Objets des recherches. Applications. Objectif de l exposé. Thèmes abordés

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1 Objectif de l eposé Sources acoustiques : matériau, géométrie et non-linéarités. De la conception à la perception Antoine Chaigne Séminaire UME/LAMSID 10 novembre 010 Tentative de synthèse des travau menés à l UME en acoustique depuis 003 Résultats issus des thèses de : Christophe Stoelinga (007) Nicolas Quaegebeur (007) Petr Sidlof (007) Kevin Arcas Castillo (009) Virginie Delavaud (010) Juliette Chabassier (en cours soutenance 011)..et de travau menés en commun avec : Olivier Coutier et Jean-François Devillers (004-06) Stephen McAdams (Univ. McGill) et V. Roussarie (PSA) (000-10) 1 Objets des recherches Compréhension des mécanismes de génération du son sources d origine vibratoire (roulements, HP, plaques, piano,...) interaction fluide-structure (cordes vocales) Identification des propriétés des sources impliquées dans ces mécanismes matériau géométrie non-linéarités (amplitude) Développer des modèles physiques de sources soumis à validation epérimentale soumis à validation auditive (modèles temporels) Applications Synthèse sonore applications musicales (piano) psychoacoustique (barres, plaques, amortissements, roulements...) Transports qualité sonore des véhicules (bruits de roulements, HP) sonorisation (HP, reverbérateur) maintenance (rugosité voies) Facture et procédés de fabrication de sources instruments de musique (piano) haut-parleurs 3 4 Thèmes abordés 1. Vibroacoustique de sources «complees» compleité : géométrie, matériau, non-linéarités, multiphysique eemple : haut-parleurs. Audio, perception et acoustique musicale compleité : description physique fine des structures, qualité sonore liens entre paramètres physiques de source et perception («psychomécanique») e : réverbérateur, impacts sur barres et plaques, piano 3. Roulements et transports compleité : diversité des régimes vibratoires, différentes échelles d espace (rugosité/longueur de voie) et de vitesse e : bille/plaque et roue/rail 4. Fluides et structures compleité : frontières mobiles, équations fluides et couplages e: cordes vocales et son de biseau Thème 1: Vibroacoustique de sources complees Questions posées et résultats obtenus Développement d un modèle vibratoire et acoustique large bande (0 Hz-0 khz) Identification, hiérarchisation et modélisation des causes de distorsion «Optimisation» géométrie/matériau pour des structures hybrides aisymétriques Effet de la courbure sur le rayonnement acoustique Refs: JSV07 ; JAES08 ; AA

2 Thème 1 : illustrations Modèle vibratoire large bande d un HP Courbes de réponse vitesse et pression large bande Tau de distorsion en fonction de la fréquence «Optimisation» forme/matériau Directivité fonction de la courbure Application : prototype GL (Laum) 7 8 Réponses en fréquence d un HP électrodynamique Tau de distorsion d un HP électrodynamique Fondamental 1m 1m θ45 Harmonique Harmonique «Optimisation» forme-matériau d un HP «Optimisation» forme-matériau δ Rapport des rigidités interne/eterne Coefficient NL paramètre rapport de densités interne/eterne 11 1

3 Influence de la courbure sur la réponse en fréquence en champ lointain dans l ae de la coque Influence de la courbure sur la directivité de la coque R R a a a R La courbure réduit la bande passante La courbure élargit le cône de directivité en HF Thème : audio et acoustique musicale Questions et résultats obtenus Réverbérateur à plaque Réverbérateur Développement d un réverbérateur à plaque «tout numérique» Compréhension du rôle du matériau dans la qualité sonore du réverbérateur Impacts sur barres et plaques identification de la célérité c L E ρ et de l amortissement comme paramètres physiques principau dans la perception des impacts Piano (en cours) Développement d un modèle général de cordes raides couplées non linéaires Compréhension des conditions de couplage au chevalet Refs : Jasa 04, Jasa10, AA10 et CMAME10 ; Réverbérateur matériau optimal - «Psychomécanique» de barres impactées Equation du mouvement de la plaque coefficient d amortissement Choi «optimal» du matériau 17 18

4 Cas des plaques : identification auditive du matériau Piano : modèle de cordes non linéaires F t θ θ 1 T F L T 19 µ y tt µ ξ tt EA y ( EA T 0 ) EA ξ ( EA T 0 ) y (, t) u ξ(,t) y y ( ) ξ 1 + ξ y + ( 1 + ) ξ 0 SIMULATIONS Cas du piano Piano : mouvement du chevalet Amplitude transverse initiale T 0 EA 1 Thème 3 : roulements et transports Roulement bille sur plaque : régimes dynamiques Cas d école : bille sur plaque mise en évidence de 4 types de régimes dynamiques (sons et vidéos): modulation d amplitude rebonds périodiques rebonds chaotiques contact continu Validation et simulation d une loi de contact non linéaire Etension au contact roue-rail Références : AAA07 ; IWRN10 3 4

5 Roulements : simulation d une loi de contact non linéaire (sons et vidéos) Bille sur plaque : 4 régimes dynamiques 1. modulation d amplitude. rebonds périodiques 3. rebonds chaotiques 4. contact continu acier verre aluminium épicéa carbone panneau particules 6 mm panneau particules 1 mm 5 Pression Force contact 6 Contact roue rail modèle temporel (SNCF) Nouveau défis échelles spatiales CLA vitesses rugosités réalistes modélisation des traverses Thème 4 : fluides et structures Cordes vocales Simulation D avec frontières mobiles Réalisation d un dispositif epérimental auto-oscillant (PIV) Mesure du point de séparation du jet Son de biseau Influence de la nature du gaz sur l instabilité Simulation numérique de l interaction jet-biseau Force d interaction roue-rail F(t) Références : EIF010 ; ACM010 ; AAA Cordes vocales : simulation D Cordes vocales : dispositif epérimental Maillage Vitesse Pression 9 30

6 cordes vocales : dispositif () Cordes vocales : mesure du point de séparation du jet 31 3 Son de biseau Projet en cours de démarrage : Influence de raidisseurs sur le rayonnement de plaques (et coques) Montage epérimental : dièdre disposé dans un jet rectangulaire Ombroscopie de l impact du jet sur le biseau avec injection de CO comme traceur Simulation : Champs de vorticité (code IZ - LEGI) Maillage Applications instruments à cordes transport (véhicules) Premières observations réponse en fréquence : 1- khz influence de la (non)-périodicité des raidisseurs Stratégies de modélisation : état de l art (en cours) Difficultés identifiées Approche envisagée Perspectives et projets futurs Modèles de matériau absorbants complees Génération de bruits internes et eternes en transport maritime Bruits des véhicules électriques 35 Modèles de matériau absorbants complees Eemples : polymères, matériau poreu et composites Large utilisation transport : confort acoustique batiment : isolation instruments de musique et conception de sources sonores Position du problème Grande dispersion des courbes d absorption fréquentielles Modèles souvent approchés (phénomènes compliqués) Peu (ou pas) de modèles temporels disponibles Etudes envisagées Développement de modèles temporels d absorption large bande (domaine audible) possédant de de bonnes propriétés mathématiques (stabilité, robustesse,...) compromis coût-compleité Eploitation en synthèse sonore sur des structures simples (barres, plaques,...) applications en psychoacoustique (psychomécanique?) : projet GDR «Visible» UME- LAMSID-ENTPE 36

7 Bruit interne et eterne en transport maritime Contete Démarrage à l UME d études sur l interaction houle-navire Opportunité d étendre les modèles vibro-acoustiques eistants au fluides lourds Possibilité de couplage modèles sources/propagation acoustique Approches possibles (à discuter) Ecriture d un modèle vibroacoustique complet Identification des non-linéarités et sélection équations surface libre non-linéarités mécaniques variation temporelle du chargement (couplage) viscosité? Choi d un modèle approché et résolution Bruit des véhicules électriques (projet interdisciplinaire labe LaSIPS) Contete : nouveau dimensionnement mécanique et conséquences multiples en vibroacoustique Intégration du bloc moteur Modifications des fréquences émises Emergence de bruits nouveau (?) d origine électrique Dimensionnement des parois Terrain encore quasiment vierge pour les études mites modèles/perception Qualité sonore dans l habitacle Perception humaine au sens large Insertions de bruits artificiels? Problèmes de sécurité prévisibles à résoudre champ acoustique eterne Emissions sonores artificielles? 37 38