Développement d’un modèle numérique de propagation acoustique dans un local délimité par des parois à relief géométrique

Development of a numerical model of acoustic propagation in a room bounded by relief walls

• Auteur / Autrice : Kévin Rabisse
• Direction : Joël Ducourneau, Adil Faiz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 10/10/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Marie-Annick Galland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Embrechts, Michel Bérengier, Alexandre Garcia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Embrechts, Michel Bérengier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acoustique architecturale

Ondes sonores -- Diffusion

Simulation par ordinateur

Ondes -- Propagation

Propriétés acoustiques

Murs

Mots clés libres

Propagation acoustique

Diffusion acoustique

Espace clos

Paroi à relief

Modèle numérique

Acoustic propagation

Acoustic scattering

Enclosed space

Relief wall

Numerical model

Résumé

L’étude de la propagation sonore dans un milieu confiné nécessite une connaissance précise des caractéristiques acoustiques et géométriques des parois qui le délimitent. En effet, le relief géométrique des parois d’un local engendre des phénomènes acoustiques complexes pouvant impacter significativement la propagation sonore : diffusion, diffraction ou encore résonance si le relief présente une géométrie particulière. L’objectif de cette étude est de développer un modèle numérique simulant la propagation sonore dans un espace confiné délimité par des parois à relief géométrique. Dans un premier temps, la méthode de décomposition rectangulaire adaptative (ARD) est utilisée pour simuler la propagation en milieu confiné. Cette méthode est ensuite couplée à la méthode de différences finies dans le domaine temporel (FDTD) et l’utilisation de filtres d’impédance numériques (DIF) pour simuler des parois à relief géométrique possédant une impédance dépendante de la fréquence. L’intégration de la méthode FDTD dans la méthode ARD est rendue possible par l’utilisation de couches absorbantes parfaitement adaptées (PML). Le modèle numérique est validé par comparaison aux méthodes Kobayashi Potential (KP) et sources images ainsi qu’à des résultats expérimentaux. Enfin, le modèle est utilisé pour étudier la diffusion acoustique causée par plusieurs parois à relief expérimentales. Un coefficient d’absorption acoustique apparent est ainsi estimé pour caractériser chacune de ces parois

The study of sound propagation in an enclosed space requires a precise knowledge of the acoustic and geometrical characteristics of its boundaries. Indeed, the geometric relief on the walls of a room causes complex acoustic phenomena that can significantly impact the sound propagation: scattering, diffraction or even resonance if the relief has a particular geometry. The objective of this study is to develop a numerical model of sound propagation in an enclosed space bounded by walls with geometric relief. First, the Adaptive Rectangular Decomposition (ARD) method is used to simulate the propagation in a room. Then, this method is coupled with the Finite Difference in Time Domaine (FDTD) method and the use of digital impedance filters (DIF) to include boundaries with geometric relief and frequency-dependent impedance. The integration of the FDTD method into the ARD method is made possible by the use of perfectly matched layers (PML). The numerical model is validated by comparison with the Kobayashi Potential (KP) and image source methods as well as experimental results. Finally, the model is used to study the sound scattering caused by several experimental relief walls. An apparent sound absorption coefficient is thus estimated to characterize each of these different walls