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ACOUSTIQUE INDUSTRIELLE ANALYSE Document réalisé par : Jean CATALIFAUD METRAVIB RDS Web : www.metravib.fr
ACOUSTIQUE INDUSTRIELLE ANALYSE
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ANALYSE
2
Sommaire
ANALYSE FRÉQUENTIELLE........................................................................................................................... 4
1/1 OCTAVE - 1/3 OCTAVE ................................................................................................................................... 4 Limites fréquentielles (valeurs approchées NF S 30-002) ............................................................................. 5 Pondération acoustique ................................................................................................................................. 6
Pondération A (NF S 31-009) .....................................................................................................................................7 Exemple ......................................................................................................................................................................8
ANALYSE FRÉQUENTIELLE FINE......................................................................................................................... 10 Principe de l'analyse spectrale .................................................................................................................... 11
Série de Fourier.........................................................................................................................................................11 Intégrale de Fourier...................................................................................................................................................11 Transformée de Fourier Discrète ..............................................................................................................................12 Table de correspondance...........................................................................................................................................12 Transformée de Fourier rapide..................................................................................................................................13
Mise en œuvre .............................................................................................................................................. 14 Préambule .................................................................................................................................................................14 Numérisation et échantillonnage...............................................................................................................................15 Fenêtrage et périodisation .........................................................................................................................................16 Moyennage ...............................................................................................................................................................16
Applications ................................................................................................................................................. 17 Spectre de puissance (auto-spectre) ..........................................................................................................................17 Spectre croisé (inter-spectre) ....................................................................................................................................18 Fonction de cohérence ..............................................................................................................................................19 Fonction de transfert (fonction de réponse en fréquence FRF) .................................................................................20 Réponse impulsionnelle ............................................................................................................................................22 Auto-corrélation........................................................................................................................................................23 Inter-corrélation ........................................................................................................................................................24 Coefficient de corrélation .........................................................................................................................................25 Autres fonctions........................................................................................................................................................26
INDICATEURS..................................................................................................................................................... 27 Indicateurs temporels et fréquentiels ........................................................................................................... 27
Facteur de crête.........................................................................................................................................................29 Coefficient de Kurtosis .............................................................................................................................................30 Mesures de tendance centrale ...................................................................................................................................31 Ajustement d'une courbe par moindres carrés...........................................................................................................32
INTENSITÉ ACOUSTIQUE.............................................................................................................................. 34
ELABORATION ................................................................................................................................................... 36 LOCALISATION .................................................................................................................................................. 38 PUISSANCE ACOUSTIQUE ................................................................................................................................... 40 INDICATEURS DE QUALITÉ ................................................................................................................................. 42
Ecart local de champ: Fi1 ........................................................................................................................... 43
Indicateur d’écart global de champ: F2 ...................................................................................................... 43 Indicateur de bruit parasite global: F3 ....................................................................................................... 43 Indicateur d’hétérogénéité du champ: F4.................................................................................................... 44 Indicateur de variabilité temporelle du champ acoustique: F5 ................................................................... 44 Indicateur de champ résiduel du système de mesure ................................................................................... 44 Indicateur dynamique LD ............................................................................................................................ 45 Contrôle in situ ............................................................................................................................................ 45
CRITÈRES D'ACCEPTABILITÉ .............................................................................................................................. 46 LD>F2 (critère 1) ........................................................................................................................................ 46 F1 > 0.6 ....................................................................................................................................................... 46 F2>Ld ou F3-F2> 3dBlin.......................................................................................................................... 47
ANALYSE
3
N>C F42 (critère 2) non satisfait de 1dBlin et F3-F2< 3dBlin.................................................................. 47
N>C F42 (critère 2) non satisfait et F3-F2 < 1dBlin ................................................................................. 47
INSTRUMENTS DE MESURE ......................................................................................................................... 48
MICROPHONE .................................................................................................................................................... 49 SONDE D’INTENSITÉ .......................................................................................................................................... 53 HYDROPHONE.................................................................................................................................................... 55 ACCÉLÉROMÈTRE.............................................................................................................................................. 56
Les différents types d’accéléromètres .......................................................................................................... 58 Critères de choix d’un accéléromètre .......................................................................................................... 59
CAPTEUR DE VITESSE ÉLECTRODYNAMIQUE...................................................................................................... 61 SONDE DE PROXIMITÉ À COURANT DE FOUCAULT.............................................................................................. 62 JAUGE DE DÉFORMATION................................................................................................................................... 63 CAPTEUR DE FORCE PIÈZO ÉLECTRIQUE............................................................................................................. 64 TÊTE D'IMPÉDANCE ........................................................................................................................................... 65
CONDUITE D'ANALYSE ................................................................................................................................. 66
GRILLE D'ANALYSE............................................................................................................................................ 67 DÉMARCHE D'ANALYSE ..................................................................................................................................... 68 MOYENS À METTRE EN ŒUVRE .......................................................................................................................... 69
• Niveau 1 .........................................................................................................................................................69 • Niveau 2 .........................................................................................................................................................69 • Niveau 3 .........................................................................................................................................................69
PROCÉDURE DE CONTRÔLE................................................................................................................................ 70 Exemple de procès verbal d’exécution de contrôle...................................................................................... 71 Fiche de vie.................................................................................................................................................. 74
ANALYSE
4
Analyse fréquentielle
1/1 octave - 1/3 octave Il s’agit de la première approche de l’analyse fréquentielle, on applique au signal de pressionacoustique des filtres normalisés de bandes d’octave ou de bandes de 1/3 d’octave. Lesfiltres utilisés en analyse acoustique ou vibratoire sont alors des filtres à largeur de banderelative constante, c’est à dire que la bande passante des filtres est proportionnelle à leurfréquence centrale. Le filtre normalisé de référence est centré sur la fréquence 1000 Hz.Toutes les autres filtres se déduisent de ce premier filtre. En musique l’octave est formé de 8notes successives d’une gamme majeure ou mineure, cet intervalle correspond à un rapportentre les notes extrêmes exactement égal à 2, c’est cette notion que nous retiendrons enacoustique industrielle et environnementale.
1/1 octave
1/3 octave
f f
fc f
f fc
2 2 1
2 1
71%
=
==
*
*
/∆
f f
f fc
2 2 1
23%
3==
*
/∆
L 1/3 PT 3 bis zone 1 (Lin, dB[Ref 2.00e-05 Pa])-Hz 25 74.93
4045
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95100
31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k
84.40
A L
ANALYSE
5
Limites fréquentielles (valeurs approchées NF S 30-002)
Fréquenceinférieure
(Hz)
Fréquencecentrale
(Hz)
Fréquence
supérieure (Hz)
11 12.5 14 14 16 18 18 20 22 22 25 28 28 31.5 35.5
35.5 40 45 45 50 56 56 63 71 71 80 90 90 100 112
112 125 140 140 160 180 180 200 224 224 250 280 280 315 355 355 400 450 450 500 560 560 630 707 707 800 900 900 1000 1120
1120 1250 1414 1414 1600 1800 1800 2000 2240 2240 2500 2828 2828 3150 3550 3550 4000 4500 4500 5000 5656 5656 6300 7100 7100 8000 9000 9000 10000 11200
11200 12500 14000 14000 16000 18000 18000 20000 22400
ANALYSE
6
Pondération acoustique L’oreille humaine transforme les pressions sonores en sensations auditives. Cependant, elle aune sensibilité limitée et variable selon la fréquence et le niveau du son perçu. Elle ne perçoitque les sons dont la fréquence varie de 20 à 20000 Hz et dont le niveau est compris entre0.00002 Pa et 20 Pa. Elle est beaucoup plus sensible aux sons médiums de 500 à3000 Hz. Une étude statistique sur un large échantillonnage humain a permis de définir descourbes isophoniques. Elles fournissent le niveau de son pur donnant l’impression de mêmeintensité sonore, c’est à dire ayant la même phonie, ces courbes sont graduées en phones. En tenant compte de ces variations de sensibilité en fonction de la fréquence, les acousticiensont été amenés à définir des courbes de pondération. Ainsi ont été créées 4 courbes depondérations principales, ce sont les courbes de pondération A, B, C et D. La plus utilisée enacoustique industrielle et environnementale est la courbe de pondération A.
ANALYSE
7
Pondération A (NF S 31-009)
1/1 octave (Hz)
1/3 d’octave (Hz)
Pondération A (dB)
10 -70,4 12,5 -63,4
16 16 -56,7 20 -50,5 25 -44,7
31,5 31,5 -39,4 40 -34,6 50 -30,2
63 63 -26,2 80 -22,5 100 -19,1
125 125 -16,1 160 -13,4 200 -10,9
250 250 -8,6 315 -6,6 400 -4,8
500 500 -3,2 630 -1,9 800 -0,8
1000 1000 0 1250 0,6 1600 1
2000 2000 1,2 2500 1,3 3150 1,2
4000 4000 1 5000 0,5 6300 -0,1
8000 8000 -1,1 10000 -2,5 12500 -4,3
16000 16000 -6,6 20000 -9,3
ANALYSE
8
Exemple Evolution temporelle
Calcia beffes pt 4 Leq 100ms A dB dB28/10/98 18h05m58s500 61.1 28/10/98 18h24m14s400 57.0
Sous Charge circulation PL/VL usine parasite (ciruclation ext.) Résiduel
40
45
50
55
60
65
70
75
80
18h05 18h10 18h15 18h20 18h25
Spectre non pondéré
Calcia beffes pt 4 [Instantané] Hz dB NR dBA 57.0 55,8
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k A
Spectre pondéré (Pondération A)
ANALYSE
9
Calcia beffes pt 4 [Instantané] Hz dB NR dBA 57.0 55,8
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k A
ANALYSE
10
Analyse fréquentielle fine
Signal temporel
Signaux frequentiels
Enveloppe Signal 1 Pa/s X1= Y1= X2= Y2= 1.37 -0.20 13.29 -0.69
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Moyenne G1-1 signal frequentiel (Lin, dB[Ref 2.00e-05 Pa], PWR)-Hz 0 31.4
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 200 400 600 800 1000
Paramètres de traitement
ANALYSE
11
Principe de l'analyse spectrale Le spectre d’un signal est le résultat du calcul d’une intégrale (intégrale de Fourier)permettant de passer d’une fonction temporelle à une fonction fréquentielle (spectrale). Cerésultat est généralement obtenu à l'aide d'un algorithme FFT (Fast Fourier Transform) quipermet de réduire considérablement le temps de calcul. L’utilisation d’un tel algorithmenécessite d’effectuer sur le signal à analyser un certain nombre d’opérations qui entraînentquelques modifications entre le spectre calculé et le spectres réel. L’analyse fréquentielle esttout d’abord la décomposition en un certain nombre de composantes sinusoïdales (jusqu’àl’infini) à différentes fréquences du signal temporel d’origine: On obtient donc un spectrediscret (∆f = 1/T) Une composante sinusoïdale est définie par deux paramètres:
• son amplitude, • sa phase.
Série de Fourier Tout signal périodique, de période T, peut être considéré comme une somme de signauxsinusoïdaux de fréquences: F=1/T, 2/T, 3/T, ... (∆f=1/T) On utilise une représentation sous forme de raies dont la hauteur est proportionnelle àl’amplitude du signal considéré pour une composante sinusoïdale donnée.
Intégrale de Fourier Un signal non périodique est assimilé à un signal périodique de période T infinie. La notation mathématique de l’intégrale de Fourier est de la forme:
F f s t eift
dt( ) ( )=−
∫
2π
ANALYSE
12
Transformée de Fourier Discrète L’utilisation des méthodes numériques pour estimer les transformées de Fourier ne permet pasd’obtenir des spectres continus en fréquence. Elles ne sont applicables que sur des fenêtrestemporelles limitées. Le traitement d’un signal de durée T s’opère sur des tranches de duréelimitées Tobs:
( ) ( )X x ej ft
dtTobs
f, Tobs t, Tobs *=−
∫0
2 π
Si le signal est échantillonné à la fréquence Fs=1/Te, la transformée de Fourier consiste enune sommation discrète:
( ) ( )X f N x k T dt
NT
TeT fe
obs
j ft
obsobs
e, ,=
= =
−∑ 2 π
N: nombre d’échantillons temporels sur la durée d’observation du signal. En fait les analyseurs de spectres calculent des transformées de Fourier discrètes sous laforme:
( ) ( )X l f x k Tej k
l
Ne, ,∆ = −∑ 2 π
k= 0,1,2,3, ... N-1 k est lié aux instants d’échantillonnage temporel l= 0,1,2,3, ... N-1 l désigne la suite des lignes spectrales espacées d’un pas ∆f = Fs/N
Table de correspondance
Analogique
Numérique
f
l ∆f
t
k Te
dt
Te = Tobs/N
intégrale
sommation
e(-2jπft)
e(-2jπ k l/N)
ANALYSE
13
Transformée de Fourier rapide La transformée de Fourier discrète est réalisée à l’aide d’algorithmes rapides permettant deminimiser le nombre d’opérations mathématiques à effectuer et donc le temps de calcul. Cesalgorithmes peuvent être soient numériques, soient en logique câblée. Ce sont les algorithmesde transformée de Fourier rapide (T.F.R.), appelés en anglais « Fast Fourier Transform »(F.F.T.). Parmi les plus connus on peut citer:• algorithme de Winograd,• algorithme de Cooley Tukey,• algorithme de Sande.
ANALYSE
14
Mise en œuvre L’analyse spectrale ou analyse fréquentielle permet de décomposer un signal temporelcomplexe porteur d’informations diverses et variées en une suite de composantes élémentairesplus facilement exploitables. Les principales fonctions réalisées par un analyseur de spectres àbande passante constante sont les suivantes:
• filtrage, • fenêtrage, • numérisation et échantillonnage, • transformée de Fourier (algorithme FFT), • visualisation.
Préambule Le traitement des signaux impose la représentation des phénomènes étudiés sur une duréelimitée. C’est cette durée, ou temps d’observation, qui va définir la précision d’analyse. Il faut, soit privilégier la finesse d’analyse (résolution fréquentielle), soit la bandefréquentielle utile (fréquence maximale d’analyse). C’est deux paramètres sont liés :
( )NPf
oùd
etNP
f
fixefPour
NP
f
ff
f
tT
tT
e
e
e
obs
e
obs
.21
'2
__
max
max
∆=
=
=∆
∆
=
ANALYSE
15
Numérisation et échantillonnage La numérisation est effectuée à l’aide d’un convertisseur analogique / numérique à unefréquence fixe appelée fréquence d’échantillonnage. Le calcul du spectre s’effectue sur ungrand nombre d’échantillons temporels, généralement une puissance de 2, 1024 - 2048 ou8192 échantillons. L’intervalle de temps entre 2 échantillons est la période d’échantillonnagedu signal qui vaut:
tefe
= 1
L’échantillonnage d’un signal temporel revient à le multiplier par un peigne de Dirac depériode te. Dans le domaine fréquentiel, le signal échantillonné s’écrit sous la forme d’unproduit de convolution. Le spectre initial se retrouve translaté et dupliqué tous les 1/te. Unmauvais choix de la période d’échantillonnage en fonction de la fréquence peut entraîner unphénomène de repliement de spectre, d’où le théorème de Shanon:
max
f fe= 12
ANALYSE
16
Fenêtrage et périodisation En théorie le calcul de la transformée de Fourier devrait s’effectuer sur un signal temporel dedurée infinie. Or dans la pratique, cette transformée ne peut se faire que sur une fenêtretemporelle de durée Tobs réduite. Il est donc nécessaire de considérer que le signal est nulleen dehors de la tranche temporelle de calcul, il faut également rendre cette tranche temporellede calcul artificiellement infinie en la répétant identique à elle même. Si la durée de la fenêtrene correspond pas un nombre entier de périodes des composantes sinusoïdales comprises dansle signal à analyser, il apparaît dans le spectre un grand nombre de composantes purementfictives qui brouille la lisibilité. Ce dernier phénomène est atténué par l’emploi de fenêtres depondération. Le traitement numérique des signaux impose la représentation des phénomènes étudiés surune durée temporelle limitée. Cela revient à multiplier le signal par une fenêtre temporellenaturelle qui est égale à 1 pendant la durée d’observation du phénomène et à 0 partoutailleurs. Il lui correspond dans le domaine fréquentiel une fenêtre spectrale qui dépend de ladurée d’observation du signal. L’enveloppe temporelle peut prendre différentes formes(rectangulaire, cissoidale ...), cette opération, appelée apodisation, a pour but d’assurer unepseudo périodicité du signal à analyser et d’éviter les cassures brusques donnant naissancedans le domaine fréquentiel à des rebonds (phénomène de Gibbs). En fonction du choix de lafenêtre d’apodisation on privilégie certains estimateurs.
Paramètre
Uniform Hanning Flat-Top
lobe secondaire
-13dBlin -32dBlin -93dBlin
résolution fréquentielle
bonne assez bonne mauvaise
erreur maximale
3.9dBlin 1.4dBlin < 0.01dBlin
Utilisation
analyse detransitoires
usage général mesure de niveaux(calibration)
Moyennage La finalité de l’analyse fréquentielle est de fournir des niveaux statistiquement représentatifsdes phénomènes étudiés en minimisant les bruits. Pour une meilleure représentationstatistique du phénomène étudié il est donc nécessaire de "moyenner" les mesures. C’est àdire d’acquérir plusieurs réalisations d’un même événement délivrées par un même capteursans en modifier la position.
ANALYSE
17
Applications
Spectre de puissance (auto-spectre) C’est la valeur moyenne du produit complexe du spectre instantané d’entrée par son conjugué.Il s’agit d’un spectre énergétique réel qui définit la puissance moyenne pour chacune descomposantes fréquentielles. Le spectre de puissance est de la forme:
( ) ( ) ( )xx m mS k k kX X= ∑ *
Moyenne G1-1 signal frequentiel (Lin, dB[Ref 2.00e-05 Pa], PWR)-Hz 0 31.4
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 200 400 600 800 1000
ANALYSE
18
Spectre croisé (inter-spectre) C’est la valeur moyenne du produit complexe du conjugué du spectre d'un signal x par lespectre d'un signal y . Il identifie les fréquences pour lesquelles ces deux signaux disposentd’un contenu spectral commun. La courbe de phase indique la différence de phase entre lesdeux signaux pour chacune de composantes fréquentielles. Une des applications du spectrecroisé est le calcul de l’intensité acoustique à partir de la pression acoustique et de la vitesseparticulaire. Le spectre croisé est de la forme:
( ) ( ) ( )xy m mS X Yk k k= ∑ *
ANALYSE
19
Fonction de cohérence La fonction de cohérence ordinaire est le rapport entre le maximum d’énergie commune entredeux signaux et le produit global des énergies individuelles de ces deux signaux. La fonctionde cohérence ordinaire est un nombre sans dimension normé entre 0 et 1. Elle indique le degréde linéarité existant entre deux signaux x et y. La fonction de cohérence ordinaire est de laforme:
( ) ( )
( ) ( )2
2
γ kk k
ijS k
S Sii jj
=
Moyenne Coh(1-2) 1 2 Y/Hz 0 0.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 500 1000 1500 2000
ANALYSE
20
Fonction de transfert (fonction de réponse en fréquence FRF) La fonction de transfert, également appelée fonction de réponse en fréquence, exprime lesrelations de cause à effet existantes entre un signal d’entrée et un signal de sortie d’unsystème mécanique. C’est une fonction complexe du domaine fréquentiel. Elle définit le gainet la phase pour un système mécanique excité par une entrée x et répondant à cette excitationde manière linéaire par le second signal y.
x y
système mécaniquelinéaire
La fonction de transfert d’un système mécanique est de la forme:
( ) ( )( )H k
Y kX k
=
Il existe plusieurs estimateurs pour définir la fonction de transfert d’un système mécanique.
Estimateur H1 L’estimateur H1 minimise les bruits en sortie, il est de la forme:
( )( )( )H kk
kxy
xx
SS
1 =
Estimateur H2
L’estimateur H2 minimise les bruits en entrée, il est de la forme:
( )( )( )H kk
kyy
yx
SS
2 =
ANALYSE
21
Exemple
|Moyenne H1(1-2)| 1 2 (Lin, dB[Ref 1.00e-06 m/s²/1.00e-06 N], PWR)-Hz 0.0 0.4
-20
-10
0
10
0 100 200 300 400 500Arg(Moyenne H1(1-2)) 1 2 Degrés-Hz 0.0 0.00
-100
0
100
0 100 200 300 400 500
ANALYSE
22
Réponse impulsionnelle C’est la correspondance dans le domaine temporel de la fonction de transfert. Elle permet devisualiser et de quantifier la réponse temporelle d’un système mécanique soumis à uneexcitation x et répondant sous la forme du signal y.
ANALYSE
23
Auto-corrélation C’est la fonction statistique du domaine temporel qui compare les similarités du signal et sarépétition retardée dans le temps. Pour un retard nul, la valeur de la fonction d’autocorrélation indique la valeur moyenne énergétique du signal. Les oscillations dans la fonctiond’auto corrélation indiquent la bande passante et la périodicité du signal d’entrée. La fonction d’auto corrélation est de la forme: ( ) ( ) ( )xxR t x t x t dt= +∫lim τ Il est possible de la calculer également à partir du spectre de puissance du signal: ( ) ( ){ }xx xxR FFT St k= −1
ANALYSE
24
Inter-corrélation C’est la fonction statistique du domaine temporel qui compare deux signaux x et y, le secondsignal étant retardé par rapport au premier. Les valeurs de retard qui rendent la fonctiond’inter corrélation maximale indiquent les retards de propagation entre les deux signaux. Uneapplication de la fonction d’inter corrélation est la recherche de l’azimut d’une source sonoreà partir des retards de propagation observés sur deux capteurs microphoniques. La fonction d’inter corrélation est de la forme: ( ) ( ) ( )xyR t x t y t dt= +∫lim τ Il est possible de la calculer également à partir du spectre croisé entre les deux signaux: ( ) ( ){ }xy xyR FFT St k= −1
ANALYSE
25
Coefficient de corrélation Soit une fonction d’inter corrélation Rxy(t), on relève tout d’abord son maximum Rxy(t)max.puis les valeurs des fonctions d’auto corrélation à retard nul pour les deux signaux x et y:Rxx(0) et Ryy(0). On définit alors le coefficient de corrélation entre les deux signaux, c’est lerapport: ( )
( ) ( )m ax.xyR t
R Rxx yy0 0
ANALYSE
26
Autres fonctions
• Transmissibilité • Puissance cohérente de sortie • Cepstre de puissance • Histogramme • Densité de probabilité
ANALYSE
27
Indicateurs Indicateurs temporels et fréquentiels Pour quantifier un signal temporel ou fréquentiel il existe un certain nombre de paramètresénergétiques permettant leur hiérarchisation. Les principaux paramètres, les plus courammentutilisés en analyse statistique du signal, sont les suivants:
Paramètre
Formulation
valeur moyenne p
Nxii
N11
1= ∑ =
valeur maximale
p xi2 = max.
valeur efficace ou valeurRMS
pN
xiiN3
1 21= ∑ =
déviation standard ( )p
N ix piN4
11
2
1= −∑ =
variance ( )p
N ix piN5
11
2
1= −∑ =
facteur de crête p
p
p6
2
3=
facteur de forme p
p
p7
1
3=
coefficient de dispersion p
p
p8
4
3=
coefficient de dissymétrie
( )p
m
m9
3
23
2
=
coefficient de Kurtosis ( )p
m
m10
4
2 2=
ANALYSE
28
Ces paramètres statistiques font appel aux moments statistiques notés mk , ils sont de laforme:
( )k
k
iN
iiN
mN ix m
mN
x
= −∑
= ∑
=
=
11
1
1
1 1
Le moment statistique d'ordre 1 est équivalent à la valeur moyenne, la variance étant lemoment statistique d'ordre 2.
ANALYSE
29
Facteur de crête
Un signal de type sinusoïdal aura un facteur de crête proche de 2 alors qu’un signal de typeimpulsionnel aura un facteur de crête beaucoup plus important.
Type de signal
Facteur de crête
- périodique detype sinusoïdal oucomplexe - bruit de fond
1.5 à 2.5
aléatoire de typeimpulsionnel
3 à 4
périodique de typeimpulsionnel
>4
ANALYSE
30
Coefficient de Kurtosis L’analyse statistique du signal est un autre indicateur intéressant, les signaux de typesinusoïdal ou de type aléatoire génèrent des allures de courbes de densité différentes. Pourquantifier cette différence on utilise un indicateur appelé Kurtosis. Concrètement il qualifiel’aplatissement de la courbe de densité de probabilité du signal.
Type de signal
Coefficient de Kurtosis
type sinusoïdal
1.5
type impulsionnel aléatoire
3
type impulsionnel périodique
> 4 très élevé
X
t
DP
P(x)
Densité de probabilité
ANALYSE
31
Mesures de tendance centrale Pour estimer la tendance centrale d'une série de N valeurs on utilise:• la moyenne arithmétique,• la médiane,• le mode.
Moyenne arithmétique La moyenne arithmétique d'un ensemble de valeur rangées par ordre de grandeur croissanteest définie par:
xx x x
N
x
Nn ii
N
=+ + +
=∑ =1 2 1Λ
Médiane La médiane d'un ensemble de valeur rangées par ordre de grandeur croissante est définie parla valeur du milieu ou par la moyenne arithmétique des valeurs centrales. Géométriquement,la médiane correspond à la verticale qui divise un histogramme en deux parties d'aires égales.
Mode Le mode d'un ensemble de valeurs est la valeur que l'on rencontre le plus fréquemment, c'est àdire qui a la plus grande fréquence. Le mode peut ne pas exister, et s'il existe, il peut ne pasêtre unique. Dans le cas de distribution symétrique, la moyenne, la médiane et le modecoïncident.
mode
médiane
moyenne
X
Représentation graphique
ANALYSE
32
Ajustement d'une courbe par moindres carrés Il s'agit de déterminer l'équation liant deux variables x et y à partir de N cycles ( couples xi,yi) , ce qui revient à ajuster dans le plan x,y une courbe de régression selon un critère donné. Lecritère le plus couramment répandu est celui des moindres carrés , le meilleur ajustementselon ce critère conduit à minimiser l'expression : 1
222 2D D DN+ + +Λ . Di est l'erreur
d'estimation , elle est également appelée "résidu de la régression".
X
Y
C
x1,y1
x2,y2
D3
D1D2
xi,yi
Ajustement d'une courbe par moindres carrés
Cet ajustement peut se faire par tout type de fonction paramètrée, en particulier:
Fonction
Droite
( )y a a x= +0 1
polynôme de degré n(n<N)
( ) ( ) ( )y a a x a x a xnn= + + + +0 1 2
2 Λ
Exponentielle
( )y a bx=
Puissance
( )y a xb=
logarithmique
( )( ) ( )( )( )y a a Log x a Log x= + +0 1 2
2
ANALYSE
33
Par exemple, la droite de moindres carrés ajustant un nuage de points xi,yi s'écrit:
( )( )( )( ) ( )( )
( ) ( )( ) ( )( )( )
( ) ( )
y a a x
ay x x xy
N x x
aN xy x y
N x x
= +
=∑ ∑ − ∑ ∑
∑ − ∑
=∑ − ∑ ∑
∑ − ∑
0 1
0
2
2 2
1 2 2
L'efficacité de l'ajustement peut être estimé par l'erreur quadratique moyenne de l'estimateur,qui est définie à partir de la dispersion autour de la régression linéaire:
( )
xySy y
N=
−∑ ∃ 2
On définit aussi le coefficient de corrélation comme étant:
( )( )ry y
y y=
−∑
−∑
2
2
∃
Ce coefficient est un nombre sans dimension compris entre 0 et 1. Il est proche de 1 lorsque lacourbe estimée est proche des valeurs réellement mesurées. Parfois on donne, non pas r,
mais r2.
L'extension de l'ajustement multiple de y à plusieurs variable x' , x" , ... , xk se fait de lamême manière par critère de moindres carrés à partir de N combinaisons.
ANALYSE
34
Intensité acoustique L’intensité acoustique est la densité de puissance acoustique rayonnée par unité desurface, elle s’exprime en watts par mètres carrés (W/m2). La caractérisation de bruiteurssitués dans leur environnement naturel nécessite de disposer de moyens de captationpositionnés au plus près des structures afin de bénéficier de l’effet de proximité. De tellesmesures, dites de champ proche, ne peuvent être effectuées par de simples microphones enraison de la nature interférentielle du champ présent dans cette zone. Il est nécessaire depasser à des notions de type énergétique en mesurant l’intensité acoustique locale normale àla surface de contrôle. L’intensité acoustique est une donnée vectorielle contrairement à lapression acoustique qui est purement scalaire. L’intensité acoustique permet doncd’identifier la direction de provenance du bruit perçu.
ANALYSE
35
L’intensité acoustique permet deux grands types d’investigation:
• La localisation des sources de bruit à partir de mesures effectuées au plus près desstructures. Il est possible d’associer à chacune d’entre elles la surface élémentaire del’enveloppe vibrante directement en regard du capteur. Il y a continuité des vitesses entre labruiteur (vitesse normale à la structure) et le fluide (vitesse particulaire).
• La détermination de la puissance acoustique globale émise par une machinenécessite, avant tout, le choix d’une surface de contrôle dont la seule caractéristiquedemandée est d’être une surface fermée entourant le bruiteur. L’utilisation de l’intensitépermet l'estimation de la puissance acoustique du bruiteur en minimisant l’influence dessources sonores parasites présentes dans son environnement proche.
X = 65 cm Hz Li= dB Lp= dB50
60
80
100
-100
-80
-60
63 125 250 500 1k 2k 4k A
X = 0 cm Hz Li= dB Lp= dB50
40
60
80
100
-100
-80
-60
-40
63 125 250 500 1k 2k 4k A
X = 130 c Hz Li= dB Lp= dB50
50
60
70
80
90
100
63 125 250 500 1k 2k 4k A
ANALYSE
36
Elaboration Les sondes d'intensité utilisées pour les mesures sont constituées d’un doublet de microphonesespacés d’un écartement ∆∆∆∆ qui impose le domaine fréquentiel d’analyse. En respectant ceslimites fréquentielles la pression acoustique est estimée au point milieu du doubletmicrophonique de la sonde d'intensité, elle est de la forme:
( ) ( ) ( )P t
t tP P=+
1 2
2 La vitesse particulaire est calculée en intégrant l’accélération particulaire. Cette dernière estestimée à l’aide de la relation d’Euler à partir du gradient de pression obtenu selon un axeprivilégié de mesure par différence finie entre les deux pressions acoustiques P1 et P2.
xPGrad = −
0ρ γ
Suivant une direction privilégiée:xPGrad
P P=−
2 1
∆ La vitesse particulaire est donc de la forme:
( ) ( ) ( )( )v t t t dtP p= −∫1
0
1 2ρ ∆ La vitesse particulaire estimée est celle existant au point virtuel de mesure situé au milieu dudoublet microphonique. L’intensité acoustique locale peut donc être estimée de manièreanalogique dans le domaine temporel, il est également possible de l’exprimer de manièrenumérique dans le domaine fréquentiel. L’intensité acoustique active s’écrit alors:
( ) ( ) ( ){ }I PartieRéelle P VSυ υ υ= Elle peut également être obtenue directement à partir des deux signaux de pressionacoustique.
( ) ( ) ( ){ }I Partie aginaireP PSυ
π υρ υ υ=1
2
1
0
1 2∆Im
C’est l’intensité acoustique active qui contribue au niveau acoustique en champ lointain.Proche des structures il existe une partie du rayonnement acoustique qui n’influence pas leniveau acoustique en champ lointain, c’est l’intensité acoustique réactive.
ANALYSE
37
Paramètres de mesure et de traitement
ANALYSE
38
Localisation La localisation des sources de bruit sur une machine repose sur le principe physique decontinuité entre la vitesse vibratoire normale de la structure et la vitesse particulaire normalemesurée dans le fluide à l’interface structure et fluide. A partir de mesures d’intensitésacoustiques locales normales effectuées au plus prés de la structure il est possible d’associer àchacune d’elles la surface élémentaire de l’enveloppe vibrante du bruiteur directement enregard. On permet ainsi une localisation des sources de bruit.
dB+ -
107
106
105
104
103
102
101
100
99
A
ANALYSE
39
dB+ -
78
73
68
63
58
53
A
ANALYSE
40
Puissance acoustique La détermination de la puissance acoustique globale émise par une machine nécessite avanttout le choix d’une surface de contrôle fermée entourant la source de bruit en essai. Dans cesconditions la puissance acoustique globale s’exprime par:
( ) ( )PWR In i dS ii
N
==∑
1
Puissance acoustique Hz Lw= dB50
80
90
100
110
120
-120
-110
-100
-90
-80
63 125 250 500 1k 2k 4k A
Tour de refroidissement JAGGI n° 206
91,188,9
79,7
85,5
78,6
- 64,4
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
Globale Face supérieure Face avant Face arrière Face latérale droite Face latéralegauche
Face
LW
(d
BA
)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
LW (dBA)
%
Décomposition spatiale
Tour de refroidissement JAGGI n° 208 - Puissance acoustique
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
110,0
120,0
63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k 4k 5k 6,3k A Lin
1/3 octave
LW
(d
BA
)
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
décomposition fréquentielle
ANALYSE
41
Lorsque la puissance acoustique globale d’une machine est mesurée in situ en présence desources de bruit parasites ou dans des locaux non anéchoïques, la méthode présentée icipermettra d’en minimiser les influences néfastes. Il existe également des indicateurspermettant d’estimer la qualité des mesures, les principaux sont les suivants :
• Ecart local de champ (F1) • Ecart global de champ (F2) • Indicateur de bruit parasite global (F3) • Indicateur d’hétérogénéité du champ (F4) • Variabilité temporelle du champ (F5) • Indicateur de champ résiduel du système de mesure Un contrôle préliminaire consiste en: Placer la sonde d'intensité sur la surface de mesurage, axe orienté suivant la normale à cettesurface. Mesurer le niveau d'intensité acoustique normale puis faire effectuer à la sonde unerotation de 180° autour de son centre acoustique. Mesurer à nouveau l'intensité. La différenceentre les 2 mesures doit être inférieure à 1.5dB.
Retournement Hz |I+ + I-|= dB50
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
63 125 250 500 1k 2k 4k A
ANALYSE
42
Indicateurs de qualité
Indicateur F1 Hz F1=50
0.000.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
63 125 250 500 1k 2k 4k A
Indicateurs Hz F3= dB F2= dB50
0
2
4
6
8
10
63 125 250 500 1k 2k 4k A
Indicateur F4 Hz F4=50
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
63 125 250 500 1k 2k 4k A
Titre ST Microelectronics Crolles Che.TOX. 7/8
Date 15/03/1999Total points 9
Surface totale 58500 cm²
Précision Contrôle
Fréquence F1 F3 F4Hz dB
31.5
63
125 0,0 5,2 1,7250 0,1 4,9 1,4
500 0,0 3,8 1,1
1k 0,0 4,1 1,6
2k 0,0 3,7 1,64k 0,0 4,1 1,7
8k
A 4,3 1,3
Lin 4,8 1,4
ANALYSE
43
Ecart local de champ: Fi1 L’indicateur local de champ est défini en chaque point de mesure de la manière suivante:
Fi LPi Lni1 = − LPi est le niveau de pression acoustique mesuré au point i Lni est le niveau d’intensité acoustique locale normale mesuré au point i Cet indicateur caractérise les effets des intensités acoustiques parasites au point de mesuresélectionné, ainsi que les effets d’une mauvaise orientation de la sonde d'intensité vis à vis duflux d’énergie rayonné par l’équipement en essai. Attention, les différences de phase entre lesmicrophones de la sonde d'intensité introduisent également des erreurs de mesureproportionnelles à l’indicateur d’écart local de champ. Indicateur d’écart global de champ: F2 L’indicateur global de champ est défini de la manière suivante:
F LP Lni
LP LogN
LPi
LIn LogN
LIni
2
101 01
101 01
10
10
= −
=
=
∑
∑
.
.
LP est la moyenne quadratique des niveaux de pression acoustique LIn est le niveau moyen des modules des intensités acoustiques locales normales. L’indicateur global de champ apporte une vue d’ensemble sur la qualité des mesures, il estplus représentatif que l’indicateur local de champ. Indicateur de bruit parasite global: F3 L’indicateur de bruit parasite global est défini de la manière suivante:
F LP nLi3 = − C’est la différence entre la moyenne quadratique des niveaux de pression acoustique et leniveau d’intensité acoustique normale. La différence entre les indicateurs F2 et F3 varie enfonction des intensités acoustiques parasites. Cette différence peut augmenter principalementpour deux raisons, tout d’abord lorsque les sources sonores extérieures à la surface de mesureinterfèrent avec la source en essai, et lorsque la surface de mesurage est située dans le champproche de la source sonore en essai avec présence d’un flux énergétique entrant.
ANALYSE
44
Indicateur d’hétérogénéité du champ: F4 L’indicateur d’hétérogénéité du champ acoustique est globalement défini de la manièresuivante:
( )FIn N i
InN i
In In
In
41 1
11
2
=−
=
−∑
∑ In est l’intensité acoustique surfacique Cet indicateur est proportionnel à l’écart type des intensités acoustiques sur tous les points demesure. Il permet de préciser, par des considérations statistiques, le nombre de points demesure nécessaire en fonction de la non uniformité du champ acoustique rayonné par lasource en essai. Le nombre de points de mesure nécessaire pour obtenir une précision de ∆∆∆∆LdBlin, avec un intervalle de confiance de 95% est:
( )N
L F>
−
196
1 01 42 2
10
.
. ∆
Indicateur de variabilité temporelle du champ acoustique: F5 L’indicateur de variabilité temporelle du champ acoustique est défini globalement de lamanière suivante:
( )FIn M kIn In51 1
1
2
=− −∑
Cet indicateur de variabilité temporelle du champ acoustique est obtenu en effectuantM mesures de l’intensité acoustique normale en un emplacement approprié de la surface demesure. Cet indicateur de qualité caractérise la variabilité du bruit rayonné par la sourcesonore en essai et il permet de valider la durée d’intégration des mesures. Indicateur de champ résiduel du système de mesure L’indicateur de champ résiduel du système de mesure exprime la différence entre les niveauxde pression acoustique et les niveaux d’intensité acoustique lorsque:• la sonde d'intensité est orientée perpendiculairement à la direction de propagation desondes acoustiques émises par la source sonore en essai,• la sonde d'intensité est placé dans un champ acoustique tel que la vitesse particulaire soitnulle le long de l’axe de mesure.
ANALYSE
45
Indicateur dynamique LD L’indicateur dynamique exprime la différence entre l’écart du champ résiduel mesuré avecl’appareillage utilisé en essai et une valeur critique de cet écart que l’on fixe à 7dBlin danstout le domaine fréquentiel d’analyse. Contrôle in situ Placer la sonde d'intensité sur la surface de mesurage, axe orienté suivant la normale à cettesurface. Mesurer le niveau d'intensité acoustique normale puis faire effectuer à la sonde unerotation de 180° autour de son centre acoustique. Mesurer à nouveau l'intensité. La différenceentre les 2 mesures doit être inférieure à 1.5dBlin.
ANALYSE
46
Critères d'acceptabilité
Critère 1 Hz Ld= dB F2= dBA 16.6 5.5
0
5
10
15
20
63 125 250 500 1k 2k 4k A
Critère 2 Hz N= CF4²=A 20 16
16
18
20
22
24
63 125 250 500 1k 2k 4k A LD>F2 (critère 1) Ecart résiduel de champ : Mesure l'intensité normale, faire effectuer une rotation de 90° ,mesurer à nouveau l'intensité, faire la différence LD = Ecart résiduel - 7dBlin F2: différence entre le niveau de pression moyen et la moyenne des valeur absolue desintensités normales F1 > 0.6 Le niveau acoustique rayonné par le bruiteur n'est pas stationnaire dans le temps.
ANALYSE
47
F2>Ld ou F3-F2> 3dBlin Présence de bruit parasite ou de réverbération importante (réduire la distance de mesure outraiter le local) F2: différence entre le niveau de pression moyen et la moyenne des valeur absolue desintensités normales F3: différence entre le niveau de pression moyen et la moyenne des intensités normales(indique la présence d'intensités négatives).
N>C F42 (critère 2) non satisfait de 1dBlin et F3-F2< 3dBlin Nombre de points de mesure insuffisant F4 : indicateur d'hétérogénéité du champ (écart type de mesure)
N>C F42 (critère 2) non satisfait et F3-F2 < 1dBlin Augmenter la distance de mesurage par rapport à la source OU augmenter le nombre de pointsde mesure.
ANALYSE
48
Instruments de mesure
(Document MVI Technologies) ! microphone! sonde d’intensité! hydrophone! accéléromètre! capteur de vitesse! sonde de proximité! jauge de déformation! capteur de force! tête d’impédance
ANALYSE
49
Microphone Les microphones à condensateur sont sensibles à des différences de pression entre les deuxplaques d’un condensateur. La cellule microphonique se compose d’un diaphragmemétallique fin placé à proximité d’une plaque arrière rigide. Les deux éléments sontélectriquement isolés l’un de l’autre et forment, en présence d’une tension de polarisationcontinue, les deux armatures d’un condensateur. Les variations de pression acoustiqueentraînent un déplacement du diaphragme qui module la capacité du condensateur à lafréquence des ondes acoustiques.
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������
diaphragme plaquearrière
isolantconnexionsélectriques
égalisationpressionstatique
boitier
Avantages Réponse en fréquence plate, Réponse en fréquence étendue, Bonne dynamique, Bonne sensibilité. Inconvénients Sensibilité électromagnétique, Sensibilité à l’humidité, Fragilité, Coût.
ANALYSE
50
Microphones (Bruel & Kjaer)
Sonomètre (MVI Technologies)
Microphones
ANALYSE
51
Microphones (G.R.A.S.)
ANALYSE
52
microphones (G.R.A.S.)
ANALYSE
53
Sonde d’intensité Pour estimer l’intensité acoustique locale il faut connaître le gradient de pression, il est estimédans une direction privilégiée à partir de la différence finie entre deux microphones. Unesonde d'intensité acoustique sera donc constituée d’un doublet microphonique dont on connaîtavec précision les relations de phase et dont on maîtrise le positionnement relatif desmicrophones élémentaires.
Sonde d’intensité acoustique (G.R.A.S.)
ANALYSE
54
ANALYSE
55
Hydrophone C’est un capteur qui permet de mesurer les fluctuations de pression acoustique dans l’eau.Son principe de mise en œuvre est basé sur l’emploi d’une céramique piézo-électrique qui,sous l’effet des fluctuations de pression, crée à sa surface des charges électriques qui sontconverties en signaux électriques analysables. Les charges électriques disparaissent dès queles fluctuations de pression sonore cessent.
céramiquepiézo-électrique
électroniquede conditionnement
isolant
cable électriqueblindé et étanche
protection extérieureen néoprène
Hydrophones (Bruel & Kjaer)
ANALYSE
56
Accéléromètre L’accéléromètre piézo-électrique transforme l’énergie mécanique en énergie électrique grâceaux propriétés piézo-électriques de matériaux tels que le quartz et certaines céramiques. Lesmatériaux piézo-électriques, soumis à des contraintes mécaniques, développent des chargesélectriques surfaciques et une polarisation électrique interne suivant des axes privilégiés deleur structure. Si l’action mécanique cesse, les manifestations d’ordre électrique disparaissent.
���������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������
électronique de conditionnement
masse sismiquecéramique piézo-électique
isolant
embase
Avantages Rapidité de réponse, Bonne dynamique, Grande finesse. Inconvénients Utilisation limitée entre 0° et 130° C(point de Curie), Sortie sous haute impédance(préamplification indispensable), Sensibilité à la température.
Accéléromètres (Bruel & Kjaer)
ANALYSE
57
Caractéristiques d’un accéléromètre (D.J.B.)
ANALYSE
58
Les différents types d’accéléromètres
(Documents D.J.B.)
ANALYSE
59
Critères de choix d’un accéléromètre De nombreux paramètres sont à prendre en compte lors du choix d’un accéléromètre,cependant, le choix reste guidé par quelques règles simples:
Αvoir une idée de la mesure étendue de la mesure (max., min.) domaine de fréquence Ne pas perturber la structure masse surface de contact Ne pas perturber le capteur température étanchéité Pouvoir utiliser le signal résultant sensibilité électronique de conditionnement Sans oublier les problèmes d’implantation emplacement liaisons mécaniques
ANALYSE
60
(Documents Wilcoxon)
ANALYSE
61
Capteur de vitesse électrodynamique Quand une bobine se déplace dans un champ magnétique, elle est le siège d’une forceélectromotrice proportionnelle à la vitesse de déplacement de la bobine. Les capteurs devitesse basés sur ce principe comportent généralement une bobine guidée par des suspensionsflexibles se déplaçant dans l’entrefer d’un aimant permanent. Pour obtenir une réponseuniforme en vitesse, le système est amorti par de l’huile ou par un champ magnétique. Lecapteur est utilisé au-dessus de sa fréquence propre, là ou la vitesse relative ne dépend plus dela fréquence. La fréquence propre d’un tel système est basse, généralement aux environs de10 Hz. La tension en sortie de la bobine en circuit ouvert est de la forme:
E B L V= * * E: tension de sortie (Volts), B: induction magnétique (Tesla) L: longueur du fil dans le circuit magnétique (mètres) V: vitesse relative de la bobine par rapport au champ magnétique (m/s)
ANALYSE
62
Sonde de proximité à courant de Foucault Une bobine parcourue par un courant haute fréquence produit un champ électromagnétiquevariable qui crée dans tout objet métallique environnant des courants de Foucault. Ceux cis’opposent à la cause qui leur a donné naissance et modifient le coefficient d’induction de labobine en fonction de la distance entre la bobine et l’objet. Ces capteurs sont souvent utiliséspour contrôler la bonne rotation des arbres à haute vitesse.
����������������������������������������
oscillateurdémodulateur
capteur
structure quelques millimètres
ANALYSE
63
Jauge de déformation Les jauges de déformation sont constituées de câbles conducteurs très fins. Si le conducteurest soumis à un allongement relatif, la variation de résistance du câble permet d’estimer cetallongement, elle est de la forme:
( )∆ ∆R R k l l
R l S
/ * /
* /
== ρ
k: facteur de jauge (donnée fabricant) R: résistance du conducteur r: résistivité du conducteur l: longueur S: section
������������������������������������
������������������������������������
������������������������
R1 R4
R3Jauge R2
AlimentationE
La variation relative de résistance est mesurée à l’aide d’un pont de Weastone, par la mesurede la tension e: ( ) ( )e E R R R R R R R R= − + −/ * / / / /4 1 1 2 2 3 3 4 4∆ ∆ ∆ ∆
E: tension d’alimentation du pont de Weastone e: tension mesurée en sortie Initialement: R1=R2=R3=R4
ANALYSE
64
Capteur de force pièzo électrique Un capteur de force piézo-électrique est constitué d’une céramique piézo-électrique travaillanten traction compression. Il doit être inséré entre l’excitation et la structure à analyser.
���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
force d'excitation
céramiquepiézo-électrique
boitier déformable
structure excitée
Avantages Robustesse Travail en traction/compression. Inconvénients Fragilité aux moments, Précharge en compression nécessaire.
Marteau d’impacts instrumenté (Bruel & Kjaer)
ANALYSE
65
Tête d'impédance Les têtes d’impédance combinent à la fois les fonctions d’accéléromètre et de capteur deforce. Elles sont surtout utilisées en analyse modale pour connaître à la fois la force injectée etl’accélération sur la structure au point d’excitation.
ANALYSE
66
CONDUITE D'ANALYSE Pour mener à bien une action de réduction du bruit d’équipements industriels, il faut prendreen compte trois axes d’investigation principaux:
• méthodologie d’analyse,• techniques expérimentales adaptées,• mise en œuvre de moyens industrialisables de réduction du bruit. Une grille d’analyse d’un problème de rayonnement de structures peut être proposée, elle estbasée sur trois étapes successives:
• origine du bruit,• accès à la machine,• solutions envisageables. Sont présentés également les moyens de réduction du bruit couramment utilisés. L’expertiseacoustique expérimentale peut et doit être associée à la modélisation dynamique du bruiteur età des calculs de rayonnement par méthode intégrale. La liaison entre les acousticiens et lebureau d’étude doit commencer le plus tôt possible et se poursuivre à chaque étape dedéveloppement.
ANALYSE
67
Grille d'analyse Réponse localisée
Action à la source
Fuite acoustique Réponse forcée au point d’excitation Solutions envisageables - Isoler les éléments bruyants - Désolidariser les éléments bruyants - Changer les éléments mis en cause - Concevoir de nouveaux sous ensembles Réponse étendue Cohérence entretenue par la structure - Réponse en masse - Réponse en raideur - Réponse modale Solutions envisageables Modification de la réponse de la structure: - masse ajoutée - amortissement - raidissement Cohérence entretenue par les efforts: - transfert solidien - transfert acoustique Solutions envisageables - découplage - capotage
ANALYSE
68
Démarche d'analyse La démarche proposée comprend les étapes suivantes:
• le transfert acoustique direct (étanchéité, fuites) capotage écrantage silencieux
• le rayonnement de l'enveloppe (excitation forcée, excitation modale) simple paroi double paroi action sur la structure amortissement rigidification découplage
• diminution du champ acoustique confiné choix des sources élémentaires silencieuses absorption acoustique géométrie interne
• diminution du rayonnement des supports internes taille des supports position des points de fixation forme des supports positionnement des équipements
• travail des liaisons externes tuyauteries conduites électriques gaines
• optimisation de la ventilation
nature de l'écoulement (laminaire / turbulent) choix du ventilateur choix des orifices et des conduits
ANALYSE
69
Moyens à mettre en œuvre
• Niveau 1 Encoffrement (ou capotage) Absorption Minimisation des orifices
• Niveau 2 Actions internes équilibrage des parties tournantes déplacement des fréquences propres amortissement des structures étouffeurs dynamiques Actions sur l’enveloppe de la machine masse ajoutée raidissement amortissement modification de la géométrie interne choisir un autre type de matériau Auxiliaires actions sur les fluides de refroidissement actions sur les liaisons électriques
• Niveau 3 Traitements avancés absorption active amortissement actif Etudes amonts modélisation dynamique prédiction du rayonnement changement de technologie
ANALYSE
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Procédure de contrôle Aujourd’hui les plans d’assurance qualité demandent très souvent le contrôle des équipementsde mesure suivant des procédures pré établies, le tableau ci-après présente un exemple de planusuellement utilisé pour élaborer ces procédures.
1
INTRODUCTION
2
DEFINITION
3 PROCEDURE DE CONTROLE 3.1 OBJET DE LA PROCEDURE 3.2 DOCUMENTS DE REFERENCE 3.3 DOCUMENTS APPLICABLES 3.4 EQUIPEMENT a Outillage b Equipement de mesure c Equipement spécial 3.5 PERSONNEL D'ESSAI
4 CONDITIONS D'EXECUTION DU CONTRÔLE 4.1 LIMITATIONS 4.2 CONSIGNES 4.3 RACCORDEMENTS ELECTRIQUES 4.4 RACCORDEMENTS MECANIQUES 4.5 VALEURS A CONTROLER 4.6
CRITERES D'ACCEPTABILITE
5 DEROULEMENT DU CONTRÔLE 5.1 PREPARATION a Liste du matériel de mesure b Raccordement des éléments à contrôler c Raccordement des éléments nécessaires aux contrôles 5.2
MISE EN OEUVRE
6 P.V. D'EXECUTION DU CONTROLE Le procès verbal d’exécution du contrôle est un document très important car c’est le seuldocument à suivre l’appareil en cours d’essai.
ANALYSE
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Exemple de procès verbal d’exécution de contrôle
PROCES VERBAL DE CONTRÔLE
PTEC97/PVC/004/A1 selon PagePTEC97/PRC/003/A1 1/3
Objet Désignation du matérielProcès verbal de contrôle des chaines
de mesure sonométriques Sonomètre.
Chaine de mesure MarqueTypeNuméro de sérieNuméro d'inventaire
Conformité (1) oui( ) rayer la mention inutile non
Controleur Vérificateur
Nom Date Visa Nom Date Visa
Description de la chaine de mesure de référence
Element Marque Type Numéro de série Date d'étalonnage
calibrateur mono-voie
calibrateuru bi-voies
microphonepréamplificateurconditionneur
Description de la chaine de mesure en test
Element Marque Type Numéro de série
microphonepréamplificateurconditionneur
Description du système de contrôle
MarqueType
Numéro de série
ANALYSE
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PROCES VERBAL DE CONTRÔLE
PTEC97/PVC/004/A1 selon PagePTEC97/PRC/003/A1 2/3
Mesure de la sensibilité
1 raccorder les éléments de la chaîne de mesure sonomètrique à tester
2 raccorder les éléments du système de contrôle
3 mettre sous tension la chaîne de mesure sonomètrique
4 vérifier l'alimentation électrique de la chaîne de mesure sonomètrique
5 vérifier l'alimentation électrique du calibrateur acoustique
6 mettre sous tension le système de contrôle
7 régler le système de contrôle
8 régler le conditionneur de la chaîne de mesure sonomètrique
9 mettre en marche le calibrateur acoustique
10 régler les amplificateurs de la chaine sonométrique
11 régler le facteur K0 (si il existe)
12 relever les informations au vue-mètre et régler
13 relever la fréquence d'excitation sur le système de contrôle,
14 relever l'amplitude du signal de sortie sur le système de contrôle
15 si les réglagesont été modifiés , reprendre à l'étape numéro 9
16 tracer le spectre de puissance
17 sauvegarder les données
Mesure de la réponse en fréquence
1 raccorder les éléments de la chaîne de mesure à tester
2 raccorder les éléments de la chaîne de mesure de référence
3 raccorder les éléments du système de contrôle
4 mettre sous tension les chaînes de mesure sonomètriques
5 vérifier l'alimentation électrique des chaînes de mesure sonomètriques
6 raccorder le calibrateur acoustique au générateur de signal (bruit blanc)
7 mettre sous tension le système de contrôle
8 régler le système de contrôle
9 régler les conditionneurs des deux chaînes de mesure
10 mettre en marche le calibrateur acoustique
11 contrôler la fonction de cohérence ordinaire
12 calculer la fonction de réponse en fréquence (estimateur H1)
13 relever le déphasage maximal dans la gamme fréquentielle 100-5000 Hz
14 relever le déséquilibre maximal dans la gamme fréquentielle 100-5000 Hz
15 tracer la fonction de cohérence
16 tracer la fonction de réponse en fréquence
17 sauvegarder les résultats
ANALYSE
73
PROCES VERBAL DE CONTRÔLE
PTEC97/PVC/004/A1 selon PagePTEC97/PRC/003/A1 3/3
Mesure de la sensibilité
Tracé du spectre de puissance RéférenceTest
Sensibilité à 1000 Hz (sous 94 dB) mV/PaPa/V
Mesure de la réponse en fréquence
Tracé de la fonction de cohérence ordinaire BFHF
Tracé de la fonction de réponse en fréquence BFHF
Déphasage maximal dans la gamme 100-5000 Hz deg
Déséquilibre maximal dans la gamme 100-5000 Hz dB
ANALYSE
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Fiche de vie Un autre document est très important pour garder la tracabilité de la vie d’un instrument demesure, il s’agit de la fiche de vie qui informe sur les spécificités de l’appareillage.
FICHE DE VIE
Objet .Fiche de vie d'instrument de mesure
Type d'instrument
Marque Date de réceptionType Date de mise en serviceNuméro de série AffectationNuméro d'inventaire Obvervation
Instrument en réserve Instrument opérationnel Instrument réformé
Procédure entretien Procédure vérificationFréquence entretien Fréquence vérification
ClasseUnitéPrécisionRésolution
INTERVENTIONS
Date Procédure Résultats Observations Cout (heure) Responsable
