Thèse doctorat : Acoustique : Villeurbanne, INSA : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. [169]-173.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Th. doct.--Signal et images--Paris--ENST, 1993. / Bibliogr. p. 143-145.

Th. doct.-ing.--Nancy, I.N.P.L., 1978.

Résumé: Dans un turboréacteur civil à haut taux de dilution, l'étage de soufflante contribue significativement au rayonnement acoustique d'un avion en phase d'approche. La problématique de ce projet de recherche s'inscrit dans le cadre de l'amélioration des méthodes de prédiction du bruit tonal et large bande créé par l'interaction rotor-stator d'un étage de soufflante, afin de fournir des outils pour une conception silencieuse des avions. Une étude bibliographique conduit à choisir deux approches pour la prédiction du bruit de soufflante. D'une part, les modèles analytiques prenant en compte l'effet de grille sont adaptés à des études paramétriques dans un contexte industriel, mais font appel à plusieurs hypothèses simplificatrices. D'autre part, les méthodes numériques permettent de considérer des configurations réalistes au prix d'efforts de calculs importants. Les objectifs originaux consistent donc à évaluer des modèles avec effets de grille, à proposer des améliorations afin de les rendre plus fiables et à développer une nouvelle méthode numérique pour le bruit de turbomachine. Celle-ci repose sur des simulations aérodynamiques compressibles instationnaires dans lesquelles les sources acoustiques sont directement calculées puis rayonnées à l'aide d'une analogie acoustique. Dans le cadre du bruit tonal, des simulations instationnaires d'écoulement par la méthode des équations de Navier-Stokes moyennées (UftANS) sont réalisées sur des configurations simplifiées d'étages rotor-stator et sur un compresseur axial réaliste. Les sources acous-tiques déterministes créées par l'interaction des sillages moyens du rotor avec les aubes du stator sont correctement résolues, permettant l'application de la méthode numérique. Un modèle de grille est amélioré afin de prendre en compte une décomposition plus fine de l'excitation ainsi que les effets de cambrure de l'aube dans la prédiction des sources. Ces améliorations sont validées par comparaisons avec les résultats de la méthode numérique. Cette dernière s'avère très efficace pour la prédiction du bruit tonal lorsque les sources sont réparties sur la cambrure réelle des aubes puisque les effets pleinement 3D de la réponse du stator et de la géométrie des aubes sont inclus. Concernant le bruit à large bande, trois modèles avec effets de grilles sont évalués sur deux cas tests réalistes. L'effet de grille est significatif pour des stators avec recouvrement, à la fois sur les sources et sur la puissance rayonnée sur toute la bande de fréquences. De plus, un modèle avec une réponse de grille tridimensionnelle et une analogie acoustique en conduit fournit les meilleurs résultats relativement aux mesures. Par ailleurs, une simulation aux grandes échelles (LES) est effectuée sur le compresseur axial. L'interaction des sillages turbulents du rotor avec les aubes est correctement résolue et crée les sources acoustiques à large bande. La LES permet une meilleure compréhension des phénomènes physiques en vue d'une amélioration des modèles analytiques. Enfin, l'application de la méthode numérique fournit les spectres de puissances acoustiques et s'avère prometteuse.||Abstract: In a modern high bypass ratio turbofan engine, the fan stage significantly contributes to the acoustic energy radiated by an aircraft at approach conditions. This research project takes place in the framework of improving prediction methods for tonal and broadband noise created by the rotor-stator interaction in a fan stage in order to provide tools for quieter designs of aircrafts. A literature review leads to the choice of two approaches for the fan noise prediction. On the one hand, analytical models taking into account cascade effects are designed for parametrical studies in an industrial context although they use several simplifying hypotheses. On the other hand, numerical methods allow considering realistic configurations but are computationally demanding. Thus the original objectives of this work consist in evaluating cascade based acoustic models, in proposing modifications to improve their reliability, and in developing a new numerical method for turbomachinery noise. The latter is based on unsteady compressible aerodynamic simulations to directly compute acoustic sources that are then radiated with an acoustic analogy. For tonal noise studies, unsteady flow simulations using Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (URANS) are performed on simplified rotor-stator configurations as well as on a realistic axial compressor stage. The deterministic acoustic sources created by the rotor wake interaction with the downstream stator vanes are correctly resolved, allowing the application of the numerical method. A cascade analytical model is improved in order to introduce a better decomposition of the excitation as well as vane camber effects in the acoustic sources prediction. These improvements are validated by comparisons with the results of the numerical method. The vane thickness is also seen to have a second order effect. Finally the developed numerical method is shown to be very efficient for tonal noise prediction with a distribution of sources following the mean vane camber line since the fully 3D effects of the stator response and of the vane geometry are included. In the broadband noise context, three cascade based analytical models are evaluated and compared to an isolated airfoil model on two realistic test cases. Cascade effects are found to play a major role both on the acoustic sources and on the acoustic power over the frquency band for overlapping vanes. A model including a tri-dimensional cascade response as well as an acoustic analogy within an annular duct provides the best results compared to measurements. Moreover a Large-Eddy Simulation (LES) is performed on the axial compressor. The turbulent rotor wakes interaction with the downstream stator vanes is correctly resolved and creates broadband acoustic sources. The LES allows a better understanding of physical phenomena in order to improve analytical models. Finally the application of the numerical method provides the acoustic power spectra radiated within the duct and appears to be promising.

La simulation numérique de la prévision du bruit aérodynamique par la résolution des<br />équations de Navier-Stokes demeure hors de portée des supercalculateurs pour les configurations industrielles. Le calcul aérodynamique local doit être relayé par une méthode<br />de propagation acoustique dans une zone où l'écoulement est inhomogène. La résolution<br />numérique des équations d'Euler en perturbation, discrétisée par une méthode des diffé-<br />rences finies d'ordre élevé stabilisée, autorise la propagation acoustique dans cette zone.<br />Plusieurs stabilisations sont étudiées. Une interface curviligne d'ordre élevé, basée sur une<br />interpolation de Lagrange dans un élément de référence, est développée afin de faciliter le<br />couplage Simulation des Grandes Echelles/Euler. Cette méthode numérique est appliquée<br />à l'étude du rayonnement de sources de bruit de la cavité de bec d'une aile hypersustentée,<br />en configuration d'approche, et, à la prévision du bruit rayonné par l'écoulement turbulent<br />autour d'une plaque plane.

Au terme de cette étude, un critère objectif synthétisant la perception du confort acoustique sera défini pour le cas du bruit de roulement dans une voiture particulière. Le bruit généré lors du roulage n'étant actuellement défini que par son niveau acoustique global, on veut expliquer sa perception par rapport à des calculs psychoacoustiques validés. Pour ce faire, l'analyse sensorielle est utilisée afin de décrire le bruit de roulement par des descripteurs sensoriels. D'abord, à partir d'une banque de sons préenregistrés en conditions contrôlées, une écoute en salle sur jury permet de dresser la liste des termes les plus évocateurs pour décrire les aspects perceptifs du bruit de roulement. Ensuite, chaque membre du jury évalue l'intensité de chaque aspect retenu sur une échelle d'intensité de 0 à 15. Parallèlement, une série de calculs effectués par traitement du signal attribuent des valeurs psychoacoustiques sur ces mêmes enregistrements. Une étude statistique de régression multiple permet alors de lier les intensités perçues à des métriques psychoacoustiques, pour rendre objectif le caractère subjectif de la perception acoustique. Les résultats attendus sont sous forme d'une liste de descripteurs perceptifs, chacun ayant été corrélé avec une fonction ou un algorithme appliqué à un enregistrement binaural. L'intégration de ces fonctions dans un logiciel synthèse d'analyse permet d'anticiper l'appréciation client. Ce travail s'insère dans le cadre plus général d'un déploiement orienté vers les attentes de différentes typologies de clients chez Renault S.A. Pour des raisons de confidentialité, les descripteurs de même que les coefficients de régression liant les descripteurs aux métriques psychoacoustiques ne sont pas explicités. Par ailleurs, ce mémoire se concentre sur la méthodologie adoptée ainsi que sur l'interprétation des résultats.

Actuellement, les turboréacteurs sont les principales sources de bruits d’un avion. Afin de supprimer cette source de bruit qui est très incommodante pour l’environnement, les ingénieurs ont conçu durant ces trente dernières années des matériaux permettant de réduire l’émission de bruit provenant des turboréacteurs. Ces matériaux communément appelés liners sont pour l’instant relativement efficaces. Afin de contrôler la qualité de fabrication des liners, l’instigateur du projet Pratt & Whitney Canada (PWC) veut caractériser ces traitements acoustiques en mesurant leur impédance acoustique en tenant compte des conditions réelles de champ acoustique et des conditions aérodynamiques. C’est ainsi qu’a pris naissance mon projet de maîtrise portant sur la conception et la fabrication d’un banc de mesure en vue de la caractérisation de ces liners. En premier lieu, une amélioration de la méthode de caractérisation géométrique et acoustique des liners au niveau de la nacelle du turboréacteur (in situ) a été apportée. En effet, une méthode de mesure par imagerie a été élaborée pour mesurer le taux de perforation et le diamètre de perforation d’un liner au sein même de la nacelle. D’autre part, les fuites acoustiques au sein du tube d’impédance in situ de PWC ont été éliminées. Par ailleurs, une méthode de mesure in situ de l’impédance des liners a été établie. En second lieu, un banc d’essai a été conçu et fabriqué pour mesurer, par méthode inverse, l’impédance des liners sous incidence rasante. Divers matériaux ont été testés afin de valider le banc. Les résultats expérimentaux sont bien proches des résultats numériques. Nous n’avons pas abouti à la partie considérant l’écoulement vu la limitation de puissance de la soufflerie du GAUS néanmoins le concept théorique et la méthode de mesure expérimentale restent bien valables dans le cas d’un écoulement. Nous avons choisi une soufflante pour générer l’écoulement dans le banc et cette partie sera traitée par un autre étudiant.

La lumière comprimée est un état du champ électromagnétique pour lequel le bruit, mesuré selon une certaine quadrature est inférieur au bruit du vide. Dans cet ouvrage, nous étudions la possibilité de générer de la lumière micro-onde à partir d’un transistor à effet de champ commercial. D’une part, nous observons le bruit de grenaille du canal drain-source à basse fréquence, ce qui suggère que le canal est cohérent. Ensuite, nous exploitons cette cohérence et procédons à une expérience standard de compression par le bruit de grenaille. D’autre part, nous prédisons, à l’aide d’un modèle simple, la possibilité de comprimer le bruit par modulation de la résistance du canal drain-source pour des mesures de bruit à hautes fréquences. Nous concluons en proposant une mise en œuvre de cette méthode.

On perçoit souvent la parole en présence de bien d’autres sons. Parfois les interférences sonores atteignent des niveaux tellement élevés que la parole devient inintelligible. Les méthodes de renforcement de la parole tentent de réduire les bruits ambiants, mais on en sait très peu sur l’effet qu’elles produisent sur l’intelligibilité de la parole. Cette thèse explore les effets des méthodes de renforcement de la parole, aussi appelées algorithmes de suppression du bruit, sur la l’intelligibilité.Après une brève introduction sur les notions de renforcement de la parole et d’intelligibilité, on présente trois études qui abordent les effets de ces méthodes d’un point de vue empirique. On démontre que le résultat de la suppression du bruit tend à réduire l’intelligibilité et que cet effet est constant pour une grande variété de niveaux sonores. Quand on fait appel à des experts pour mettre en place un système commercial de suppression du bruit dans le but d’améliorer l’intelligibilité, ils proposent des réglages qui dégradent l’intelligibilité. Les profanes perçoivent bien une amélioration de l’intelligibilité qui résulte des méthodes de renforcement de la parole.Trois autres études subséquentes tentent de préciser les propriétés du signal, qui ont des effets sur l’intelligibilité et qui sont généré par les méthodes de renforcement de la parole. Des métriques physiques basées sur différentes propriétés du signal ont été utilisées pour estimer l’intelligibilité de la parole renforcée. La plupart de ces mesures fournissent des estimations peu fiables ou biaisées de l’intelligibilité absolue. / Speech is often perceived in the presence of other sounds. At times the interfering sounds can reach such high levels that the speech becomes unintelligible. Speech enhancement methods attempt to reduce the audibility of noisy sounds, but little is known about how their influence on intelligibility. This thesis explores the effects of speech enhancement, also known as noise suppression algorithms, on speech intelligibility. After a short introduction to speech enhancement and intelligibility, three studies consider the effects from an empirical perspective. It is shown that noise suppression tends to reduce intelligibility and that its effect is mostly constant across a broad range of noise levels. When experts were asked to apply a commercial noise suppressor to optimise intelligibility, they proposed settings that degraded intelligibility. Laypeople successfully identified an increase in intelligibility resulting from speech enhancement. Three subsequent studies attempt to identify the signal properties responsible for the intelligibility effects and generated by speech enhancement.Physical metrics based on various signal properties were used to estimate the intelligibility of the speech-enhanced noisy signal. Most metrics provided unreliable or biased estimates of absolute intelligibility. Some could nevertheless be used to adjust speech enhancers such that intelligibility is optimal.