Localisation de source acoustique en soufflerie anéchoïque par deux techniques d'antennerie : formation de voies et retournement temporel numérique

Sound source localisation in an anechoic wind-tunnel by two microphone array techniques : beamforming and numerical time reversal

• Auteur / Autrice : Thomas Padois
• Direction : Christian Prax, Vincent Valeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique - Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souffleries aérodynamiques

Retournement temporel (acoustique)

Antennes-réseaux à commande de phase

Audition directionnelle

Aéroacoustique

Résumé

Le développement croissant des moyens de transport a engendré des nuisances sonores en zone urbaine et périurbaine. Pour pallier ce problème les industriels sont amenés à effectuer des études en vue de la réduction du bruit. La première étape de ce travail consiste à localiser les zones responsables de la production sonore. Le traitement d’antenne microphonique associé à la formation de voies (beamforming) est une méthode classique et robuste de localisation de sources sonores. Dans le cas de sources aéroacoustiques, cette technique d'imagerie peut être appliquée in situ, engendrant un coût important, ou en soufflerie anéchoïque. L'application de cette technique à des mesures en soufflerie permet ainsi de localiser des sources de bruits dans un écoulement, mais les effets de l'écoulement sur la propagation doivent être pris en compte pour une localisation optimale. Une expérience de localisation de source est mise en place dans la soufflerie anéchoïque Eole afin de valider le traitement par formation de voies associé aux corrections des effets de l’écoulement. Deux modèles correctifs distincts sont testés (modèle d’Amiet et modèle de Koop). Les résultats montrent que cette technique permet d’estimer très précisément la position de la source acoustique. De plus, nous montrons que les effets de l'écoulement sur la propagation sont bien indépendants de la longueur d'onde acoustique. Cependant, les moyens techniques limitent l'étude sur la localisation de source à de faibles vitesses, ainsi un code numérique résolvant les équations d'Euler linéarisées est utilisé afin de simuler des conditions d’écoulement plus diverses. Nous mettons en évidence que le décalage apparent de la position de la source, dû aux effets de convection et réfraction des ondes acoustiques, est approximativement proportionnel au produit du nombre de Mach par l'épaisseur d'écoulement uniforme. De plus, nous montrons que les deux corrections testées demeurent robustes même pour un nombre de Mach élevé. Dans une seconde partie nous présentons une méthode originale de localisation de source pour l'aéroacoustique s'appuyant sur une technique connue en acoustique, le retournement temporel. Contrairement à la formation de voies, cette méthode ne fait aucune hypothèse sur le rayonnement de la source et sur la distance source-antenne. Nous montrons que les équations d'Euler linéarisées autour d'un écoulement moyen sont invariantes par retournement temporel en changeant le sens de l'écoulement moyen. Puis une étude numérique des capacités d'un miroir à retournement temporel pour la localisation de source monopolaire ou dipolaire en soufflerie est réalisée. Finalement des expériences sont menées en soufflerie ; les signaux obtenus sont retournés temporellement et la phase de rétropropagation est réalisée numériquement. Les résultats montrent qu'il est possible de localiser la position de la source sans les hypothèses liées à la formation de voies et sans correction des effets de l'écoulement. De plus, les capacités de la méthode à localiser une source aéroacoustique intermittente sont mises en évidence.

Beamforming (BF) is a powerful technique to localise sound sources in a wind-tunnel, but the flow effects on the acoustic propagation should be taken into account. An experiment is carried out in an anechoic wind-tunnel in order to validate the BF treatment associated to flow corrections. The results show that the BF technique can estimate very accurately the position of the source. However, the experiments are limited by the low speed of the wind-tunnel. So, a numerical code solving the linearized Euler equations (EEL) is used to simulate different flow conditions. We show that the apparent position shifting of the source, due to the effects of the flow is roughly proportional to the product of the Mach number by the thickness of the uniform flow. Furthermore, we show that the corrections remain robust for a higher Mach number. Then we present a new method for localising a source in a wind-tunnel based on the time-reversal technique. We show that EEL are invariant under time-reversal in changing the direction of the flow velocity. The experimental signals obtained are time-reversed and the backpropagation is performed numerically. The results show that it is possible to localise the source position, without BF assumptions and without flow corrections. The ability of the method to localise an intermittent aeroacoustic source is highlighted.