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1
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
1
Localisation et caractérisation des sources par antennes acoustiques
Formation de voies ou beamforming
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
2
Principe des antennes linéaires
� principe du "télescope acoustique " (Billinsley & Kinns, 1976)� acquisition simultanée du signal
� point de focalisation situé devant l'antenne
Applications :
� caractérisation du bruit de jet� isoler les sources de bruit sur les engins de transport terrestres� analyse des contributions acoustiques présentes dans le bruit de
passage d'un véhicule
2
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
3
Principe des antennes Méthodes de formation de voies
Antenne parabolique
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
4
Formation de voies : utilisation d’un modèle de sourceMéthodes de formation de voies
Champ proche : modèle en ondes sphériques
Champ lointain : modèle en ondes planes
λ2
2LDF =
Distance de Fresnel
Fmi Dr ≤
Fmi Dr >
L : envergure de l’antenne
mirDistance
source i – micro m
3
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Principe des antennes linéaires Méthodes de formation de voies
dML =
d
0θδ
δ
Source i
Capteur référence
MicrophonesFront d’onde
Différence de marche
)()( 0 miimim tstp ττα −−=
τ0
Signal capté par le microphone m
m
mmi ττ = : temps de trajet du front d’ondemicrophone r - microphone m
miα Atténuation
r
0sinθδ d=
0sin)1( θτ cd
mm −=
5
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Compensation des retards Méthodes de formation de voies
dML =
d
0θδ
δ
Source i
Capteur référence
MicrophonesFront d’onde
Différence de marche)()( 0 miimim tstp ττα −−=
τ0Signal capté par le
microphone m
m r
)sin)1((1
)(1
)( 00 θατ
ατ
c
dmtptpts m
mimim
mii −+=+=−
Signal en B
B
6
4
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Antennes à retard et somme Méthodes de formation de voies
)(tpmSignal capté par le microphone m
)sin)1((1
)(1
)( 00 θατ
ατ
c
dmtptpts m
mimim
mii −+=+=−
Signal source retardé
θ
m r
Signal source reconstruit (focalisation en des directions θ)
∑=
−+=M
mm
mii c
dmtp
Mts
1
)sin)1((11
),( θα
θ
miα1
AmplificationSource
7
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Antennes à retard et somme Méthodes de formation de voies
)()sin)1((1
)( 00 tpc
dmtpts rm
mii =−+=− θα
τ
Signal source retardé
Signal source reconstruit (focalisation en des directions θ)
∑=
−+=M
mm
mii c
dmtp
Mts
1
)sin)1((11
),( θα
θ
)()sin)1(( 0 tpc
dmtp rmim αθ =−+
))sin(sin)1((11
),(1
0∑=
−−+=M
mrmi
mii c
dmtp
Mts θθα
αθ
8
5
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Antennes à retard et somme : champ lointain Méthodes de formation de voies
Approche temporelle : Signal source reconstruit (focalisation en des directions θ)
∑=
−+=M
mm
mii c
dmtp
Mts
1
)sin)1((11
),( θα
θ
retard
retard
retard
retard
retard
retard
∑ S
∑=
−+∗=M
mm
mii c
dmttp
Mts
1
)sin)1(()(11
),( θδα
θ
∑=
−=
M
m
c
dmfj
mmi
i efPMfS
1
sin)1(2)(
11),(
θπ
αθ
Approche fréquentielle :
9
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Antennes à retard et somme : champ proche Méthodes de formation de voies
Approche temporelle
retard
retard
retard
retard
retard
retard
∑ S
∑=
+Ξ
=M
m
mimmi c
rtpats
1
)(1
)(
∑=
∗=M
mmimmi twtpats
1
)()()(
∑=
=ΞM
m mi
m
r
a
1 4π
)(1
)(c
rttw mimi +Ξ
= δ
Approche fréquentielle
∑∑== Ξ
=Ξ
=M
m
rkj
mm
M
m
c
rfj
mmi
im
im
efPa
efPafS
11
2
)()()(
π
10
6
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Source Méthodes de formation de voies
Source caractérisée par son débit d’accélération
)()( 0 tQts ai ρ=
dt
tdQtQ ua
)()( = u
Q
Domaine fréquentiel
)()( 0 ωωρω ui QjS =
11
: Débit de vitesse
Pression
)(4
)(4
)( 00 ωπρω
πωρω u
jkR
u
jkR
QR
ejkcQ
R
ejP
−−
==
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
12
Traitement en fréquence
Pression due à la source sur le microphone
Estimation de la source : Représentation matricielle à la fréquence
Vecteur de pointage (ou steering vector)avec la contrainte de normalisation Et
Par exemple : processeur de Bartlet
( ) ( )mi
rkj
im r
eAp
mi−
= ωω ( ) ( ) mirkjmmii eprA += ωωπω 2=f
pwHiiS =
iHi
ii hu
uw =1=i
Hi hw
( )
−=L
L
mimii rjkrexph
ii hu =Valeur quadratique de l’estimateur
[ ] ippHiiSE wGw=2Matrice interspectrale des pressions
Méthodes fréquentielles
7
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
13
Matrice interspectrale des pressions
Densité spectrale de puissance de la distribution de sources
pour laquelle on a
dont les éléments sont
Symétrie hermitienne
{ } { } { } ippHiiHHiHHiHiiiii EESSEG wGwwppwpwpw ==== ∗ ))((ˆ
Méthodes fréquentielles
{ } ][ ppmnHpp GE == ppG{ } ∑
=
∗∗ ≈=N
kknkmnm
ppmn TpTpTppEG
1,, ),(),()2( ωω
=≠
==→
∗conjugué complexe
réel
ppmn
ppnm
ppmm
ppmmpp
mn
GGnm
GGnmG
mnG
∗mnG
ppHpp GG =
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
14
La formation de voies est la solution d’un problème d’optimisation
On cherche à définir une fonction coût et à la minimiser
Fonction coût : écart entre la valeur estimée de l’amplitude de la source et sa valeur réelle
en terme de densité spectrale de puissance
Trouver le minimum :
Méthodes fréquentielles
iHi A−pw
{ } { } { } { }iiiiHiHiippHiiHiiHi AAEAEAEAAEJ ∗∗∗ +−−=−−= wppwwGwpwpw ))((
iiiHpipi
Hiipp
Hi GJ +−−= wggwwGw
0=∂∂
i
J
w
8
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
15
La formation de voies : méthode de Bartlet
Si est une matrice hermitienne, elle est définie positive si
C’est le cas car alors, le minimum existe et il est unique.
Trouver le minimum :
Méthodes fréquentielles
iiiHpipi
Hiipp
Hi GJ +−−= wggwwGw
0=∂
∂H
i
J
w
0>ippHi wGw
ippHiiiG wGw=ˆ
ppG
pippipiippHi
JgGwgwG
w1022 −=⇒=−=
∂∂
{ } iiHiiiHiiipp GAAE hhhhG == ∗
{ } { } iiiiiiipi GAAEAE hhpg === ∗∗( )
iHi
ii
Hiipippi
hh
hhhhgGw ===
−− 11
iHi
ii hh
hw =
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
16
La formation de voies : méthode de Capon
On cherche à minimiser l’énergie en sortie de traitement
Critère :
Contrainte :
Optimisation par la méthode des multiplicateurs de Lagrange:
Méthodes fréquentielles
0)1( =−+= iHiipp
HiL hJ wwGw λ
ippHiCJ wGw=
0=∂∂
Hi
LJ
w
1=iHi hw
0=∂∂
λLJ
ippiiippHi
L hhJ 1
202 −−=⇒=+=
∂∂
GwwGw
λλ
� Utilisation de la matrice interspectrale pour déterminer un vecteur de pointage optimal (méthode à variance minimale)
9
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
17
La formation de voies : méthode de CaponMéthodes fréquentielles
10 =⇒=∂∂
iHi
L hJ
wλ
ippHi
ippHi hh
hh1
1 212 −
− −=⇒=−G
G λλ
ippi h1
2−−= Gw λ
ippHi
ippi hh
h1
1
−
−
=G
Gw
Solution de la méthode de Capon
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
18
Autres méthodes pour améliorer la résolutionMéthodes fréquentielles
� Méthodes « haute résolution » (algorithme MUSIC par exemple)Décomposition en sous-espace de la matrice interspectrale (décomposition en valeurs singulières SVD)
{ } H MMnMMpp ××= VVG 2diag)( εωEspace source
L premières valeurs propres
Espace bruit
M-L dernières valeurs propres
Matrice des vecteurs propres
[ ]MLBi
HBB
Hi
iS vvVhVVhL1 avec
1 de estimateur +==
Vecteurs propres associés à l’espace « bruit » (aux M-L dernières valeurs propres)
10
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
Antennes à retard et somme : champ lointain Méthodes de formation de voies
Approche temporelle : Signal source reconstruit (focalisation en des directions θ)
∑=
−−=
M
m
c
dmfj
ri efPMfS
1
)sin(sin)1(2 0)(
1),(
θθπθ
Approche fréquentielle :
))sin(sin)1((1
),(1
0∑=
−−+=M
mri c
dmtp
Mts θθθ
Réponse angulaire de l’antenne :
∑=
−−==
M
m
c
dmfj
r
i eMfP
fSfX
1
)sin(sin)1(2 01
)(
),(),(
θθπθθ19
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
20
Principe des antennes linéaires Méthodes de formation de voies
réponse angulaire en fonction de la direction
dML =
d
0θ
( )( )
( )
−
−=
0
0
sinsin2
sin
sinsin2
sin
θθ
θθθ
dk
Lk
AS
Envergure de l'antenne dML =
( )( )
( )0
0
sinsin2
sinsin2
sin
θθ
θθθ
−
−≈
dk
Lk
AS
retard
retard
retard
retard
retard
retard
∑ S
θ
2λ
11
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
21
Résolution et lobes secondairesMéthodes de formation de voies
La résolution des antennes est proportionnelle à la fréquence
Lobe principal dont dépend la résolution de l’antenne et lobes secondaires parasites(à gauche) qui peuvent être atténués par une pondération des microphones de l’antenne.
Des lobes de repliement peuvent apparaître quand les conditions d’échantillonnage
spatial ne sont plus respectées (à droite) (Doc. ACB Engineering)
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
22
Principe des antennes linéaires Méthodes de formation de voies
dML =
d
0θ
( )( )
( )0
0
sinsin2
sinsin2
sin
θθ
θθθ
−
−≈
dk
Lk
AS
L’antenne simple couche est sensible à l’onde arrière
12
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
23
Antennes linéaires : fréquence et envergure Méthodes de formation de voies
Ouverture de l’antenne (largeur du lobe principal)
dépend de
-1 0 1-1
-0.5
0
0.5
1
x [m]
z [m
]
angle d'orientation -30°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-20
-10
0
angle [°]at
ténu
atio
n [d
B]
M = 16 microphonesfréquence : 1000 Hz (λ/2 = 0.33 m)d = 0.10 mL = 1.60 mkL = 30.3
ouverture du lobe principal à -3 dB : 12.2°ouverture du lobe principal à -10 dB : 20.5°
−−
+=−=∆kLkL
αθαθθθθ 2sinarcsin2sinarcsin 0012
39156.1=α3 dB
10 dB 31858.2=α
ck
ω=
L
λπ LkL 2=
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
24
Antennes linéaires : fréquence et envergureMéthodes de formation de voies
Ouverture de l’antenne (largeur du lobe principal)
−−
+=−=∆kLkL
αθαθθθθ 2sinarcsin2sinarcsin 0012
-1 0 1-1
-0.5
0
0.5
1
x [m]
z [m
]
M = 16 microphones
d = 0.10 mL = 1.60 m
angle d'orientation 0°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90-50 0 50
-30
-20
-10
0
angle [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
fréquence : 330 Hz
ouverture du lobe principal à -3 dB : 32.3°ouverture du lobe principal à -10 dB : 55.2°
kL = 10
kL = 50
angle d'orientation 0°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-20
-10
0
angle [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
fréquence : 1650 Hz
ouverture du lobe principal à -3 dB : 6.4°ouverture du lobe principal à -10 dB : 10.6°
13
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
25
Antennes linéaires : fréquence et envergureMéthodes de formation de voies
Ouverture de l’antenne (largeur du lobe principal)
−−
+=−=∆kLkL
αθαθθθθ 2sinarcsin2sinarcsin 0012
-90 -60 -30 0 30 60 900
15
30
45
60
75
90
105
120
angle d'orientation θ0 [°]
∆θ[°]
largeur du lobe principal à -3 dB
5102050100200kL
angle d'orientation -45°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-20
-10
angle [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
fréquence : 330 Hz
kL = 10
ouverture du lobe principal à -3 dB : 54.7°ouverture du lobe principal à -10 dB : 75.9°> 75.9°
angle d'orientation -45°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-20
-10
0
angle [°]at
ténu
atio
n [d
B]
fréquence : 1650 Hz
kL = 50
ouverture du lobe principal à -3 dB : 9.1°ouverture du lobe principal à -10 dB : 15.2°
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
26
Antennes linéaires : sous-échantillonnageMéthodes de formation de voies
Quand la fréquence augmente, la demi-longueur d'onde acoustique devient du même ordre de grandeur que la distance entre microphones
devient sensiblement plus faible que 1, ce qui conduit à l'amplification des lobes secondaires.
Des "lobes de réseau " apparaissent avant d'arriver à la limite théorique d'échantillonnage spatial
( )
( )0
0
sinsin2
sinsin2
sin
θθ
θθ
−
−
dk
Lk
2min λ=d
plage d'utilisation de l'antenne quand [ ]21 ϑϑ
12
sinquand2
sinarcsin
12
sinquand2
sinarcsin
002
001
14
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
27
Antennes linéaires : sous-échantillonnageMéthodes de formation de voies
lobes de réseau pour fréquence : 1650 Hz ( λλλλ /2 = 0.20 m)
-1 0 1-1
-0.5
0
0.5
1
x [m]
z [m
]
M = 8 microphones
d = 0.20 m
L = 1.60 m
kL = 50
angle d'orientation -45°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90-50 0 50
-30
-20
-10
0
angle [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 9.1°ouverture du lobe principal à -10 dB : 15.2°
limite lobe de réseau à 6 dB : [NaN° -5.8°]
limite lobe de réseau à 10 dB : [NaN° 2.0°]
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90-50 0 50
-30
-20
-10
0
angle [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 6.4°ouverture du lobe principal à -10 dB : 10.7°
limite lobe de réseau à 6 dB : [-37.3° 37.3°]
limite lobe de réseau à 10 dB : [-47.8° 47.8°]
angle d'orientation 0°
2min λ=d
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
28
Antennes linéaires : fenêtre d’apodisationMéthodes de formation de voies
0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
none
0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
hamming
0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
kaiser
0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
gaussian
Hanning : la plus populaire des fenêtres basées sur la fonction cosinus (les autres : Hamming , Blackman, Harris),
Kaiser-Bessel (avec facteur ) maximise le rapport entre l'énergie du lobe principal et celle des lobes secondaires,
Gaussienne (avec facteur ) supprime les lobes secondaires.
πβ 2=
5.2=α
Les fonctions d'apodisation sur l'envergure de l'antenne ont pour but le contrôle des lobes secondaires
15
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
29
Antennes linéaires : fenêtre d’apodisationMéthodes de formation de voies
Les fonctions d'apodisation sur l'envergure de l'antenne ont pour but le contrôle des lobes secondaires …
-1 0 1-1
-0.5
0
0.5
1
x [m]
z [m
]
M = 16 microphones
d = 0.10 mL = 1.60 m
apodisation : kaiser
angle d'orientation 0°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90 -50 0 50-30
-20
-10
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 10.3°
ouverture du lobe principal à -10 dB : 18.2°
fréquence : 1650 Hz ( λλλλ /2 = 0.20 m) kL = 50
angle d'orientation -45°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90-50 0 50
-30
-20
-10
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 14.7°
ouverture du lobe principal à -10 dB : 26.6°
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
30
Antennes linéaires : fenêtre d’apodisationMéthodes de formation de voies
Les fonctions d'apodisation sur l'envergure de l'antenne ont pour but le contrôle des lobes secondaires … mais ne réduisent pas les lobes de réseau
apodisation : kaiserfréquence : 1650 Hz ( λλλλ /2 = 0.20 m) kL = 50
-1 0 1-1
-0.5
0
0.5
1
x [m]
z [m
]
M = 8 microphones
d = 0.20 m
L = 1.60 m angle d'orientation 0°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90-50 0 50
-30
-20
-10
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 10.3°
ouverture du lobe principal à -10 dB : 18.2°
angle d'orientation -45°
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-20
-10
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
ouverture du lobe principal à -3 dB : 14.6°
ouverture du lobe principal à -10 dB : 26.6°
16
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
31
Antennes linéaires : sources mobilesMéthodes de formation de voies
Ces antennes ont été utilisées dès les années 80 pour étudier le bruit des trains
280 km/h
Deux types de bruits :
� un bruit mécanique de roulement, émis à la fois par le matériel et l'infrastructure
� un bruit aérodynamique, dû aux écoulements d'air autour du train
−−
= )(2cos)²cos1(
)(c
Rtf
MR
Atp π
β
)cos1()( 00 βM
ftf
−=
Effet Doppler
β
Variation d’amplitude
Fréquence instantanée
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
32
Antennes linéaires verticalesMéthodes de formation de voies
· Barsikow utilise aussi des antennes linéaires verticales à pas variables pour garderune résolution constante dans le gamme de fréquence [Barsikow, JSV 1986]
Antennes linéaires verticales à espacements variables des microphones
Bruit aérodynamique généré par le pantographe d’un train à 200 km/h
Niveau dans la bande 1172-1367 Hz
17
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
33
Antennes linéaires verticalesMéthodes de formation de voies
· La SNCF utilise en 1993 une antenne linéaire de 15 microphoneshorizontale pour caractériser des sources rapportées sur un train d'essai detype Corail [Poisson, Thèse, 1996].
Les premiers essais réalisés sur TGV Atlantique en 1994 utilisent également une antenne verticale
Des mesures ont aussi été effectuées en Belgique sur un train Thalys à 330 km/h en 1996
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
34
Antennes linéaires verticales : bruit de passageMéthodes de formation de voies
Méthodes bien adaptées à l’analyse des bruits de passage
Antennes additives linéaire (Doc. INRET)pour l'analyse des sources mobiles.
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
V = 25 km/h, f=2000 Hz
V = 112 km/h, f= 2000 Hz
330 Hz
1650 Hz16 micro – L=1.6 m
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
18
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
35
Antennes linéaires horizontales : sources mobilesMéthodes de formation de voies
L’effet Doppler est corrigé en suivant le déplacement du train: dé-dopplérisation
Assurer le suivi d ’une zone du train lors de son passage
La focalisation est ajustée à chaque instant de manière à suivre la zone sélectionnée
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
36
Antennes linéaires verticales ou horizontales Méthodes de formation de voies
Barsikow utilise des antennes linéaires de 15 microphones qui peuvent être orientéesen position verticale ou horizontale pour localiser et identifier des sources de roue/rail[Barsikow et al, JSV 1987]
Antenne linéaire de 15 microphones espacés de 8 cm et placée à 5.7 m du centre de la voie pour travailler dans la gamme 1000-4500 Hz
Niveau global A pour un train à 200 km/h
Le train est équipé de roues de conception différentes
19
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
37
Antennes linéaires verticales ou horizontales Méthodes de formation de voies
Les antennes linéaires horizontales peuvent être constituées de microphonesd’écartements différents pour garder une même résolution sur la gamme de fréquence[Barsikow et al, JSV 1986]
Train test à 250 km/h dont les wagons comportent des roues avec différents types de frein : les niveaux (global A) les plus faibles correspondent à des freins à disque.
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
38
Antennes 2DMéthodes de formation de voies
Les antennes planes sont basées sur le même principe
Sum and Delay Array : les voies sont retardées en fonction de la position du point focal, puis sommées
fenêtre d’apodisation
-0.5 0 0.5-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
x [m]
z [m
]
type d'antenne : star3h
-0.5 0 0.5-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
x [m]
z [m
]
type d'antenne : rectangular
-0.5 0 0.5-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
x [m]
z [m
]
type d'antenne : cross
( ) ( )∑∑
=
=
+∗=
M
j
jij
ji
j
M
j ji
ji c
rttp
r
w
r
wtS
1
12
1 δ
jw
20
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
39
Résolution et lobes secondairesMéthodes de formation de voies
-0.5 0 0.5
-0.5
0
0.5
x [m]
z [
m]
type d'antenne : rectangular
-10
0
10
05
10-10
-5
0
5
10
M = 121 microphones
fréquence : 1000 Hz ( /2 = 0.33 m)λ
d = 0.10 m
L = 1.10 m
kL = 20.8
angle d'orientation azimut : 0° site : 0° dist ance de focalisation : 10 m
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (azimut) 0°
0
-10
-20
-30
-90-60
-30
0
30
6090
angle de site [°]
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle de site [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (site) 0°
ouverture du lobe principal à -3 dB
azimut : 14.0°
site : 14.0°
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
40
Résolution et lobes secondairesMéthodes de formation de voies
-10
0
10
05
10-10
-5
0
5
10
M = 31 microphones
fréquence : 1000 Hz ( /2 = 0.33 m)λ
d = 0.10 m
L = 1.10 m
kL = 20.8
angle d'orientation azimut : 0° site : 0° dist ance de focalisation : 10 m
-0.5 0 0.5
-0.5
0
0.5
x [m]
z [
m]
type d'antenne : star3h
-10
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (azimut) 0°
0
-10
-20
-30
-90-60
-30
0
30
6090
angle de site [°]
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle de site [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (site) 0°
ouverture du lobe principal à -3 dB
azimut : 21.6°
site : 21.6°
21
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
41
Résolution et lobes secondairesMéthodes de formation de voies
-10
0
10
05
10-10
-5
0
5
10
M = 21 microphones
fréquence : 1000 Hz ( /2 = 0.33 m)λ
d = 0.10 m
L = 1.10 m
kL = 20.8
angle d'orientation azimut : 0° site : 0° dist ance de focalisation : 10 m
-0.5 0 0.5
-0.5
0
0.5
x [m]
z [
m]
type d'antenne : cross
angle d'azimut [°] 0
-10
-20
-3090
60
300
-30
-60
-90
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle d'azimut [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (azimut) 0°
0
-10
-20
-30
-90-60
-30
0
30
6090
angle de site [°]
-50 0 50-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
angle de site [°]
atté
nuat
ion
[dB
]
angle d'orientation (site) 0°
ouverture du lobe principal à -3 dB
azimut : 22.5°
site : 22.5°
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
42
Résolution et lobes secondairesMéthodes de formation de voies
Effet des lobes secondaires pour une source en face de l’antenne
Effet des lobes de réseau (sous échantillonnage spatial)
22
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
43
Résolution et lobes secondaires: répartition des capteurs
Méthodes de formation de voies
64 microphones
Grille régulière
Répartition aléatoire
Arrangement en spirale
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
44
Application des méthodes de formation de voiesMéthodes de formation de voies
localisation de l’origine du bruit et aide à la compréhension des phénomènes
(Doc. ACB Engineering)
Différentes dispositions de
microphones
23
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
45
Application des méthodes de formation de voiesMéthodes de formation de voies
localisation des fuites et des sources de bruit
(Doc. ACB Engineering)
Analyse des fuite sur la porte passager au cours d’un test sur route à 150 km/h
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
46
Utilisation des antennes en soufflerieUtilisation des antennes en soufflerie
Méthodes de formation de voies
Utilisation des antennes en soufflerieUtilisation des antennes en soufflerie
(Doc. ACB Engineering)
Analyse du bruit aéroacoustique généré par
un rétroviseur
Permet de choisir entre deux Permet de choisir entre deux
configurationsconfigurations
24
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
47
Méthodes de formation de voies : bruit de passageMéthodes de formation de voies
Utilisation pour l’analyse du bruit de passageUtilisation pour l’analyse du bruit de passage
(Doc. ACB Engineering)
Mise en évidence du bruit de contact pneu-chaussée à 144 km/h
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
48
Sources mobilesMéthodes de formation de voies
Résultats par bandes d’octave pour le TGV Atlantique (Doc. SNCF)
Trajectoirede la cible
Antenne
Zone de suivi
D°45 °45
25
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
49
Sources mobiles : éolienneMéthodes de formation de voies
Résultats par bandes de 1/3 d’octave (Oelermans et al, JSV 2007)
Hauteur de la tour 53.5 m Diamètre du rotor 58 m
Vitesse de rotation 25 tr/mn
148 microphones
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
50
Utilisation des antennes en aéronautiqueMéthodes de formation de voies
(Doc. Boeing, Underbrink)
localisation des sources de bruit sur un avion au décollage chez Boeing
Déploiement d’une très grande Déploiement d’une très grande antenne comportant 617 microphones antenne comportant 617 microphones
26
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
51
Utilisation des antennes en aéronautique : antennes en croixMéthodes de formation de voies
(Doc. ONERA)
localisation des sources de bruit sur un avion au décollage
Airbus A340 survolant une antenne en Airbus A340 survolant une antenne en croix comportant 40 microphones croix comportant 40 microphones
600 Hz600 Hz
1200 Hz1200 Hz
2500 Hz2500 Hz
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
52
Exemple (voir diapositive suivante)Méthodes fréquentielles
Richardson-Lucyconventional
498 Hz498 Hz
10 dB10 dB
Bartlet
SOAP
Reg. 10 dB
110 mic.
4 m x 4 m
27
Ensim 5 A - Antennes acoustiques
53
ExempleMéthodes fréquentielles
Etude réalisée par le CETIM avec une antenne ACB Engineering et un logiciel de traitement VisualVibroAcoustics
Bouche d'échappement
Bouche d'admission
Aération
Pompe