Développement et mise en œuvre d’une approche psycho-physio-acoustique pour le contrôle temps réel de l’impact du bruit en cabine d’hélicoptère

Development and implementation of a psycho-physio-acoustic approach for real-time control of noise impact in helicopter cabins

• Auteur / Autrice : Emilie Jahanpour
• Direction : Frank Simon, Mickaël Causse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences, comportement et cognition & Acoustique, Sciences du Langage
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Multi-Physique pour l'Energétique - DMPE (Toulouse, Haute-Garonne) - Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département conception et conduite des véhicules aéronautiques et spatiaux
• Jury : Président / Présidente : Etienne Parizet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Simon, Mickaël Causse, Etienne Parizet, Guillaume Andeol, Catherine Lavandier, Fabrice Parmentier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Parizet, Guillaume Andeol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Psychoacoustique

Hélicoptères

Mots clés libres

Bruit d'hélicoptère

Psychoacoustique

Mesures physiologiques

Confort acoustique

Performances cognitives

Helicopter noise

Psychoacoutics

Physiological measures

Acoustic comfort

Cognitive performance

Résumé

Le bruit environnemental a des effets bien connus sur l’humain. A court terme, il peut être source de stress, de fatigue, ou de déconcentration. Pour autant, la littérature montre des effets complexes, il peut par exemple être source de plaisir et de motivation. Dans le domaine de l’acoustique hélicoptère, le bruit en cabine est particulier parce qu’il possède une large gamme de fréquence (10-10000Hz). Le bruit de la boîte de transmission principale est particulièrement désagréable parce qu'il s'agit d'un bruit de type tonal dans des gammes de fréquences (500-3000 Hz) proches de la parole (200-6000Hz) auxquelles l’humain est très sensible. Les passagers émettent le désir de pouvoir travailler, lire et se reposer sans être gêné, ainsi, un enjeu pour les constructeurs consiste à améliorer le confort sonore en cabine. Pour réduire ce bruit, une solution est d’utiliser le contrôle actif. Airbus Helicopters a développé un système d’appui-tête intégrant des haut-parleurs et des microphones permettant de générer une zone autour de la tête des passagers dans laquelle le contrôle actif est réalisé. L’ajout d’un algorithme multi-tonalité, visant à filtrer uniquement les tonalités émergeantes, permet un gain allant jusqu’à 4 dB(A), ce qui représente une réduction de l’inconfort de 15%. L’objectif de cette thèse était de définir s’il est pertinent de filtrer toutes ces tonalités en fonction de l’activité courante du passager. Autrement dit, cette thèse visait à mieux cerner l’impact de différents bruits de cabine d’hélicoptère sur les performances cognitives et le confort des passagers, grâce à des mesures subjectives, comportementales (performance, oculométrie) et psychophysiologiques (électroencéphalographie, électrocardiographie). Afin de simuler l’activité d’un passager, trois tâches ont été sélectionnées : une tâche de « travail » (combinant calcul mental, raisonnement et mémoire de travail), une tâche de lecture et enfin une tâche de repos. Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus par l’échelle de confort acoustique développée par Airbus Helicopters. Nous retrouvons une bonne correspondance entre cette échelle et nos résultats. Par ailleurs, nos résultats comportementaux et psychophysiologiques font apparaitre qu’une exposition courte aux sons d’hélicoptères n’a généralement que très peu d’effets délétères sur les performances aux tâches et ne crée qu’une faible augmentation du niveau de stress, observable par l’activité cérébrale et cardiaque. Cependant, le ressenti subjectif est le plus impacté par le bruit, avec un ressenti négatif associé aux bruits ayant le plus de tonalités.

Environmental noise has well-known effects on humans. In the short term, it can be a source of stress, fatigue, or decreased alertness. However, the literature shows complex effects, it can, for example, be a source of pleasure and motivation. In the field of helicopter acoustics, cabin noise is particular because it has a wide frequency range (10-10000Hz). The noise of the main transmission gearbox is particularly unpleasant because it is tonal noise in frequency ranges (500-3000 Hz) close to speech (200-6000 Hz) to which humans are very sensitive. Passengers want to be able to work, read and rest without being annoyed, so one challenge for manufacturers is to improve sound comfort in the cabin. To reduce this noise, one solution is to use active noise control. Airbus Helicopters has developed a headrest system integrating speakers and microphones to generate an area around the passenger's head in which active noise control is performed. The addition of a multi-tone algorithm, designed to filter only emerging tones, allows a gain up to 4 dB(A), which represents a 15% reduction in discomfort. The purpose of this thesis was to define whether it is relevant to filter all these tones according to the passenger's current activity. In other words, this thesis aimed to better understand the impact of different helicopter cabin noises on cognitive performance and passenger comfort through subjective, behavioural (performance, oculometry) and psychophysiological (electroencephalography, electrocardiography) measurements. In order to simulate a passenger's activity, three tasks were selected: a "working" task (combining mental calculation, reasoning, and working memory), a reading task and finally a resting task. The results were compared with those obtained by the acoustic comfort scale developed by Airbus Helicopters. We find a good correspondence between this scale and our results. In addition, our behavioural and psychophysiological results show that, generally short exposure to helicopter noises has limited deleterious effects on task performance and creates only a slight increase in stress level, observable through the cerebral and cardiac activity. However, the subjective feeling is most impacted by noise, with a negative feeling associated to the noises with the most tones.