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RÉSUMÉ
Le contrôle actif des bruits consiste à réduire un bruit indésirable en lui opposant un « contre-bruit » de même amplitude mais de signe opposé. Ce concept remonte aux années trente mais c’est dans les années soixante-dix que ses bases physiques furent établies. Dans les années quatre-vingt, les progrès du traitement numérique du signal permirent de réaliser des systèmes de contrôle actif adaptatifs qui donnèrent naissance aux premières applications industrielles puis, à partir des années deux mille, à la commercialisation de nombreux produits. Cet article décrit d’abord l’architecture des systèmes. Il détaille ensuite quelques applications du contrôle actif et leurs réalisations industrielles. La dernière partie est consacrée aux aspects psychoacoustiques de ce contrôle et à son utilisation pour l’amélioration de la qualité sonore dans les transports.
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Gérard MANGIANTE : Professeur des universités - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (CNRS Marseille)
INTRODUCTION
Cet article traite des applications du contrôle actif des bruits qui permet de réduire un bruit en lui opposant un « contre-bruit » de même amplitude mais de signe opposé émis par des sources secondaires. Ce concept remonte aux années 1930 mais les quelques tentatives de réalisation et d’exploitation auxquelles il donna lieu restèrent longtemps sans suites. Dans les années 1970, les bases physiques de ce type de contrôle furent établies par les travaux fondateurs de Maurice Jessel (voir l’article [BR 3 010]). Dans les années 1980, les progrès du traitement numérique du signal permirent la réalisation de systèmes adaptatifs capables d’élaborer à chaque instant et sans action extérieure les signaux nécessaires à leur bon fonctionnement. Ce progrès entraîna la naissance des premières applications industrielles du contrôle actif puis, à partir des années 2000, la commercialisation de nombreux produits. Cet article décrit d’abord les signaux nécessaires à la mise en œuvre du contrôle actif (signaux spécifiques au contrôle actif, signaux pour l’acquisition, le traitement et la restitution des données et signaux de communication avec un ordinateur hôte). Il décrit ensuite l’architecture des systèmes (capteurs, modules d’entrée et de sortie, contrôleurs, actionneurs et pilotage) et le choix des composants (filtres, convertisseurs analogique-numérique, convertisseurs numérique-analogique) et des processeurs (circuits intégrés spécifiques, circuits prédiffusés programmables, microcontrôleurs, microprocesseurs à usage général ou processeurs de traitement du signal). Il s’intéresse ensuite aux applications du contrôle actif et aux principales réalisations industrielles qui en résultent (casques antibruits, silencieux, industrie automobile, industrie aéronautique et protection des habitations). La dernière partie est consacrée aux aspects psychoacoustiques de ce contrôle et à son utilisation pour l’amélioration de la qualité sonore dans les transports automobiles, ferroviaires ou aériens.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2008 par Gérard MANGIANTE
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1. Conception des systèmes
Les premiers systèmes de contrôle actif étaient basés sur des dispositifs purement analogiques. Ils ne pouvaient pas « suivre » les variations du bruit à réduire, car leurs réglages ne pouvaient être modifiés que par une action extérieure, par exemple en agissant sur des potentiomètres. Il en résultait que les conditions d’interférence destructive ne pouvaient pas être assurées à long terme, ce qui rendait ces systèmes difficilement utilisables pour des applications pratiques ou industrielles. Le passage à des dispositifs basés sur le traitement numérique du signal allait permettre l’essor du contrôle actif. Les raisons en sont bien connues :
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les systèmes numériques sont peu sensibles aux conditions environnementales et au vieillissement ;
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ils permettent de s’affranchir des erreurs résultant des non-linéarités des composants actifs ou des tolérances des composants passifs ;
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ils bénéficient en permanence des progrès de la microélectronique (accroissement des densités d’intégration et des vitesses de fonctionnement, augmentation des puissances de calcul, réduction des surfaces et des coûts) ;
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les seuls bruits de traitement à prendre en compte sont les bruits de quantification et les bruits de calcul. On peut réduire les premiers en augmentant le nombre de bits utilisé pour coder les données, et rendre les seconds négligeables en utilisant des processeurs à virgule flottante. Ces bruits étant parfaitement connus et stables, les filtres numériques sont très précis. Cette grande précision joue un rôle très important en contrôle actif si on se souvient que l’obtention d’une atténuation importante du bruit primaire nécessite un ajustement très fin de l’amplitude et de la phase du contre-bruit ;
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le contrôle actif peut être rendu adaptatif grâce à un algorithme approprié implémenté dans un processeur. Par cette technique, le système de contrôle actif peut suivre les variations des caractéristiques du bruit à réduire en modifiant, sans action extérieure, la commande des sources secondaires de façon à obtenir en permanence une atténuation optimale.
Le schéma de principe d’un système de contrôle actif est représenté sur la figure 1. Il fait apparaître :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MANGIANTE (G.), ROURE (A.), WINNINGER (M.) - Multiprocessor controller for active noise and vibration control. - Proc. of Active 95, Newport Beach, USA, p. 1183-1190 (1995).
-
(2) - MANGIANTE (G.) - Architectures parallèles pour le contrôle actif. - Publications du Cetim « Applications du contrôle actif à la réduction des bruits et vibrations », Senlis, France, p. 217-224 (1995).
-
(3) - MANGIANTE (G.), ROURE (A.), MATHEVON (V.) - Active control of sound in ducts using self directional secondary sources. - Proc. of Active 97, Budapest, p. 307-318 (1997).
-
(4) - MANGIANTE (G.), ROURE (A.), WINNINGER (M.) - Optimized unidirectional system for active control of sound in ducts. - Proc. of Active 99, Fort Lauderdale, p. 493-502 (1999).
-
(5) - NYKÄNEN (H.), ANTILA (M.), KATAJA (J.), LEKKALA (J.), UOSUKAINEN (S.) - Active control of Sound based on utilizing EMFi Technology. - Proc. of Active 99, Fort Lauderdale, p. 1159-1170 (1999).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Acoustique – Méthode de calcul du niveau d’isosonie – Partie 1 : méthode de Zwicker. ISO - ISO 532-1 - 2017
-
Acoustique – Lignes isosoniques normales - ISO 226 - 2023
ANNEXES
Fabricants et constructeurs
(liste non exhaustive)
Apple :
https://support.apple.com › fr-fr
Bose :
https://automotive.bose.com/technology-systems/active-sound-management
Harman :
https://car.harman.com/solutions/car-audio/halosonic
Hutchinson :
https://www.hutchinson.com/fr/produits/stractive
Metravib Engineering :
https://www.metravib-engineering.com/fr/
Parker Lord :
Sennheiser :
https://www.sennheiser.com/fr-fr
Sony :
https://www.sony.fr/headphones/noise-cancelling
TechnoFirst Next Generation :
Ultra Precision Control Systems :
https://www.ultra-pcs.com/data-processing/active-noise-vibration-control/
Laboratoires – Écoles – Centres de recherche
(liste non exhaustive)
FRANCE
LAUM – Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans, Le Mans :
LMA – Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique, Marseille :
https://laboratoire-mecanique-acoustique.fr/
LMFA – Laboratoire de Mécanique des...
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