESSEUR Questions :
1. Comment définiriez-vous avec des mots simples le contrôle actif du
son ?
Le c