Modélisation en domaine temporel de la propagation acoustique PDF Download
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Author: Loïc Ehrhardt
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Languages : fr
Pages : 204
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Book Description
La propagation acoustique en milieu externe est fortement influencée par l'environnement. Les effets liés à la géométrie, comme la topographie ou la présence d'obstacles, sont principalement les réflexions et les diffractions. Concernant l'effet de l'atmosphère, les gradients moyens génèrent des réfractions tandis que la turbulence provoque des fluctuations aléatoires et une perte de cohérence du signal. La plupart de ces effets sont généralement bien décrits de manière théorique, cependant dans les configurations réelles le cumul de tous ces effets rend l'utilisation des expressions analytiques très difficile. Les études expérimentales présentent également des limites liées à la difficulté de connaître l'environnement parfaitement et d'isoler un effet physique particulier. Dans cette perspective, la simulation numérique est une alternative pratique et complémentaire à la théorie et l'expérimentation. Parmi les modèles numériques de propagation existants, ceux basés sur une résolution par différences finies dans le domaine temporel (FDTD pour Finite-Difference Time-Domain) des équations d'Euler linéarisées sont récents et particulièrement prometteurs. Cependant comme pour tout modèle nouveau, il reste à montrer qu'effectivement l'ensemble des phénomènes physiques d'intérêt sont retranscrits.Dans le cadre de ses études sur la propagation acoustique extérieure, l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL) a implémenté un tel modèle de propagation. Cette implémentation est ci-après appelée ITM, pour ISL FDTD Model. L'objectif de cette thèse, proposée par l'ISL en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA), est de poursuivre le développement et les validations de cette implémentation. Une part importante du travail consiste également à illustrer les potentialités du code ITM pour des applications de propagation de signaux acoustiques complexes dans un environnement complexe. [...]
Author: Loïc Ehrhardt
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Pages : 204
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La propagation acoustique en milieu externe est fortement influencée par l'environnement. Les effets liés à la géométrie, comme la topographie ou la présence d'obstacles, sont principalement les réflexions et les diffractions. Concernant l'effet de l'atmosphère, les gradients moyens génèrent des réfractions tandis que la turbulence provoque des fluctuations aléatoires et une perte de cohérence du signal. La plupart de ces effets sont généralement bien décrits de manière théorique, cependant dans les configurations réelles le cumul de tous ces effets rend l'utilisation des expressions analytiques très difficile. Les études expérimentales présentent également des limites liées à la difficulté de connaître l'environnement parfaitement et d'isoler un effet physique particulier. Dans cette perspective, la simulation numérique est une alternative pratique et complémentaire à la théorie et l'expérimentation. Parmi les modèles numériques de propagation existants, ceux basés sur une résolution par différences finies dans le domaine temporel (FDTD pour Finite-Difference Time-Domain) des équations d'Euler linéarisées sont récents et particulièrement prometteurs. Cependant comme pour tout modèle nouveau, il reste à montrer qu'effectivement l'ensemble des phénomènes physiques d'intérêt sont retranscrits.Dans le cadre de ses études sur la propagation acoustique extérieure, l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL) a implémenté un tel modèle de propagation. Cette implémentation est ci-après appelée ITM, pour ISL FDTD Model. L'objectif de cette thèse, proposée par l'ISL en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA), est de poursuivre le développement et les validations de cette implémentation. Une part importante du travail consiste également à illustrer les potentialités du code ITM pour des applications de propagation de signaux acoustiques complexes dans un environnement complexe. [...]
Author: Didier Dragna
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Dans cette thèse, un modèle de propagation acoustique dans le domaine temporel est proposé pour des applications en milieu extérieur. Dans le contexte du transport ferroviaire, il est nécessaire de considérer des sources étendues et en mouvement dont le contenu fréquentiel peut aller jusqu’à8000 Hz. La résolution des équations d’Euler linéarisées dans le domaine temporel est alors une méthode bien adaptée à ce problème. Pour cela, des méthodes de différences finies, développées par la communauté de l’aéroacoustique numérique, sont utilisées. Le modèle ainsi développé permet de prendre en compte les effets météorologiques (profils de vent et de température) ainsi que les effets de sol (impédance et topographie).Dans le premier chapitre, les méthodes différences finies ainsi que la condition limite d’impédance dans le domaine temporel, basée sur une technique de convolution récursive, sont présentées dans le cadre général d’un calcul tridimensionnel. Une étude sur la propagation d’ondes acoustiques dans une atmosphère stratifiée au-dessus de sols impédants est ensuite proposée. En conditions homogènes, les formes d’ondes sont comparées à celles obtenues avec une solution analytique. En conditions défavorables, les temps d’arrivée des différentes contributions sont analysés avec une approche d’acoustique géométrique. Dans les deux cas, des ondes de surface sont mises en évidence. Enfin, dans une première analyse, une étude des effets de la compacité d’une source mobile harmonique à support spatial gaussien sur le champ de pression acoustique est proposée. Dans un second chapitre, le problème du couplage champ proche - champ lointain est traité. En effet, les méthodes de résolution des équations d’Euler linéarisées sont actuellement « lourdes » à mettre en œuvre pour modéliser la propagation à très grande distance. Une stratégie de couplage avec des méthodes d’équation parabolique est alors mise en place afin de réduire le temps de calcul et l’espace mémoire nécessaires. Une méthode split-step Padé est utilisée afin d’obtenir une approximation parabolique dans un cône d’angle voulu. Une étude sur les conditions initiales adaptées à l’ordre du développement de l’approximant de Padé est proposée. La modélisation de la topographie dans le code différences finies fait l’objet d’un troisième chapitre. Pour cela, des coordonnées curvilignes sont introduites et permettent une résolution similaire au cas cartésien. Différentes applications sont proposées. La propagation au-dessus d’un cylindre est étudiée ; des ondes de surfaces sont mises en évidence. Ensuite, l’influence de la topographie d’un site ferroviaire sur la mesure des niveaux de pression est analysée. En champ proche, des écarts importants sont obtenus à basse fréquence. En champ lointain, les résultats dépendent des conditions météorologiques. Enfin, des comparaisons des niveaux de pression calculés et mesurés lors d’une campagne expérimentale menée en octobre 2001 à Saint-Berthevin sont réalisées. Dans une dernière étude, le modèle de propagation acoustique est validé avec des mesures effectuées en mai 2010 sur un site ferroviaire situé à La Veuve. Des mesures de la topographie, des impédances de surface et de différents paramètres météorologiques ont été réalisées. Les niveaux de pression et les formes d’ondes calculés avec le modèle de propagation sont en bon accord avec ceux obtenus expérimentalement pour le cas d’une source impulsionnelle.
Author: Benjamin Cotté
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Languages : fr
Pages : 230
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Book Description
La propagation acoustique en milieu extérieur fait intervenir des phénomènes physiques complexes, liés essentiellement aux variations de température et de vent dans la couche limite atmosphérique et aux frontières du domaine (effet de l’impédance du sol, de la topographie, ...). De plus, dans le contexte des trains `a grande vitesse (TGV), les sources de bruit sont étendues, en mouvement `a une vitesse relativement élevée, et de nature diverse (bruit de roulement, bruit d’origine aérodynamique, ...). Ce travail de thèse a pour but de modéliser la propagation du bruit des TGV en milieu atmosphérique, et de comprendre les phénomènes physiques associés `a ce type de propagation. La première partie de ce travail s’intéresse à l’effet de diffusion des fluctuations turbulentes de température et de vent sur les ondes acoustiques en présence d’une zone d’ombre acoustique. L’effet de diffusion d’une taille de structure turbulente donnée dépend de la fréquence acoustique et de la géométrie de propagation. Ce couplage entre échelles de turbulence, fréquence acoustique et géométrie est étudié `a l’aide d’outils de la théorie de la propagation des ondes en milieu aléatoire et de simulations d’ ́equation parabolique, afin d’estimer les plus petites et les plus grandes tailles de structure turbulente à prendre en compte dans une configuration donnée. Dans une deuxième partie, une méthode de résolution des équations d’Euler linéarisées par différences finies dans le domaine temporel est décrite. L’utilisation de schémas numériques optimisés permet d’appliquer ce modèle de propagation `a des configurations de propagation acoustique longue distance. Une des principales difficultés rencontrées avec les modèles temporels de propagation est la prise en compte de la réflexion des acoustiques sur un sol d’impédance finie. Des conditions limites d’impédance performantes d’un point de vue numérique sont proposées pour des modèles d’impédance couramment employés dans les études de propagation en milieu extérieur. Ces conditions limites sont obtenues en approchant l’impédance par des fonctions-type particulières, ce qui permet d’utiliser la méthode de convolution récursive. Elles sont validées dans des configurations de propagation bi- et tridimensionnelle, en considérant une atmosphère homogène puis une atmosphère stratifiée. Enfin, les applications spécifiques au bruit des TGV sont présentées dans une troisième partie. Dans un premier temps, un modèle de propagation du bruit des TGV basée sur une décomposition du train en un ensemble de sources ponctuelles équivalentes est d ́écrit. Les résultats de ce modèle sont comparés à des mesures réalisées à différentes distances de la voie de circulation en supposant les conditions de propagation homogènes. Le modèle de sources équivalentes est également couplé à un code d’ ́equation parabolique afin de prendre en compte l’effet d’un profil vertical de température ou de vent. Dans un deuxième temps, les phases d’approche et d’ ́eloignement de passages de TGV sont analysées afin de caractériser un phénomène de “grondement”. Dans certaines circonstances, il est en effet possible d’entendre un bruit similaire à un passage d’avion une dizaine de secondes avant ou après un passage de TGV, bruit qualifié de “grondement”. L’analyse s’appuie principalement sur des résultats expérimentaux, qui permettent de déterminer les caractéristiques du “grondement” et les circonstances dans lesquelles il se produit. Cette étude est complétée par des simulations d’ ́equation parabolique qui montrent l’importance du vent dans l’apparition de ce phénomène.
Author: Ahmed Elghaouty
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La description vibratoire d'une structure immergee dans un fluide d'extension infinie et celle des ondes acoustiques generees par cette vibration ou generatrices de cette vibration sont susceptibles de nombreuses applications, en particulier dans le domaine de l'acoustique sous-marine. En regime temporel, la methode des equations integrales est couramment utilisee pour modeliser la diffusion acoustique. Le travail decrit dans cette these concerne l'implantation dans le code eqi de la representation integrale espace-temps de helmholtz-kirchhoff. Les champs de pression dans le fluide environnant sont evalues a partir du simple maillage de la surface du corps. La discretisation du probleme considere est menee par l'emploi de plusieurs methodes d'interpolation. Les instabilites dont souffre la methode des equations integrales ont pour origine les resonances parasites associees aux frequences irregulieres dans le domaine frequentiel. Elles sont accentuees par l'evaluation imprecise des integrales resultant du choix des discretisations temporelles par differences finies qui rendent discontinues les integrandes. La methode basee sur une discretisation spatio-temporelle par elements finis, originale en acoustique, garantit la continuite des integrandes et donne des resultats stables, dans une gamme de frequence raisonnable, en tres bonne concordance avec les solutions analytiques. Pour resoudre les problemes de couplage fluide-structure, une interface entre le code eqi et le code elements finis atila a ete realisee. Les valeurs nodales du deplacement sont calculees par la partie element finis. Les pressions sur la surface puis dans le fluide sont obtenues par la partie equations integrales. Ce modele a ete valide par des solutions analytiques disponibles. Cette these aboutit a une nouvelle version du code eqi capable de modeliser la diffusion acoustique par des cibles immergees en regime temporel.
Author: Amine Berbiche
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Book Description
La méthode de minimisation de l'intégrale d'action (principe variationnel) permet d'obtenir les équations de propagation des ondes. Cette méthode a été généralisée aux milieux poreux de dimensions fractales, pour étudier la propagation acoustique dans le domaine temporel, en se basant sur le modèle du fluide équivalent. L'équation obtenue réécrite dans le domaine fréquentiel représente une généralisation de l'équation d'Helmholtz. Dans le cadre du modèle d'Allard-Johnson, l'équation de propagation a été résolue de manière analytique dans le domaine temporel, dans les régimes des hautes et des basses fréquences. La résolution a été faite par la méthode de la transformée de Laplace, et a porté sur un milieu poreux semi-infini. Il a été trouvé que la vitesse de propagation dépend de la dimension fractale. Pour un matériau poreux fractal d'épaisseur finie qui reçoit une onde acoustique en incidence normale, les conditions d'Euler ont été utilisées pour déterminer les champs réfléchi et transmis. La résolution du problème direct a été faite dans le domaine temporel, par la méthode de la transformée de Laplace, et par l'usage des fonctions de Mittag-Leffler. Le problème inverse a été résolu par la méthode de minimisation aux sens des moindres carrés. Des tests ont été effectués avec succès sur des données expérimentales, en utilisant des programmes numériques développés à partir du formalisme établi dans cette thèse. La résolution du problème inverse a permis de retrouver les paramètres acoustiques de mousses poreuses, dans les régimes des hautes et des basses fréquences.
Author: Gwenaël Guillaume
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Book Description
Noise accounts for major societal matter, especially in urban and peri-urban areas where noise sources arising from road trafic are numerous and varied. Based on energetic and geometric models and initially developed for slightly built open-spaces applications, current acoustic prediction softwares are limited for urban and peri-urban areas acoustic prediction (various built and obstacles, moving real noise sources with time varying running speed. . .). The thesis work has consisted in putting forward a time-domain numerical domain for modelling the sound propagation in urban area. Among possible methods, the TLM ("Transmission Line Modelling") method constitute a original approach as it allows to account for complex propagation medium integrating most of physical phenomena brought into play during long range sound propagation (edge diffraction, reflection, steady-state phenomena, geometrical divergence, atmospheric attenuation, micrometeorological effects). However, the bibliographical study has given rise to two main limitations of the method to fully respond to our problematic : realistic boundaries conditions implementation and infinite propagation medium modelling. A generic TLM model has been developed and allows to perform simulations in two and in three dimensions by combining the whole phenomena influencing sound propagation in urban areas. An impedance boundary condition implementation is also proposed. The method consists in approximating the impedance as a sum of first-order linear systems. In addition, the use of a recursive convolution method enables to limit the computational cost of the boundary sound pressure calculation. Many simulations of sound propagation over manifold kinds of absorbing grounds have been performed and successfully compared with analytical solutions. Concerning the modeling of an infinite propagation medium, an anisotropic absorbing layers formulation for limiting the computational domain has also been derived. Finally, a few realistic urban applications (acoustic barriers, vegetalized frontages and at roofs) have been proposed.
Author: Pierre Aumond
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Book Description
Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur etnotamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi laprécision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustiqueenvironnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieurpeut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques demicro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique.Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoircomparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deuxcampagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développercet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH surles champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informationssont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique.Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Sondéveloppement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise encompte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de laméthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), apermis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale.Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation(favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagneexpérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité desphénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micro-météorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude defaisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposerd'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence etainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications.
Author: Bérengier
Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Languages : fr
Pages : 14
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Book Description
Author: Loïc Michel
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Languages : fr
Pages : 310
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Author: Kévin Rabisse
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Languages : fr
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Book Description
L'étude de la propagation sonore dans un milieu confiné nécessite une connaissance précise des caractéristiques acoustiques et géométriques des parois qui le délimitent. En effet, le relief géométrique des parois d'un local engendre des phénomènes acoustiques complexes pouvant impacter significativement la propagation sonore : diffusion, diffraction ou encore résonance si le relief présente une géométrie particulière. L'objectif de cette étude est de développer un modèle numérique simulant la propagation sonore dans un espace confiné délimité par des parois à relief géométrique. Dans un premier temps, la méthode de décomposition rectangulaire adaptative (ARD) est utilisée pour simuler la propagation en milieu confiné. Cette méthode est ensuite couplée à la méthode de différences finies dans le domaine temporel (FDTD) et l'utilisation de filtres d'impédance numériques (DIF) pour simuler des parois à relief géométrique possédant une impédance dépendante de la fréquence. L'intégration de la méthode FDTD dans la méthode ARD est rendue possible par l'utilisation de couches absorbantes parfaitement adaptées (PML). Le modèle numérique est validé par comparaison aux méthodes Kobayashi Potential (KP) et sources images ainsi qu'à des résultats expérimentaux. Enfin, le modèle est utilisé pour étudier la diffusion acoustique causée par plusieurs parois à relief expérimentales. Un coefficient d'absorption acoustique apparent est ainsi estimé pour caractériser chacune de ces parois.
