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Conception et mise en oeuvre de systèmes de contrôle actif de
bruit et de vibrations
Principe de fonctionnement
Le contrôle actif du bruit, aussi appelé absorption acoustique active ou
anti-bruit actif, consiste à modifier le champ acoustique au moyen d'actionneurs
électro-acoustiques. Dans sa forme la plus simple, un dispositif de contrôle
pilote un haut-parleur afin de produire un champ acoustique qui soit l'inverse
exact du champ perturbateur. Le haut-parleur annule ainsi la perturbation, et le
résultat final est le silence, même si en pratique, le contrôle actif est
quelque chose d'un peu plus compliqué.
L'expression "contrôle actif" s'oppose aux méthodes traditionnelles "passives"
pour contrôler le bruit ou les vibrations. En règle générale, les méthodes
passives sont efficaces en moyennes et hautes fréquences. Toutefois, plus les
fréquences à traiter sont basses, plus les méthodes passives deviennent
volumineuses et donc encombrantes. Dans ce cas, les systèmes actifs permettent
d'apporter des solutions intéressantes.
L'idée du contrôle actif n'est pas nouvelle, puisque le brevet expliquant son
principe a été déposé en 1930 par Paul Lueg. Toutefois, même si dans les années
50, Connover a réalisé un dispositif de contrôle actif "analogique", c'est
l'apparition de microprocesseurs de plus en plus performants, à partir des
années 70, qui a permis au contrôle actif de prendre son véritable essor.
Structures de contrôleurs
Un des facteurs déterminants dans le contrôle actif
est la connaissance de la perturbation que l'on souhaite annuler. Le principe du
contrôle actif implique, en effet, que l'on puisse mesurer ou prédire l'état, à
chaque instant, du champ acoustique à proximité du haut-parleur de contrôle.
Pour cela, on utilise généralement un microphone (ou tout autre capteur de
pression ou de vibration).
Selon que l'on place ce microphone en amont du haut-parleur de contrôle par
rapport au sens de propagation de la perturbation, ou en aval, le problème sera
différent.Principe de base des contrôleurs 'par anticipation' et 'par rétroaction'
Par anticipation (feedforward)- Si un microphone est placé en amont du
haut-parleur de contrôle par rapport au sens de propagation de la
perturbation, le signal de référence fourni par ce microphone permet
d'anticiper quel sera l'état du champ acoustique aux alentours du
haut-parleur de contrôle quelques instants plus tard. Un microphone d'erreur
est utilisé pour vérifier la qualité du contrôle. On parle alors de contrôle
feedforward.
Par rétroaction (feedback)- Si le microphone est placé en aval du
haut-parleur de contrôle par rapport au sens de propagation de la
perturbation, le signal d'erreur fourni par le microphone permet d'en
déduire l'état du champ acoustique aux alentours du haut-parleur de contrôle
quelques instants auparavant. Il est ensuite possible de prédire l'état
futur du champ acoustique à proximité du haut-parleur, sous certaines
conditions de déterminisme et de stationnarité de la perturbation. On parle
dans ce cas de contrôle feedback.
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