Caractérisation expérimentale de la réponse vibro-acoustique de panneaux sous excitations aléatoires par mesure de fonctions de sensibilité

Experimental characterization of the vibro-acoustic response of panels under random excitation by measurement of sensitivity functions

• Auteur / Autrice : Christophe Marchetto
• Direction : Alain Berry, Laurent Maxit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 14/02/2018
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique (Lyon, INSA) - Laboratoire Vibrations Acoustique / LVA
• Jury : Président / Présidente : Charles Pezerat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Berry, Laurent Maxit, Charles Pezerat, Cédric Maury, Noureddine Atalla, Elena Ciappi, Pascale Neple, Olivier Robin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Charles Pezerat, Cédric Maury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Acoustique

Mots clés libres

Vibro-Acoustique

Vibration acoustique

Champ de pression aléatoire

Méthode expérimentale

Energie acoustique

Champ acoustique

Vibro-Acoustics

Acoustic vibration

Random pressure field

Experimentale method

Acoustic energy

Acoustic field

Résumé

La caractérisation expérimentale de la réponse vibro-acoustique de panneaux excités par des champs de pression aléatoire est d'un grand intérêt dans le monde de la recherche, aussi bien industrielle qu'académique. Dans le domaine des transports, ce type d'excitation se rencontre par exemple lorsqu'un écoulement turbulent se développe en paroi d'un véhicule en mouvement. Les fluctuations de pression induites par la couche limite turbulente excitent les parois qui rayonnent un bruit à l'intérieur de l'habitacle. La reproduction expérimentale de ces fluctuations de pression nécessite des moyens qui peuvent être très coûteux (i.e, tunnel aérodynamique, essais in situ) et dont il est difficile de maîtriser tous les paramètres physiques. Un second exemple de champ de pression aléatoire est le champ acoustique diffus. Celui-ci est généralement reproduit dans une chambre réverbérante que l'on couple souvent à une chambre anéchoïque par l'intermédiaire de la paroi dont on souhaite étudier l'isolation acoustique. Un champ acoustique est supposé diffus si l'énergie acoustique provient de toutes les directions et l'intensité des ondes incidentes est équiprobable, ce qui n'est jamais le cas en pratique (problème des angles rasants, modes propres en basse fréquence, etc.). Il y a donc un fort intérêt à disposer d'un outil de laboratoire permettant de reproduire l'effet d'excitations aléatoires dans un environnement qui peut être contrôlé. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse qui a pour but de développer une méthode expérimentale permettant de caractériser le comportement vibro-acoustique de panneaux sous champ de pression aléatoire tout en se passant des moyens de mesures usuels (soufflerie, chambre réverbérante, essais in situ, etc.). Les approches étudiées dans cette thèse se basent sur la formulation mathématique du problème dans le domaine des nombres d'onde. Celle-ci met en évidence une séparation explicite des contributions de l'excitation via son interspectre de pression pariétale, de celles du comportement vibro-acoustique du panneau via des fonctions appelées "fonctions de sensibilité". Supposant donc que l'interspectre de pression pariétale de l'excitation est connu, il suffit de déterminer expérimentalement ces fonctions de sensibilité, sur le panneau ou dans le milieu acoustique, pour déterminer par post-traitement la réponse du panneau à l'excitation considérée. Deux méthodes permettant de déterminer les fonctions de sensibilité seront étudiées numériquement et validées expérimentalement: la méthode par antenne synthétique et la méthode basée sur le principe de réciprocité. Pour étudier la validité de ces méthodes, on compare leurs résultats à ceux obtenus par des moyens standards sur la base de plusieurs indicateurs vibro-acoustiques. Les méthodes sont validées en considérant les deux types d'excitations évoqués précédemment et pour deux types de panneaux: un panneau académique et un panneau "complexe" issu du domaine aéronautique.

The experimental vibro-acoustic characterization of panels submitted to random pressure fields is of great interest in the industry as well as in research laboratories. For the transport sector, this type of excitation can be found when a turbulent flow develops at the wall of a moving vehicle for example. The pressure fluctuations induced by the turbulent boundary layer excite the panels which radiate a noise inside the cabin. The experimental reproduction of those pressure fluctuations requires test means which can be very costly (i.e., wind tunnel, in situ tests) and whose physical parameters can hardly be controlled. The repeatability of measurements can thereby be questioned which makes it hard to compare different technological solutions. A second example of random pressure field is the diffuse acoustic field. This latter is usually reproduced in a reverberant room which is often coupled with an anechoic chamber by means of the panel whose acoustic insulation is to be tested. A pressure field is assumed to be diffuse if the acoustic energy comes from every direction with an equiprobable intensity of the incident waves. This assumption is never fully reached in practice (lack of grazing incident waves, strong modal behavior of the room at low frequencies, etc.). A laboratory tool which allows reproducing the effect of those random excitations in a controlled environment is therefore of great interest. In this context, this thesis aims at developing an experimental method to characterize the vibro-acoustic behavior of panels under random pressure fields without using the common test means (wind tunnel, reverberant room, in situ tests, etc.). For relevance sake, this approach must compensate for the previously stated issues. The approaches studied in this work are based on the mathematical formulation of the problem in the wavenumber domain. This latter allows an explicit separation of the contributions of the excitation via the wall-pressure cross-spectrum, from those of the vibro-acoustic behavior of the panel via so-called `sensitivity functions'. Assuming the wall-pressure cross-spectrum of the excitation is known, it is only required to experimentally determine those sensitivity functions, on the panel or in the acoustic medium, to determine the response of the panel to the considered excitation by post-processing. Two methods aiming at determining the sensitivity functions will be numerically and experimentally studied: the source scanning technique and the method based on the reciprocity principle. Results obtained with those method are compared to measurements using standard test means to attest the validity of those methods. Several vibro-acoustic indicators will be confronted while considering the two previously mentioned excitations and for two types of panels: an academic panel and a `complex' from the aeronautic sector. This latter shows the applicability of the method in an industrial context.