pression et en champ libre

C’est ainsi que les sujets de ce mémoire font appel à la méthode de la réciprocité dans le vide et en champ libre. Cette méthode de mesure de petits éléments acoustiques permet de mettre en évidence les lacunes actuelles de l'étalonnage des microphones à cavité par la méthode de réciprocité.

Introduction
Méthode de mesure
Expression analytique de l'admittance acoustique de transfert de la cavité de couplage
Eléments utilisés comme références : modèles théoriques

Admittance d'entrée d'une fente ouverte à son extrémité
Admittance d'entrée d'un réseau de quatre tubes cylindriques

Résultats théoriques et expérimentaux, discussion
Conclusion

Les rayons ae et ar sont légèrement inférieurs au rayon a de la cavité de couplage. Ainsi, la mesure de l'accès de transfert électrique YE lorsque l'élément à caractériser est posé sur la paroi de la cavité de couplage donne l'accès de transfert acoustique.

Figure 1.1. Dispositif de mesure (a), notations (b) : cavité cylindrique (coupleur) de longueur l et de rayon a , deux membranes de microphones de rayons a e (émetteur) et a r (récepteur) localisées respectivement en z = 0 et z= l .

Introduction

Si cette modélisation ne pourra répondre aux attentes que si elle peut être revue et complétée pour prendre en compte plus précisément certains paramètres géométriques, elle permet aujourd'hui de vérifier l'hypothèse adoptée par K Rasmussen [15] pour corriger les effets de champ de pression non -uniformité de la cavité de couplage sur l'impédance de transmission acoustique et donc sur les performances du microphone lui-même. Cette recherche d'une nouvelle modélisation n'est ici qu'une esquisse, le temps très court qui a pu être consacré à cet aspect de la thèse n'a permis d'analyser ni les lacunes du modèle proposé ni l'adéquation et la précision des données numériques conservées. .

Modèle analytique d'un microphone électrostatique

Equations fondamentales du mouvement acoustique
Equation de propagation
Champ de pression acoustique dans la lame de fluide
Champ de déplacement de la membrane

La variation relative de la force électrostatique surfacique entre w=0 et w=am est intéressante, pour vm=20.77 m et. On peut donc supposer que la force électrostatique par unité de surface ps est uniforme sur la surface de la membrane.

Tableau 2.1. Dimensions et caractéristiques des éléments constitutifs d'un microphone électrostatique ½'' Type B&K 4134 [16].

Efficacité en pression

Champ de pression devant la membrane non uniforme : efficacité de pression, définition (2.68) .. b) Différences entre l'efficacité calculée avec. La figure 2.6.b montre les différences entre l'efficacité obtenue avec un champ de pression devant la membrane non uniforme et celle obtenue en mode plan.

Figure 2.3. Module calculé de l'efficacité en pression M p (en dB, ref. 1V/Pa) d'un microphone ½'' B&K Type 4134 obtenu pour un champ de pression à l'avant de la membrane uniforme, à partir des caractéristiques du microphone données dans le table

Modélisation globale du système d'étalonnage

Champs de déplacement des membranes et champs acoustiques
Résultats théoriques

Le problème est simplifié en supposant le champ de pression dans la cavité de couplage axialement symétrique. Le champ de déplacement e de la membrane du microphone émetteur est donné par les équations (2.60 à 2.62), c'est-à-dire

Figure 2.8. Module du rapport k des deux premiers coefficients ( p 1  l / p 0  l  , trait plein) et ( p 2  l / p 0  l  , trait discontinu) du développement modal (Eq

Conclusion

Introduction

Les différences importantes de résultats d'étalonnage observées entre certains laboratoires ont alors mis en évidence la nécessité de filtrer les signaux électriques pertinents [34,35]. L'objet de ce chapitre est de présenter les bases théoriques sur lesquelles repose cette méthode d'étalonnage, de présenter le dispositif expérimental mis en place au LNE, de lister les problèmes qui se sont posés, et enfin de présenter les solutions apporte ce qui a été utilisé pour contourner ces problèmes , et les améliorations apportées.

Principe de réciprocité en champ libre

Fonctionnement du transducteur en émetteur
Fonctionnement du transducteur en récepteur
Produit des efficacités en champ libre de deux microphones

Principe de réciprocité en champ libre 52. 3.7) La vitesse normale sur la membrane du transducteur peut s'écrire en fonction de l'intensité ie. 3.11). Étalonnage des microphones en champ libre par la méthode de réciprocité ; schéma et notations utilisées.

Figure 3.2. Etalonnage des microphones en champ libre par la méthode de la réciprocité ; schéma et notations utilisées.

Dispositif expérimental utilisé au LNE et difficultés de mesure

Dispositif expérimental
Sources de perturbations

L'impédance de transfert électrique est ainsi dérivée des mesures des rapports de tension uA/uB et uB'/uA', la valeur de la capacité Cref étant connue (dans le cas présent Cref = 4744 pF). Idéalement, l’étalonnage en champ libre des microphones par la méthode de réciprocité nécessite un environnement parfaitement silencieux et des équipements de mesure de qualité. Les impédances de transfert électrique mesurées ZE sont le résultat de la superposition d'un signal principal (champ direct entre microphones émetteur et récepteur) et de perturbations de diverses natures.

Figure 3.3. Etalonnage des microphones en champ libre par la méthode de réciprocité ; dispositif expérimental.

Filtrage des fonctions de transfert mesurées

Principes généraux
Pré-traitement de la fonction de transfert
Synthèse de la fenêtre de filtrage

Procédure de filtrage dans le domaine fréquentiel : convolution de la fonction de transfert (éventuellement complexe, points bleus) avec une fenêtre spectrale (points noirs) pour obtenir une fonction de transfert filtrée en 1/3 d'octave (points rouges). Aux basses fréquences (inférieures à 1 kHz) ce produit est issu d'un étalonnage de pression, et pour les fréquences plus élevées il est issu de la mesure en champ libre de l'impédance de transfert électrique ZEmf. Compte tenu de l'emplacement des micros dans la pièce (la porte perpendiculaire à l'axe des micros), le chemin acoustique parcouru est d'env. 10,3 m (±5 cm selon la configuration).

Figure 3.7. Procédure de filtrage d'une impédance électrique de transfert (complexe) dans le domaine temporel (seul les modules des impédances électriques de transfert sont représentés).

Résultats et incertitudes

Mesures et résultats
Incertitudes

Produits à efficacité en champ libre [MffM ff]c filtrés (module et phase) réduits aux conditions ambiantes de référence : [Mff1Mff2]c (courbe bleue), [Mff1Mff3]c (courbe noire), [Mff2Mff3]c (courbe rouge ). Rendements en champ libre (filtrés) (module et phase) M ff c1 (courbe rouge), M ff c2 (courbe noire) et M ff c3 (courbe bleue). Affecte les paramètres dans le calcul de l'incertitude associée à la phase de l'efficacité en champ libre d'un microphone ½''.

Tableau 3.3 : Conditions d'environnements lors des mesures des impédances électriques de transfert en champ libre de 3 couples de microphones ½''.

Conclusion

Introduction

Au cours de la dernière décennie, le concept du centre acoustique des microphones à condensateur a essentiellement fait l'objet d'études expérimentales et numériques, aboutissant à des résultats cohérents. La méthode expérimentale utilisée par les auteurs permet d'obtenir la position du centre acoustique à partir des mesures de la fonction de transfert entre les microphones émetteur et récepteur (comme recommandé dans la méthode d'étalonnage réciproque) pour différentes distances entre les deux transducteurs. Cette méthode expérimentale présente quelques inconvénients, qui sont discutés au paragraphe 4.3, une discussion qui conduit à la proposition d'une nouvelle méthode de mesure de la position du centre acoustique du transducteur acoustique, qui permet de surmonter certains des inconvénients de la méthode de réciprocité.

Détermination analytique de la position du centre acoustique d'un transducteur

Les équations fondamentales du problème
Solutions des équations fondamentales
Conditions aux interfaces
Pression acoustique en champ lointain
Evaluation théorique de la position du centre acoustique d'un microphone

Jones [58] et complétant le modèle de calcul de la position du centre acoustique de Y. Cette expression de la transformée de Laplace de la pression dans le domaine D2 nécessite a. Ando [56] propose de calculer la position du centre acoustique d'un tuyau semi-infini d'épaisseur de paroi non nulle (en l'absence de microphone) à partir de la phase du champ de pression p3r.

Figure 4.1. Microphone électrostatique monté dans une tige semi infinie, schéma et notations utilisées.

Détermination expérimentale de la position du centre acoustique d'un microphone

Principe général
Dispositif expérimental, mesures
Perturbations des mesures
Filtrage des fonctions de transfert, centres acoustiques

La position du centre acoustique ainsi obtenu (figure 4.17) oscille en fonction de la fréquence autour de la donnée normalisée [26]. Les résultats expérimentaux présentés ici sont corrigés du centre acoustique de la source (microphone 1'' Type 4144) évalué à la Section 4.3.1 et représenté à la Figure 4.17 (ligne pointillée). Position évaluée du centre acoustique de la source (micro 1'' Type 4144) sans (ligne pointillée) et avec (ligne pointillée) en tenant compte des vibrations de la plaque supportant la source.

Figure 4.6. Position du centre acoustique d'une surface vibrante dans un écran plan infini en fonction de la fréquence : calculée pour z compris entre 20 et 40 cm (courbes bleues) et z ∞ (courbes noires) pour un profil de vitesse uniforme (trait

Conclusion

Afin d'étendre la gamme de fréquence utile (en basses fréquences, à partir de 400 Hz au lieu de 2 kHz), une nouvelle méthode optimisée est proposée pour mesurer la position du centre acoustique d'un microphone. Il convient également de noter que la source utilisée dans ce travail (1'') est plus adaptée aux basses fréquences et que l'utilisation d'une source plus petite (½'' ou ¼'') serait plus appropriée pour déterminer l'emplacement du centre acoustique d'un microphone aux hautes fréquences. Cette méthode de détermination est basée sur les propriétés de la phase du champ de pression acoustique.

Formulation générale

Du fait des couches limites visqueuses, la composante r de la vitesse des particules vr dépend également fortement de la composante u dans ces couches limites. Ainsi, les solutions approchées pour la composante r de la vitesse moyenne des particules (notée vr) et pour la variation instantanée moyenne de température (notée ) sont écrites. En transférant les équations (A.11.b) et (A.13) à l'équation de conservation de masse (A.3) (avec q=0) et en supposant que la composante u de la vitesse des particules observée est donnée par l'équation d'Euler.

Application aux tubes cylindriques (coupleurs et tubes étroits) et aux fentes annulaires

Solution modale du champ de pression dans une cavité cylindrique 122. surface latérale de la cavité de couplage,. Comme la référence qui traite d'une cavité complètement fermée, le champ de pression p peut être exprimé à l'aide d'une formulation intégrale. Le champ de pression acoustique en tout point de la cavité s'écrit : p w= j k00c0.

Coupleur pourvu d'une fente annulaire de haute précision

Conceptions de coupleurs de haute précision utilisés pour mesurer l'impédance d'entrée de l'espace annulaire et du réseau à quatre tubes. Cette annexe regroupe les conceptions et les procédés de fabrication de deux raccords de haute précision : l'un équipé d'un jeu annulaire et l'autre équipé d'un réseau de quatre tubes. Coupleur à anneau annulaire de haute précision 126 Enfin, la méthode de mesure nécessite que les deux microphones soient électriquement isolés.

Coupleur pourvu d'un réseau de quatre tubes de haute précision

Le problème posé à la section 2.3 est un cas particulier du problème posé à la section 2.4. Ainsi, les commentaires qui suivent concernent uniquement la solution du problème général, les solutions du problème posé dans la section 2.3 se déduisent facilement des équations de couplage ci-dessous. Compte tenu du grand nombre d’équations couplées, la solution du problème s’effectue en écrivant ces équations sous forme matricielle.

Calculs intermédiaires

Les coefficients ple et plr sont respectivement déterminés par les équations (2.82) et (2.89) mentionnées ci-dessous.

Résolution du problème couplé

Les constantes d'intégration ple et plr définies par les équations (D.3) et (D.4) s'écrivent d'après B0e, e, B0r et r sous les formes matricielles suivantes. Les constantes d'intégration e définies par l'équation (D.6) s'écrivent en fonction de p0 et ple sous la forme matricielle suivante. Les constantes d'intégration r définies par l'équation (D.10) s'écrivent d'après pl  et plr sous la forme matricielle suivante.

Fiche synoptique de l'appareil de réciprocité [68]

Fiche synoptique de l'amplificateur Nexus [69]

Synthèse d'une fenêtre de filtrage par la méthode de la fenêtre

0 la fenêtre de Tukey équivaut à une fenêtre de Hanning et lorsque =1 à une fenêtre rectangulaire. La Figure G.3 montre l'influence de la troncature des coefficients des fenêtres spectrales au-delà de ∣k∣=46 N=46 sur les fenêtres temporelles de filtrage précédemment définies. Influence de la troncature à ∣k∣=46 des fenêtres spectrales représentées dans la figure G.2 sur les fenêtres temporelles : fenêtres de Tukey, =1 (courbe rouge), =0.5 (courbe bleue) et =0 (courbe violette ) ).

Figure G.1. TF -1 (amplitude normalisée) du produit d'efficacités M ff  M ff  (microphones LS2P (½'') espacés de 30 cm, courbe noire) et diverses fenêtres temporelles de Tukey : =1 (courbe rouge), =0,5 (courbe bleue) et

Méthode itérative : performance des fenêtres de filtrages et paramètres d'influences

L'érosion est évaluée en supposant un produit d'améliorations d'efficacité MffMff « idéal », fonction analytique qui se rapproche du résultat des expériences. Produit d'efficacité M ffMff (module et phase, microphones LS2P (½'')) : issu de l'expérience (courbe rouge) et son approximation M ffMffa selon le modèle défini par l'équation ( G.6) (courbe noire). Perturbations filtrées (module et phase) sur un produit d'efficacité en champ libre MffMff issu d'expérimentations (microphones LS2P (½'') distants de 30 cm les uns des autres) : filtre W1 (courbe rouge), filtre W2 ( courbe bleue) et le filtre W3 (courbe noire), soit M ffMff∗W1,2 ,3/M ffM ff (filtres définis dans le tableau G.2).

Figure G.4. Produit d'efficacités  M ff  M ff   (module et phase, microphones LS2P (½'')) : issu d'expérimentations (courbe rouge) et son approximation  M ff  M ff   a selon le modèle défini par l'équation (G.6) (courbe noire).

Mesurande : efficacité en champ libre d'un microphone

Cette annexe traite de l'évaluation des incertitudes sur l'efficacité des microphones calibrés en champ libre selon la méthode de réciprocité. Afin de prendre en compte les incertitudes provoquées par diverses imperfections de la mesure, différents facteurs d'écart sont introduits (la notation d'index «  » signifie que le facteur d'écart dépend de la paire de microphones utilisée). L'incertitude combinée uc associée à la mesure M ff est estimée à partir de la variance combinée uc2 donnée par.

Paramètres d'entrée, incertitudes

Estimations des perturbations résiduelles b en module et phase (courbes rouge, bleue et verte issues des trois estimations du bruit B, voir figure H.2), courbe croissante (courbe noire) et écart type (ligne pointillée noire) ; calculé avec le filtre défini dans le tableau 3.2. Estimations des perturbations résiduelles b en module et phase (courbes rouge, bleue et verte des trois estimations du bruit B, voir figure H.2) calculées avec le filtre W3 défini dans le tableau G.2. La Figure H.6 montre deux exemples d'un tel bruit (courbes en traits pleins, bleu et rouge).

Figure H.1. Incertitude due à la « propagation » au delà de 1 kHz par filtrage (filtre défini dans le tableau 3.2) de l'incertitude du produit des efficacités en champ libre  M ff  M ff   BF en basses fréquences (courbe rouge), forme approchée

Incertitude composée élargie

La somme des bruits électriques et acoustiques Br restant après filtrage est ensuite évaluée en réalisant l'opération. Bruit résiduel Br après filtrage (filtre défini dans le tableau 3.2) en module et phase (courbes bleues), écart type (courbe rouge) et écart type estimé (courbe noire). Il en résulte un écart type (courbe rouge), le facteur d'écart gbf  s'écrit alors approximativement (courbe noire).

Calculs intermédiaires

Ainsi, si s±n, le membre gauche de l'équation (J.13) est nécessairement nul puisque la pression P2w , s est nécessairement analytique. La complexité de cette expression ne permet pas un calcul exact de la pression acoustique p3r. Une expression asymptotique (r∞) de cette intégrale peut être calculée par la méthode des points.

Résolution du problème couplé

En utilisant les notations matricielles définies par les équations (J.36) et (J.39), l'équation (4.53) s'écrit en fonction de hn, B0 et n sous la forme matricielle suivante. Microphones de mesure - Partie 7 : Valeurs pour la différence entre les niveaux de sensibilité en champ libre et à la pression des microphones étalons de laboratoire, 2005. Sur la détermination expérimentale de la correction en champ libre des microphones étalons de laboratoire à incidence normale.