Contribution à la modélisation du confort vibratoire et acoustique sous excitations multi-harmoniques en cabine d’hélicoptères

Contribution to the modelling of vibratory and acoustic comfort under multi-harmonic excitations in helicopter cabins

• Auteur / Autrice : Laurianne Delcor
• Direction : Etienne Parizet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 29/06/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École 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 : Catherine Marquis-Favre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Parizet, Catherine Marquis-Favre, Joël Ducourneau, Frank Simon, Maël Amari
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joël Ducourneau, Frank Simon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lutte contre le bruit

Ondes sonores

Vibrations

Acoustique

Mots clés libres

Acoustique

Vibration acoustique

Vibration et bruit

Perception sonore

Perception du son

Confort

Inconfort

Prédiction

Hélicoptère

Isolation sonore

Nuisances sonores

Indicateur

Bruit h

Protection auditive active

Acoustic

Acoustic vibration

Vibration noise

Sound perception

Comfort

Discomfort

Prediction

Sound insulation

Noise annoyance

Indicator

Noise

Hearing protection

Résumé

Les hélicoptères sont des machines complexes générant une quantité importante de bruit et de vibrations. Il est donc important pour Airbus de savoir en spécifier l’inconfort pour proposer des hélicoptères confortables à leurs clients. La littérature propose une norme pour quantifier le confort vibratoire à partir de mesures d’accélérations (ISO2631-1). Concernant le bruit, des études internes à Airbus ont été réalisées et ont montré que l’inconfort sonore pouvait être modélisé par une fonction de la sonie, de l’acuité, de la tonalité et du niveau en dB(G). Enfin, il n’existe pas de modèle d’inconfort global liant l’inconfort de stimuli sonores et vibratoires simultanés, pour une application à l’hélicoptère. Cette thèse vise à modéliser l’inconfort global en se basant sur ces outils. Plusieurs expériences perceptives visant à faire évaluer l’inconfort de stimuli vibratoires à des volontaires ont été réalisées. Elles ont montré que la norme ISO2631-1 fournit une bonne estimation de l’inconfort vibratoire. Une modification de cette norme prenant en compte la modulation d’amplitude des accélérations permet d’améliorer la qualité prédictive dans le cas de phénomènes de battements. Des expériences similaires ont été réalisées en acoustique, où des participants ont évalué des stimuli sonores sans et avec protections auditives. Dans le premier cas, le modèle d’inconfort développé par Airbus reste valable. Un modèle plus simple basé sur la sonie uniquement permet une meilleure estimation de l’inconfort sonore. Avec protections auditives, l’estimation de l’inconfort n’est pas aussi directe, il faut au préalable filtrer les signaux sonores par les atténuations des protecteurs. Cette thèse a montré que pour des sons d’hélicoptères, les valeurs d’atténuations fournies par les constructeurs sont trop optimistes. Des mesures objectives d’atténuations donnent des valeurs plus faibles, en accord avec les préconisations de l’INRS. Les signaux sonores sont donc filtrés par les atténuations des protecteurs fournies par les constructeurs pénalisées selon l’INRS. Un modèle à partir de la sonie seule permet d’estimer l’inconfort sonore sous protections auditives. Toutefois, les coefficients de ce modèle sont différents du modèle obtenu pour une écoute sans protections. Enfin, des volontaires ont estimé l’inconfort global pour du bruit et des vibrations d’hélicoptères joués simultanément. Les résultats ont montré qu’un modèle d’inconfort global peut être obtenu à partir des indicateurs d’inconfort sonore et des indicateurs d’inconfort vibratoire. Ce modèle est basé sur une régression linéaire à laquelle un terme de couplage a été ajouté, sous la forme de la valeur absolue de la différence entre l’indicateur sonore et l’indicateur vibratoire. Un modèle simplifié permet de s’affranchir des mesures vibratoires à l’assise et au dossier et permet d’estimer l’inconfort à partir de mesures de bruit et d’accélérations aux pieds, pour un siège donné.

Helicopters are complex machines generating a significant amount of noise and vibration. It is therefore important for Airbus to be able to specify the discomfort to offer comfortable helicopters to their customers. The literature proposes a standard to quantify vibration comfort from acceleration measurements (ISO2631-1). Concerning noise, internal Airbus studies have been carried out and have shown that noise discomfort can be modelled as a function of loudness, acuity, tone and level in dB(G). Finally, there is no overall discomfort model linking the discomfort of simultaneous sound and vibration stimuli for application to the helicopter. This thesis aims to model global discomfort based on these tools. Several perceptual experiments aimed at evaluating the discomfort of vibratory stimuli in volunteers have been performed. They have shown that the ISO2631-1 standard provides a good estimate of vibratory discomfort. A modification of this standard taking into account the amplitude modulation of accelerations makes it possible to improve the predictive quality in the case of beating phenomena. Similar experiments have been performed in acoustics, where participants evaluated sound stimuli without and with hearing protection. In the first case, the discomfort model developed by Airbus remains valid. A simpler model based on loudness alone allows a better estimation of the sound discomfort. With hearing protectors, the estimation of discomfort is not as direct, the sound signals must first be filtered out by the attenuation of the protectors. This thesis has shown that for helicopter sounds, the attenuation values provided by the manufacturers are too optimistic. Objective attenuation measurements give lower values, in accordance with INRS recommendations. The sound signals are therefore filtered by the attenuations of the protectors provided by the manufacturers penalized according to the INRS. A model based on loudness alone makes it possible to estimate the sound discomfort under hearing protection. However, the coefficients of this model are different from the model obtained for listening without protection. Finally, volunteers estimated the global discomfort for noise and vibrations of helicopters played simultaneously. The results showed that a global discomfort model can be obtained from the noise discomfort indicators and the vibration discomfort indicators. This model is based on a linear regression to which a coupling term was added, in the form of the absolute value of the difference between the noise indicator and the vibration indicator. A simplified model makes it possible to dispense with vibration measurements at the seat and backrest and to estimate discomfort from noise measurements and foot accelerations for a given seat.