TP4 Acoustique ventilateur

TP4 Acoustique ventilateur

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 :

  1. capteur
  2. grille anti bruit de vent
  3. LED (bleu : en service, jaune : coupé, rouge : saturation)
  4. volume du casque
  5. touche pour couper/activer la prise de son
  6. embase filetée pour pied de micro
  7. prise casque
  8. embase USB

La courbe de réponse en fréquence est la suivante :

1.1 Quelle est la réponse en fréquence idéale pour un microphone ?

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

1.3 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.

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

1.5 Quel est l’intérêt de l’élément numéroté 2 ? 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) :

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

2.1 Vous présenterez ce script lors de la soutenance.

Transformée de Fourier Discrète

Synthèse des principaux éléments en traitement du signal :

Le graphique du module de la TFD est :

3.1 Vous présenterez :

  • La notion de chaine d’acquisition
  • Le domaine d’application de la TFD
  • La lecture du diagramme du module de la TFD
  • La détermination du pas fréquentiel
  • Le repliement de spectre et la limite de Shannon
  • Le script de la page suivante

Script python d’acquisition avec Transformée de Fourier Discrète :

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.

4.1 Utilisez le diapason avec et sans la caisse de résonance et concluez.

4.2 Utilisez le script de la page précédente pour déterminez la fréquence de résonance du diapason. En utilisant l’option ‘-o’ dans le tracé des mesures déterminez le nombre de points de mesure dans une période. Comparez avec la théorie.

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.

4.3 Par un raisonnement mécanique, expliquez la variation de fréquence en fonction de la position de la masse.

4.4 Mettez en évidence le phénomène de battement lors de l’utilisation de deux diapasons, étudiez l’influence de la position de la masse.

Influence de la vitesse de rotation

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 :

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

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)

5.1 Calculer le bruit aéraulique en fonction des fréquences électriques.

5.2 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 :

5.3 Qu’est-ce qu’une bande d’octave ? Quel en est l’intérêt dans la caractérisation acoustique ? Comment est désignée une bande d’octave ?