[0001] La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif destinés au traitement
du bruit à bord d'un aéronef.
[0002] Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de giravions.
[0003] La présente invention est plus particulièrement relative aux systèmes de traitement
électronique du bruit, également nommés systèmes d'antibruit ou d'anti-bruit actif.
[0005] Il a été proposé dans les brevets
FR2769396 et
US6224014 de réduire le bruit de raies à l'intérieur d'un hélicoptère en commandant un actionneur
en fonction de mesures délivrées par un capteur acoustique ou vibratoire.
[0006] Il a été proposé dans les brevets
FR2802328 et
US6502043 d'utiliser en outre un capteur (de référence) effectuant une mesure corrélée avec
une source de bruit, et de pondérer les signaux de mesure de bruit pour privilégier
des zones déterminées de l'aéronef, par exemple à proximité de sièges de passagers.
[0007] Les actionneurs utilisés peuvent être des hauts parleurs ou des actionneurs piézo
électriques, les capteurs pouvant être des microphones ou des accéléromètres. Les
algorithmes utilisés pour minimiser les bruits ou vibrations peuvent être de type
LMS ou RLMS (« Recursive Least Mean Square »).
[0008] Le brevet
US5845236 propose d'utiliser un dispositif d'atténuation active en complément des résonateurs
vibratoires.
[0009] Le brevet
US5754662 propose de traiter séparément des fréquences basses et des fréquences supérieures
aux fréquences basses, et de commander séparément deux actionneurs respectivement
adaptés à ces fréquences basses et supérieures ; il est notamment proposé d'utiliser
un caisson de graves pour les fréquences basses.
[0010] Le brevet
EP1031136 décrit un système d'atténuation active du bruit à l'intérieur de la cabine d'un hélicoptère
comportant une boîte de transmission et des pieds fixant la boîte à la structure de
la cabine ; le système commande plusieurs vérins attachés à chaque pied pour appliquer
au pied des contre vibrations, pour réduire des vibrations - dues à des pignons de
la boîte - dont la fréquence est voisine de 700 Hz.
[0011] Le document
WO03/073415 décrit un autre système dans lequel on utilise une pondération de signaux variable
dans le temps pour éviter de saturer les actionneurs.
[0012] Le brevet
EP917706 décrit un système d'atténuation du bruit adapté à un avion à deux moteurs.
[0013] Bien que ces systèmes présentent des qualités, leur intégration à un giravion se
heurte à des problèmes complexes qui tiennent notamment au niveau élevé des bruits
à atténuer, à la quantité élevée de « raies fines » dans le spectre du bruit à atténuer,
qui sont situées dans une bande de fréquence allant jusqu'à 10000 Hz environ, et à
la présence de « raies larges dans un tel spectre, en particulier aux fréquences situées
dans une plage allant de 10 à 1000 Hz.
[0014] Un objectif de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de traitement
du bruit à bord d'un aéronef - en particulier d'un giravion - qui soient améliorés
et/ou qui remédient, en partie au moins, aux lacunes et inconvénients des systèmes
connus dans ce domaine.
[0015] Conformément à un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de traitement
du bruit dans la cabine d'un aéronef, qui comporte :
- plusieurs microphones respectivement fixés à des sièges de la cabine;
- plusieurs haut-parleurs;
- au moins une unité de traitement arrangée pour recevoir des signaux de mesure de bruit
délivrés par les microphones, et pour délivrer aux haut-parleurs des signaux de commande
afin d'atténuer le bruit dans la cabine, l'unité de traitement comportant plusieurs
modules de traitement respectivement associés à l'un des microphones et/ou à l'un
des haut-parleurs;
- au moins un résonateur acoustique couplé acoustiquement à un haut-parleur et à la
cabine,
le résonateur acoustique comportant un évent couplé à une cavité, le haut-parleur
et son résonateur associé présentant une fréquence de niveau sonore maximum qui est
inférieure à 1000 Hertz.
[0016] Conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'atténuation
du bruit en une ou plusieurs zones d'une cabine d'un aéronef, chaque zone étant équipée
d'un capteur (microphone) de mesure du bruit et d'un haut parleur, à l'aide d'un dispositif
d'atténuation relié au(x) capteur(s) et aux haut-parleux(s) et prévu (en particulier
programmé) pour exciter le(s) haut-parleur(s) afin d'atténuer le bruit mesuré par
le(s) capteur(s) ; l'aéronef est en outre équipé d'un ou plusieurs haut-parleur(s)
supplémentaire(s) plus adapté(s) à l'émission de fréquences basses que le(s)dit(s)
haut-parleur(s) équipant la (les) zone(a) de la cabine ; le procédé comporte les opérations
suivantes :
- filtrage des signaux de mesure délivrés par les capteurs pour produire des signaux
filtrés BF (basse fréquence) et des signaux filtrés MHF (moyenne et haute fréquence)
;
- élaboration d'un signal de commande de haut-parleur(s) propre au haut-parleur équipant
chaque zone de la cabine ainsi qu'un signal de commande du (des) haut-parleur(s),
en fonction des signaux filtrés et d'une pondération psychoacoustique, afin d'atténuer
la sensation de bruit perçue par les occupants de la cabine ; et
- augmentation du niveau sonore du (des) haut-parleurs supplémentaires par un résonateur
acoustique couplé au haut-parleur supplémentaire et à la cabine,
[0017] Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'atténuation du
bruit à bord d'un aéronef comportant une cabine équipée d'un ou plusieurs haut-parleur(s)
et d'un ou plusieurs microphone(s) de mesure du bruit, dans lequel :
- on filtre les signaux du (des) microphone(s) pour extraire des composantes basse fréquence
du bruit et on élabore un signal de commande d'un haut parleur au moins à partir des
signaux filtrés, afin d'atténuer la sensation de bruit perçue par les occupants de
la cabine.
- on couple le haut parleur à la cabine par l'intermédiaire d'un adaptateur acoustique
améliorant l'efficacité du haut parleur aux basses fréquences.
[0018] Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de traitement
du bruit dans la cabine (pouvant inclure le cockpit) d'un giravion, qui comporte :
- au moins un microphone, de préférence fixé(s) à un (des) siège(s) ;
- au moins un haut-parleur ;
- une unité de traitement qui est connectée au(x) mictophone(s) pour en recevoir des
signaux de mesure de bruit, et qui est connectée au(x) haut-parleur(s) pour lui (leur)
délivrer des signaux de commande permettant d'atténuer le bruit dans la cabine ;
- un adaptateur acoustique reliant un haut-parleur à la cabine, l' adaptateur comportant
une cavité couplée acoustiquement au haut parleur ainsi qu'un conduit ou évent faisant
communiquer la cavité et la cabine.
[0019] L'adaptateur comportant le conduit (évent) reliant la cavité à la cabine permet d'améliorer
le rendement du haut-parleur au voisinage de fréquences (basses fréquences) qui sont
de préférence inférieures à 1000 Hertz, en particulier situées dans une plage allant
de 10 Hz environ jusqu'à 100 Hz environ, ou dans une plage allant de 30 Hz environ
jusqu'à 300 Hz environ.
[0020] De préférence, le dispositif comporte plusieurs microphones et plusieurs haut-parleurs
; chaque évent peut présenter une forme sensiblement cylindrique ou évasée, convergente
et/ou divergente.
[0021] Selon un mode de réalisation, deux évents respectivement associés à deux cavités
(et à deux haut-parleurs) présentent deux fréquences respectives d'efficacité (de
niveau sonore) maximum dont les valeurs diffèrent.
[0022] L'invention peut être mise en oeuvre par l'intermédiaire d'un programme.
[0023] Ainsi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un programme de traitement
de données correspondant à des mesures de bruit pour fournir des données de commande
de haut-parleurs, qui est fixé sur un support - tel qu'une mémoire, amovible ou non
- lisible par un calculateur ou processeur de l'unité de traitement embarquée ou destinée
à être embarquée à bord de l'aéronef, et qui est arrangé pour effectuer, lorsqu'il
est exécuté par ce calculateur ou processeur, des opérations d'un procédé selon l'invention.
[0024] D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans
la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun
caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention,
[0025] Sauf indication contraire, les termes « signal » et « donnée » sont considérés comme
équivalents.
La figure 1 est un graphe illustrant un spectre du bruit produit par un hélicoptère,
dont l'axe des fréquences portées en abscisse présente une échelle logarithmique,
et dont l'axe des niveaux portés en ordonnée présente une échelle linéaire.
La figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif
selon l'invention.
La figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation d'un adaptateur acoustique
d'un dispositif selon l'invention.
La figure 4 est un graphe illustrant schématiquement les variations en fonction de
la fréquence du niveau sonore d'un haut-parleur couplé à un adaptateur dans un dispositif
selon l'invention.
La figure 5 illustre schématiquement un second mode de réalisation d'un dispositif
selon l'invention.
La figure 6 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'un dispositif
selon l'invention et son intégration à un hélicoptère partiellement représenté en
vue éclatée.
La figure 7 illustre schématiquement des séquences d'opérations de programmes et procédés
selon l'invention.
[0026] Par référence à la figure 1, le spectre 39 du bruit régnant dans la cabine d'un hélicoptère
présente un niveau croissant jusqu'à atteindre un maximum 40 dépassant 100 décibels
pour des fréquences voisines de 20 à 40 Hz ; le niveau présente une tendance générale
(« bruit de fond ») décroissante pour les fréquences plus élevées, incluant des raies
41 « larges centrées sur des fréquences de l'ordre de 50 à 400 Hz, suivies de raies
42 « fines » centrées sur des fréquences de l'ordre de 500 à 10000 Hz.
[0027] Par référence à la figure 2, la cabine 20 est délimitée par des panneaux 43 de plafond,
des panneaux 44 de cloison, et des panneaux 45 de plancher ; un siège 35 pourvu d'un
appui-tête 46 équipe la cabine et reçoit un passager 47.
[0028] Un haut-parleur 26 est fixé au panneau 43 de sorte que la face avant de sa membrane
260 puisse rayonner directement dans la cabine. Un second haut-parleur 27 est fixé
au panneau 44 par l'intermédiaire d'un conduit 31 ; la face avant de la membrane 270
du haut-parleur 27 s'étend à l'extrémité gauche du conduit 31 qui débouche dans la
cabine par son extrémité droite.
[0029] Un microphone 22 est fixé à l'appui-tête 46 et est relié, comme les haut-parleurs
26 et 27, à une unité 28 de traitement de signaux et de données. Un capteur 25 - tel
qu'un capteur tachymétrique sensible à la fréquence de rotation du rotor principal
de l'hélicoptère - et/ou un microphone ou accéléromètre 24 sont également reliés à
l'unité 28 pour lui délivrer un signal de référence.
[0030] Dans la configuration illustrée figure 5, le dispositif comporte deux microphones
22 et 23 servant à mesurer le bruit dans deux zones de la cabine où la sensation de
bruit doit être minimisée. Chaque microphone est relié à l'unité 28 par un filtre
36 passe-bas et par un filtre 37 passe haut, de sorte que l'unité 28 reçoit sur ses
entrées 281 des signaux de mesure de bruit filtrés, de fréquence basse, et reçoit
sur ses entrées 282 des signaux de mesure de bruit filtrés, de fréquence moyenne et
haute.
[0031] A titre d'exemple, la fréquence de coupure des filtres 36 et 37 peut être de l'ordre
de 300 Hz à 600 Hz environ.
[0032] Les filtres 36, 37 peuvent être numériques et/ou intégrés à l'unité 28.
[0033] A partir des signaux délivrés par les capteurs 22 à 25, l'unité 28 élabore des signaux
de commande qu'elle délivre sur ses sorties auxquelles sont reliés les hauts parleurs
26, 27.
[0034] Dans la configuration illustrée figure 5, une cavité 32 s'étend en avant de la membrane
de chaque haut-parleur 26, 27 ; en outre, chaque cavité 32 est respectivement reliée
par un évent 29 tubulaire à la cabine 20.
[0035] Dans la configuration illustrée figure 3, la cavité 32 s'étend en arrière de la membrane
270 du haut-parleur 27 ; un évent 30 s'étend au travers de la paroi 44 séparant la
cavité 32 de la cabine, et relie la cavité au volume de la cabine.
[0036] Le niveau sonore du haut-parleur aux basses fréquences, notamment au voisinage des
fréquences 33 ou 34 n'est pas assez élevé pour permettre d'atténuer efficacement les
raies larges 40, 41 (cf. fig. 1) de bruit de l'hélicoptère. La cavité et l'évent forment
un résonateur acoustique (de type Helmholtz) reliant le haut-parleur à la cabine ;
l'ensemble formé par le haut parleur et le résonateur constitue un système bass-reflex
qui présente, comme illustré figure 4, une efficacité variable (50) en fonction de
la fréquence.
[0037] Dans le cas où deux zones de la cabine sont traitées, chacune au moyen d'un haut-parleur,
les deux haut-parleurs équipés de leur résonateur présentent un niveau sonore maximum
pour la fréquence basse 33 ou 34 respectivement ; ces fréquences 33 ou 34 correspondent
aux caractéristiques acoustiques des deux zones et sont généralement inférieures à
100 Hz. L'amplification obtenue permet d'atténuer efficacement les raies 40 ou 41.
[0038] Selon un mode de réalisation, un premier haut-parleur relié à la cabine par un premier
adaptateur présente le niveau sonore 50, tandis qu'un second haut-parleur relié à
la cabine par un second adaptateur présente le niveau sonore 500 ; on remarque que
ces deux courbes (50 ou 500) de niveau sonore présentent des maximum pour deux fréquences
de valeurs différentes.
[0039] Dans la configuration illustrée figure 6, le dispositif comporte un microphone 22
disposé dans le cockpit 200 de l'hélicoptère 21 et quatre autres microphones 22 fixés
aux sièges (non représentés) équipant la cabine 201 principale ; un haut-parleur 27
solidaire de la paroi séparant le cockpit de la cabine permet d'atténuer le bruit
dans le cockpit.
[0040] Six haut-parleurs 26 équipent un panneau d'habillage du plafond de la cabine 201
et un haut-parleur 27 équipe un panneau arrière de la cabine. Au moins un de ces haut-parleurs
est utilisé pour la communication (interphone) entre l'équipage et les passagers.
[0041] Le dispositif comporte en outre deux capteurs (accéléromètres) 24, 25 de référence
respectivement solidaires d'une structure 51 (« plancher mécanique ») recevant la
boite de transmission principale 52 de l'hélicoptère, et de cette boite de transmission.
[0042] Le dispositif comporte également un résonateur ou vibrateur électromécanique 53 solidaire
de la structure de l'hélicoptère et commandé par l'unité 26 pour atténuer le bruit
dans la cabine 200, 201 ; un capteur 25 de référence supplémentaire est fixé à proximité
de ce résonateur et relié à une entrée de l'unité 28.
[0043] Par référence à la figure 5, l'unité 28 de traitement des signaux délivrés par les
capteurs comporte un module 38 de pondération psychoacoustique ; ce module réalise
une pondération des signaux ou données de bruit entrant dans l'unité 28, et/ou une
pondération des signaux ou données de commande des haut-parleurs ; cette pondération
permet d'optimiser un ou plusieurs paramètres de confort acoustique, en particulier
la sonie ou le niveau en dBA, dBG, ou dBSIL4.
[0044] Cette pondération peut être réalisée par un procédé ou programme exécuté par un processeur
de l'unité 28 et comportant la séquence suivante (cf. figure 7) :
- l'acquisition ACQ des signaux de bruit délivrés par les capteurs 22 à 24 ;
- l'adaptation ALG des coefficients du filtre délivrant les signaux de commande des
haut-parleurs, en fonction des signaux de bruits mesurés, en utilisant un algorithme
de calcul LMS (ou RLMS) ;
- la génération COM des signaux de commande des haut-parleurs permettant de générer
des ondes acoustiques en opposition de phase avec celles correspondant au bruit mesuré
;
tant que la génération des signaux de commande ne converge pas vers une solution stable,
on reprend (branche 60) l'exécution de la séquence d'opérations ACQ/ALG/COM et, lorsque
la stabilité est obtenue, la séquence se poursuit par :
- l'enregistrement GEL des coefficients des filtres ;
- le calcul SON de paramètres psychoacoustiques (sonie et acuité par exemple) en fonction
des signaux de bruits mesurés ;
- le calcul et la mémorisation IND d'un indice ou niveau de confort acoustique ;
si l'indice de confort ainsi obtenu est supérieur ou égal à l'indice précédemment
obtenu par la même séquence d'opérations, on reprend (branche 61) l'exécution de la
séquence d'opérations (ACQ à IND), sinon, on remplace MOD les coefficients du filtre
dernièrement enregistrés par ceux enregistrés précédemment, et on reprend (branche
62) l'exécution de la séquence complète d'opérations ACQ à MOD.
[0045] L'efficacité d'un dispositif selon l'invention résulte notamment de l'utilisation
de haut-parleurs et adaptateurs acoustiques adaptés aux bandes de fréquence dans lesquelles
le niveau de bruit correspond à une énergie importante ; cette efficacité peut être
renforcée par la commande séparée de haut-parleurs adaptés aux basses fréquences d'une
part, et de haut-parleurs adaptés aux moyennes et hautes fréquences d'autre part.
[0046] Par ailleurs, la mise en oeuvre d'une pondération psychoacoustique permet d'éviter
d'atténuer inutilement des composantes du bruit produisant une moindre sensation d'inconfort.
[0047] Ces caractéristiques contribuent à l'obtention d'un système moins lourd, mieux à
même d'être embarqué à bord d'un aéronef.
1. Dispositif de traitement du bruit dans la cabine (20, 200, 201) d'un aéronef (21),
qui comporte :
- plusieurs microphones (22 à 24) respectivement fixés à des sièges (35) de la cabine;
- plusieurs haut-parleurs (26, 27);
- au moins une unité (28) de traitement arrangée pour recevoir des signaux de mesure
de bruit délivrés par les microphones, et pour délivrer aux haut-parleurs des signaux
de commande afin d'atténuer le bruit dans la cabine, l'unité de traitement comportant
plusieurs modules de traitement respectivement associés à l'un des microphones et/ou
à l'un des haut-parleurs;
- au moins un résonateur acoustique (29 à 32) couplé acoustiquement à un haut-parleur
et à la cabine,
le résonateur acoustique comportant un évent (29 à 31) couplé à une cavité (32), le
haut-parleur et son résonateur associé présentant une fréquence (33 ou 34) de niveau
sonore (50, 500) maximum qui est inférieure à 1000 Hertz.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la fréquence de niveau sonore maximum
est située dans une plage allant de 10 Hz environ jusqu'à 100 Hz environ.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la fréquence de niveau sonore
maximum est située dans une plage allant de 20 Hz environ jusqu'à 300 Hz environ.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'évent présente
une forme sensiblement cylindrique ou évasée, convergente et/ou divergente.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel deux évents
respectivement associés à deux cavités et à deux haut-parleurs forment deux résonateurs
présentant deux fréquences respectives (33 ou 34) de niveau sonore maximum dont les
valeurs diffèrent.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, qui comporte un organe
(36, 37) de filtrage des signaux délivrés par le(s) microphone(s), et plusieurs modules
de l'unité de traitement pour produire des signaux basse fréquence et des signaux
moyenne et haute fréquence.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'unité de
traitement comporte un organe (38) de pondération psychoacoustique des signaux reçus
des microphones ou délivrés aux haut-parleurs.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 qui comporte en outre un
vibrateur électromécanique (53) solidaire de la structure de l'hélicoptère et commandé
par l'unité (28) pour atténuer le bruit dans la cabine..
9. Procédé d'atténuation du bruit à bord d'un aéronef (21) comportant une cabine (20,
200, 201) équipée de plusieurs haut-parleurs (26, 27) et de plusieurs capteurs (22
à 24) de mesure du bruit, dans lequel :
- on filtre les signaux de chaque capteur pour extraire des composantes basse fréquence
du bruit et on élabore un signal de commande d'un haut-parleur au moins à partir des
signaux filtrés, afin d'atténuer la sensation de bruit perçue par des occupants de
la cabine,
- on couple le haut-parleur à la cabine par l'intermédiaire d'un résonateur (29 à
32) acoustique améliorant l'efficacité du haut-parleur aux basses fréquences, le résonateur
acoustique comportant un évent (29 à 31) couplé à une cavité (32), le haut-parleur
et son résonateur associé présentant une fréquence (33 ou 34) de niveau sonore (50,
500) maximum qui est inférieure à 1000 Hertz.
10. Procédé selon la revendication 9 d'atténuation du bruit en plusieurs zones de la cabine,
chaque zone étant équipée d'un microphone et d'un haut-parleur, à l'aide d'un dispositif
d'atténuation relié aux microphones et aux haut-parleurs et programme pour exciter
les haut-parleurs afin d'atténuer le bruit mesure par les microphones, au moins un
haut-parleur étant couplé acoustiquement à la cabine par l'intermédiaire d'un résonateur
comportant une cavité et un évent, le procédé comportant les opérations suivantes
:
- filtrage des signaux de mesure délivrés par les microphones pour produire des signaux
filtrés BF (basse fréquence) et des signaux filtrés MHF (moyenne et haute fréquence)
;
- élaboration d'un signal de commande de haut-parieur(s) propre au haut-parleur équipant
chaque zone de la cabine, les signaux de commande des haut-parleurs étant élaborés
en fonction des signaux filtrés et d'une pondération psychoacoustique afin d'atténuer
la sensation de bruit perçue par des occupants de la cabine.
11. Programme de traitement de données de mesure de bruit à l'intérieur d'un aéronef,
pour fournir des données de commande de haut-parleur(s) afin de réduire le bruit,
qui est fixé sur un support lisible par un processeur embarqué à bord de l'aéronef,
et qui est arrangé pour effectuer, lorsqu'il est exécuté par le processeur, des opérations
d'un procédé selon l'une des revendications 9 ou 10.
12. Programme selon la revendication 11, qui est arrangé pour effectuer, lorsqu'il est
exécuté par le processeur, une pondération psychoacoustique des données de mesure
du bruit ou des données de commande de haut-patleur(s),
13. Programme selon la revendication 11 ou 12, qui traite parallèlement des données de
mesure de bruit délivrées par plusieurs capteurs et/ou des données de commande de
plusieurs haut-parleurs.
14. Programme selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, qui comporte un module
de filtrage fréquentiel des données de mesure de bruit.
15. Programme selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, qui comporte un algorithme
de minimisation de bruit de type LMS ou RLMS.
16. Programme selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, qui utilise des signaux
délivrés par un capteur tachymétrique (25) sensible à la fréquence de rotation d'un
rotor.