Caractérisation des sources acoustiques associées aux décharges couronnes négatives

• Auteur / Autrice : Kaëlig Castor
• Direction : Michel Bruneau, Philippe Béquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Le Mans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pression acoustique

Électroacoustique

Vélocimétrie laser Doppler

Gaz ionisés

Haut-parleurs

Résumé

L'étude porte sur les caractéristiques électriques et acoustiques des haut-parleurs ioniques, de configuration d'électrodes pointe-plan dans l'air, où le gaz ionisé est obtenu par des décharges électriques de type ''couronnes négatives''. L'objet principal de ce travail est la recherche de configurations électriques et géométriques optimales en terme de rendement électroacoustique et de niveau sonore. Le champ de pression généré par le haut-parleur est écrit comme une somme de deux termes, l'un monopolaire, l'autre dipolaire, respectivement relatifs aux transferts thermiques et de quantité de mouvement entre particules chargées et neutres du gaz ionisé. Le volume des décharges, supposé cylindrique jusqu'ici, est considéré tronconique ce qui affine, en basses fréquences, l'ajustement du modèle sur les résultats expérimentaux. Un modèle du bilan énergétique du transducteur et une étude expérimentale, pour divers matériaux de pointe et différentes configurations électriques et géométriques, permettent de proposer une configuration du système qui optimise son rendement électroacoustique. Afin d'augmenter le niveau sonore généré, une première méthode consiste à étudier le haut-parleur : soumis à de forts taux de modulation en courant. A cette fin, un nouveau dispositif expérimental est développé. Les résultats de mesures microphoniques et de mesures de vitesses particulaires par Anémométrie Laser-Doppler, corroborés par un modèle de la pression acoustique (fondamental et harmoniques), montrent un comportement non-linéaire de la source thermique. Une deuxième méthode pour augmenter le niveau sonore est d'augmenter le volume de gaz ionisé en multipliant le nombre de pointes. Les performances acoustiques d'un système multipointe sont restreintes par des interactions électriques entre les décharges issues de chaque pointe. Une bibliographie et une étude théorique permettent d'appréhender les phénomènes mis en jeu et d'estimer la distance optimale de la séparation entre pointes.

The study deals with the electrical and acoustical characterisations of the ionic loudspeakers with point-to-plane electrodes in the air. The ionised gas is obtained by electric discharges called ''negative corona''. The main aim of this work is to find the optimised electrical and geometrical configurations for the electroacoustic efficiency and the acoustic pressure level. The acoustic pressure produced by the loudspeaker is written as a sum of a monopolar term and a dipolar term which are respectively associated to the heat transfers and to the momentum transfers between charged and neutral particles of the ionised gas. In this model, the cylindrical volume of the discharges is replaced by a truncated conical volume. In low frequency, this change contributes to reduce the discrepanciest between predicted and measured acoustic pressure results. A model of the electroacoustic efficiency of the loudspeaker, associated with measurements for various material of point and various geometrical and electrical configurations, are discussed and allow to design a loudspeaker with an optimal electroacoustic efficiency. Two different methods for increasing the acoustic pressure of the loudspeaker have been developed. The first method is based on the high current modulations applied to the loudspeaker. A new experimental device has been constructed and developed. Microphonic measurements and Laser Doppler Anemometry measurements of particle velocities which are in agreement with theoretical development of the acoustic pressure (fundamental and harmonies) show the non linear behaviour of the heat source. The second method increases the ionised gas volume of the discharges by multiplying the point electrodes. The acoustic performances of a multipoint System are restricted by electrical interactions between neighbouring point discharges. A bibliography and a theoretical study allow to understand the phenomena and to estimate the optimal distance between adjacent point electrodes.