TP4 Acoustique ventilateur - Thibaud MARCEL-MATHEY

TABLE DES MATIÈRES

Introduction

Lors de ce TP vous allez aborder les points suivants :

Microphone
Acquisition du signal sonore depuis python
Transformée de Fourier Discrète
Étude d’un diapason
Modification de la fréquence d’un diapason
Bruit de raies d’un ventilateur
Influence de la vitesse de rotation
Règles de conception pour l’acoustique des réseaux de ventilation

L’évaluation se déroulera sous la forme d’un entretien oral qui démarrera 60min avant la fin de la séance.
Vous présenterez un bilan de vos travaux et de vos résultats pendant 10min maximum. S’en suivront 10min de questions. La note sera attribuée à la totalité du sous-groupe.
La totalité des supports présentés seront exclusivement manuscrits (pas de diaporama ni d’impressions informatiques) au format A5 paysage.
Critères d’évaluation : fond (rigueur scientifique, résultats, etc.), forme (supports, prestation, etc.) et analyse (problématique, plan, etc.)

Microphone

Le microphone utilisé est du type Meteor de marque SAMSON :

capteur
grille anti bruit de vent
LED (bleu : en service, jaune : coupé, rouge : saturation)
volume du casque
touche pour couper/activer la prise de son
embase filetée pour pied de micro
prise casque
embase USB

La courbe de réponse en fréquence est la suivante :

Quelle est la réponse en fréquence idéale pour un microphone ?

Quels sont les inconvénients d’un microphone qui aurait la courbe ci dessous ?

Est-ce que le microphone utilisé reste adéquat pour l’application visée ?

La courbe de réponse en direction du microphone utilisé est la suivante :

La directivité de ce microphone est dite du type cardioïde.

Quels sont les principaux types de directivité des microphones usuels et quel est leur domaine d’application ?

Comment faut-il placer le microphone par rapport à l’écoulement du ventilateur ?

Acquisition

Le microphone utilisé par MS Windows se configure via :

Windows $\rightarrow$ Panneau de configuration $\rightarrow$ Son $\rightarrow$ Enregistrement
Clic droit sur le microphone « Samson Meteor Mic » $\rightarrow$ Définir en tant que périphérique par défaut

Script python d’acquisition du signal sonore du diapason avec tracé des données enregistrées (en .wav) :

acq_diapason Télécharger

Pour lancer le script :

ouvrir le dossier WinPython sur le bureau (ou téléchargez-le ici)
ouvrir idlex
fichier > ouvrir
sélectionner le script python
F5 pour lancer le code

Vous présenterez ce script lors de la soutenance à l’aide d’un schéma de synthèse.

Transformée de Fourier Discrète

Laffay_cours_eea_6_resume_deux_pages Télécharger

Synthèse des principaux éléments en traitement du signal :

Le graphique du module de la TFD est :

Vous présenterez :

La notion de chaîne d’acquisition
Le domaine d’application de la TFD
La détermination du pas fréquentiel
Le critère de Shannon

Script python d’acquisition avec Transformée de Fourier Discrète :

TFD_diapason Télécharger

Étude d’un diapason

Un diapason possède des modes propres de vibrations :

En l’absence de forces extérieures, un système mécanique ne peut vibrer qu’à ses fréquences propres (cf. cours de vibrations). Théoriquement les modes sont les vecteurs propres solutions de :

$\mathbb{K}\mathbb{X}=\omega^2\mathbb{M}\mathbb{X}$

avec $\omega$ la pulsation propre, $\mathbb{K}$ la matrice de rigidité et $\mathbb{M}$ la matrice de masse.

Utilisez le script de la page précédente pour déterminez la fréquence de résonance du diapason. Vérifiez que le critère de Shannon est bien respecté.

Remplacer :

plt.plot(temps,donnees,'-')

par :

plt.plot(temps,donnees,'-o')

La fréquence du diapason peut être modifiée par rajout de masse sur la tige du diapason.

Caractérisez le phénomène de battement lors de l’utilisation de deux diapasons : allure du signal, fréquence du vibrato en fonction des fréquences des deux diapasons.

Niveau de pression acoustique

Le niveau de pression acoustique est donné par

$L_p=10~log_{10}\left(\dfrac{p_{eff}^2}{p_0^2}\right)$

avec $p_0$ une pression de référence. Au vu des propriétés des logarithmes et de la discrétisation, un niveau de pression en dB est donné par le script suivant :

decibel Télécharger

Retour sur le diapason

Réalisez une expérience qui permettra de mesurer l’influence de la distance entre le diapason (source) et le microphone (capteur) sur le niveau de pression acoustique relevé. Détaillez précisément le protocole expérimental.

Réalisez une expérience qui permettra de vérifier la directivité de votre micro. Détaillez précisément le protocole expérimental.

Étude du ventilateur

Quelle est l’influence de la vitesse de rotation du moteur électrique du ventilateur sur les fréquences émises (spectre de la transformée de Fourrier) ? Vous choisirez 3 vitesses de rotation différentes et le ventilateur complet.

Relevez les niveaux de pression acoustiques total et du moteur uniquement en fonction des fréquences électriques (tous les $10 \%$ ).

Le bruit aéraulique se calcule à l’aide de :

$L_{p,aero}=L_{p,total}+10~log_{10}\left(1-10^{\dfrac{L_{p,moteur}-L_{p,total}}{10}}\right)$

Mesurez le bruit aéraulique en fonction des pourcentages de vitesse de rotation du moteur électrique.

Effectuez une représentation graphique (bruit aéraulique en fonction de la fréquence de rotation). Concluez.

Si la mesure n’est pas possible (salle trop bruyante par exemple) alors vous utiliserez les valeurs suivantes :

valeurs Télécharger