Le bruit des machines ou équipements est une caractéristique technique généralement déclarée en termes de puissance acoustique (niveau de puissance en dB rapporté à une puissance acoustique de référence de 10-12 watt). Lorsque ce projet a été commencé, la détermination expérimentale de la puissance était basée sur des mesures de pression acoustique sur des microphones. La puissance acoustique était ensuite évaluée par calcul, sous diverses hypothèses et conditions imparfaitement respectées. De ce fait, le raccordement au système international d’unités était réalisé par le raccordement des niveaux de pression, à travers des mesures de sensibilité des microphones. Ceci avait pour conséquence d’entacher une évaluation « vraie » de la puissance acoustique de tous les biais, facteurs d’influence non corrigés ou erreurs de méthode. La situation était d’autant plus complexe que certaines des mesures de puissance acoustique utilisaient une méthode de comparaison avec des sources sonores de référence, elles-mêmes étalonnées par la méthode pression et assez sensibles aux conditions d’environnement.
L'objet de ce projet a donc été de développer et caractériser une source sonore étalon primaire puis de la disséminer via des étalons de transfert (qui sont les sources sonores qui étaient utilisées auparavant comme références). L'application au bruit des machines devant se faire ensuite par le développement de nouvelles procédures de mesure de la puissance sonore dans différents environnements ainsi que l'évaluation des incertitudes de mesures associées.
OBJECTIFS
Développer une source sonore de référence dont la puissance acoustique peut être calculée à partir de mesures de la vitesse de vibration, des dimensions et des propriétés environnementales de l'air, avec une incertitude de 0,5 dB.
Mesurer la puissance acoustique de cette source sonore de référence à l'aide d'instruments d'intensité sonore étalonnés conformément à la norme CEI 61043 et expliquer tout écart par rapport au comportement prévu. Cela est nécessaire pour distinguer le déphasage entre la vitesse du son et la pression acoustique sur la surface enveloppante.
Développer des méthodes pour l'étalonnage des sources sonores non calculables par comparaison avec la source sonore de référence. L'accent sera mis principalement sur les sources à large bande, qui génèrent des sons de manière aérodynamique. Un autre aspect abordé est le développement d'un nouveau concept pour les sources sonores tonales.
Développer des procédures de qualification pour les dispositifs de mesure, analyser les incertitudes liées à la détermination de la puissance acoustique dans la pratique et développer une méthode de substitution utilisant l'intensité acoustique pour le bruit des machines.
RESUMÉ ET RESULTATS
Source sonore étalon primaire
L’objectif de cette partie était la réalisation d’un étalon primaire du watt acoustique dans l’air. Celui-ci est basé sur un corps solide vibrant (piston) bafflé. La puissance sonore de ce dispositif peut être déterminée à partir de la vitesse de vibration de la surface du corps, mesurée par interférométrie laser, et de plusieurs autres grandeurs comme la pression statique et la température. Les différents candidats à devenir les sources primaires reposent sur deux techniques : un pot électrodynamique ou un « moteur » de haut-parleur. Le pot électrodynamique est une source de vibration couramment utilisée en laboratoire. Celui-ci pilote le mouvement d’un piston métallique. Ce dernier doit avoir autant que possible un mouvement d’ensemble et le moins possible de mouvements parasites, due à son manque de rigidité et à ses modes/fréquences propres en haute fréquence. L’autre méthode consiste à utiliser un « moteur » de haut-parleur qui pilote un piston plus léger. Le guidage du piston dans un mouvement unidirectionnel et libre est difficile à bien réaliser. Dans ce projet, des sources primaires ont été développées par le PTB, le SP, l’INRiM et le TUBITAK UME.
Diffusion de l’unité « watt acoustique aérien »
L'objectif de cette partie était de développer un système pour la diffusion de l’unité watt acoustique en utilisant des étalons de transfert appropriés. Celle-ci a permis d’examiner si les sources sonores de référence aérodynamiques existantes pouvaient servir d’étalon de transfert. La réponse a été positive à condition d’en connaitre la sensibilité aux conditions atmosphériques. L'incertitude de la puissance sonore émise par les étalons de transfert a été déterminée. L'objectif a été que cette incertitude soit seulement légèrement supérieure à l'incertitude de l’étalon primaire. Le LNE a développé un appareil de balayage (appelé « scanning apparatus ») permettant une mesure automatisée de la puissance acoustique obtenue en mesurant la pression acoustique sur une demi-sphère de 2 m de rayon centrée sur une source étalon qui affleure le sol.
Au LNE, contrairement à d’autres partenaires, un seul microphone est utilisé, déplacé sur chaque position par un dispositif automatique, et contrôlé par un logiciel qui gère à la fois l'appareil de balayage et l'acquisition de l'analyseur de signal acoustique. Un premier mouvement est fait le long d'un rail décrivant un arc vertical de 90°. Le deuxième mouvement consiste à déplacer cet arc autour d'un axe vertical pour couvrir toute la surface hémisphérique. Un troisième mouvement déplace le microphone sur le rayon de 1 cm pour évaluer l'intensité par deux étapes.
Site internet du projet :
PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS
BREZAS S., CELLARD P., ANDERSSON H., GUGLIELMONE C. et KIRBAS C., “Dissemination of the unit Watt in airborne sound: aerodynamic reference sound sources as transfer standards”, INTER-NOISE 2016, Hambourg, Allemagne, 21-24 août 2016.
CELLARD P., ANDERSSON H., BREZAS S. et WITTSTOCK S., “Automatic sound field sampling mechanisms to disseminate the unit watt in airborne sound”, INTER-NOISE 2016, Hambourg, Allemagne, 21-24 août 2016.
PARTENAIRES
Les travaux ont été menés dans le cadre du projet européen JRP SIB56 qui comprenait les laboratoires nationaux de métrologie :
- PTB (DE),
- INRIM (IT),
- LNE (FR),
- SP (SE),
- TUBITAK (TK).