Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur STI, Section de génie électrique et électronique, Institut de transmissions, ondes et photonique ITOP (Laboratoire d'électromagnétisme et acoustique LEMA)

Contributions aux études sur le couplage électroacoustique dans les espaces clos en vue du contrôle actif

René, Pierre-Jean ; Rossi, Mario (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3413.

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    Summary
    The aim of this work was to analyze the global behavior of a loudspeaker exciting a room in the frequency band of its first modes, for the purpose of active control applications. First, the loudspeaker in free field was studied. The characterization of a loudspeaker on the base of equivalent circuits has been established, showing the preponderant importance of the load impedance, determined by near field measurements. Then, the steady state has been modeled and the study has been set on the characterization of the wall impedance, which determines the eigenfrequencies and the amplitude of their modes, as well as charge impedance. The latter which modifies the volume velocity compared with the one in free field, has been characterized. The previous results enable the precise computation of the pressure field in a closed space and excited by a loudspeaker in steady state, according to the wall impedance. For active control purposes, transitory sounds are particularly important, therefore the behavior of a sound field in a room excited by several parameterized sounds has been studied in the time domain. The room response to the source activation could therefore be modeled. This response consists of a free and a transitory state, both of which are qualified through coherent assumptions and observations. Through simulation and systematic experimentation, the loudspeaker-room system has been characterized for a stationary as well as for a transitory sound, revealing the constraints affecting modal active control. Many experiments showed the efficiency of modal active noise control. Observations presented the importance of low frequencies in the annoyance of airplane noise inside rooms. Directives have been given to install active noise reduction system. The main part of this work constitutes an electro acoustical knowledge basis to perform modal active noise control.
    Résumé
    L'objectif de ce travail était d'analyser le comportement global d'un haut-parleur excitant une salle dans la bande de fréquence de ses premiers modes pour une application de contrôle actif. L'étude s'est d'abord portée sur le haut-parleur rayonnant en champ libre. Il a été vu comment caractériser un haut-parleur, sur la base des circuits équivalents, montrant le caractère prépondérant de l'impédance de charge. La mesure de pression en champ proche a permis de la déterminer. Ensuite, le régime stationnaire d'une salle a été modélisé et l'étude s'est portée sur la caractérisation de l'impédance des parois. Elle agit sur les fréquences propres et l'amplitude des modes mais aussi sur l'impédance de charge. Cette dernière qui modifie le débit du haut-parleur par rapport à ce qu'il serait en champ libre a été caractérisée. Des résultats précédents, il a été possible de calculer avec précision le champ de pression dans un espace clos excité par un haut-parleur en régime établi, en fonction de l'impédance de ses parois. Dans le contexte du contrôle actif, on s'est intéressé particulièrement à des sons transitoires, c'est pourquoi nous avons étudié le comportement temporel du champ de pression dans une salle excitée par différents types de sons paramétrés. Cela nous a permis de modéliser la réponse de la salle à l'enclenchement de la source ; celle-ci se compose du régime libre et du régime transitoire. Tous deux sont qualifiés sur la base de postulats et d'observations cohérents. Par la simulation et l'expérimentation systématique, le système haut-parleur - salle a été caractérisé tant pour un son stationnaire que pour un son transitoire, relevant les contraintes s'appliquant au contrôle actif modal. De nombreuses expérimentations ont permis de se rendre compte de l'efficacité à attendre du contrôle actif modal. Les observations faites dans une salle exposée au bruit d'avion ont montré la prépondérance des basses fréquences. Des directives ont alors été données pour l'installation d'un système de réduction de bruit actif. L'ensemble de ce travail constitue une base de connaissances électro acoustiques pour la réalisation d'un système de contrôle actif modal.