Fréquence de vibration générée par la pluie

[Anthony39]

Bonjour,

Je souhaite vous soumettre mon analyse concernant une problématique de vibration. Mon objectif est d'utiliser un capteur piezo en tant que capteur de pluit. Pour se faire, je veux déterminer les fréquences de vibrations que génère mon mécanisme afin de réaliser un filtrage adapté.

J'ai déjà réaliser le test suivant:

- Je frappe une plaque de dimensions et matériau donné avec une barre de dimension et matériaux donnée.

- Mon idée est de dire que je produis une impulsion dont la fonction doit être du type y(t)=A*exp(-B*t)*sin(w1*t)*sin(w2*t)
avec w1 correspondant à la fréquence principale propre de vibration de ma plaque et w2 la fréquence de vibration pincipale propre de ma barre. ( dans mon hypothèse je néglige le fait que chacun des deux à surement plusieurs fréquences de vibration propre).

Le résultat lors de la tranformé de Fourier de mon signal doit être le même que pour une modulation d'amplitude. C'est-à-dire: les pics basses fréquences disparaissent et le pic haute fréquence aussi. Pour donner à la place des pics symétriques autour de la haute fréquence. Vous trouverez joint un exemple de mon idéemodulation.jpg)

modulation.jpg

- Je fais l'analyse modale de ma plaque:
fréquences propres en Hz: 86, 108, 196, 240, 271 , etc....

-Je fais l'analyse modale de ma barre:
fréquences propres en Hz : 4700, 12100 Hz

J'obtient autour de 4700Hz un exemple qui donnerait du sens à mon idée. Vous trouverez joint, le résultat de la transformé de fourier autour de 4700 Hz. (modulation_expérimentale.jpg)

modulation_expérimentale.jpg

Tou d'abord, étant relativement profane, j'aimerais savoir si mes idées sont plausibles et si une personne ayant des connaissances dans le domaine me confirme qu'effectivement il arrive ce genre de phénomène de modulation.

Puis, si mon modèle est correct, il me reste maintenant à me demander la fréquence que produira la pluie lorsqu'elle frappe ma plaque. J'ai d'ors et déjà fait une mesure expérimentales sur la même plaque en faisant tomber de l'eau dessus. J'obtient le résultat suivant: un pique aux alentours de 6000 Hz. (c.f. spectre_freq_pluie)

spectre_freq_pluie.jpg

Ma question est la suivante: La pluie a t'elle une fréquence propre de vibration lors d'un impact? Cette fréquence est-elle constante?

Merci d'avance pour votre intérêt au problème.

Anthony
-----

[LPFR]

Bonjour.
Il n'y a pas de modulation.
Si la barre et la plaque sont solidaires, alors ce sont les modes de vibration de l'ensemble qui comptent.
Si vous excitez la plaque avec une excitation sinusoïdale, en régime établi, la plaque oscillera à la fréquence de l'excitation et non à ses fréquences propres. Il n'y aura pas de modulation.

Si ce sont des coups, comme les goûtes de pluie ou des coups de baguette sur un tambour, alors, chaque coup déclenche des oscillations amorties aux fréquences propres de la plaque. Les modes excités dépendent de l'endroit où l'on frape. Et si les coups ont une période aléatoire (comme les goûtes de pluie) le résultat est assez compliqué.

Comme je viens de le dire, la période des goûtes de pluie est aléatoire et la moyenne peut être n'importe quoi ou presque.
Au revoir.

[Anthony39]

Bonjour,

Tout d'abord je tiens à vous remercier pour votre réponse.

Suite à la lecture de votre réponse, je m'aperçois que je n'ai pas fait preuve de clareté dans mon explication initiale.

- En effet, ma première expérience correspond à des chocs de la plaque effectué avec la barre.

Mon idée étant la suivante: la pluie va heurter ma plaque et j'obtiendrai sur mon capteur une réponse impulsionnelle (impulsion de dirac).

Je suis tout à fait d'accord avec :" Si ce sont des coups, comme les goûtes de pluie ou des coups de baguette sur un tambour, alors, chaque coup déclenche des oscillations amorties aux fréquences propres de la plaque. Les modes excités dépendent de l'endroit où l'on frape. "

Pour répondre à ce problème, il m'est possible de faire des analyses spécifiques pour différentes positions du choc. De mon idée, si je fais ces analyses tout le long de la plaque, je dois obtenir une plage de fréquence entre le bord de plaque et le centre. De cette manière, je peux spécifier une plage de fréquence correspondant à un choc sur la plaque.

Par contre, à propos de :"Et si les coups ont une période aléatoire (comme les goûtes de pluie) le résultat est assez compliqué.

Comme je viens de le dire, la période des goûtes de pluie est aléatoire et la moyenne peut être n'importe quoi ou presque."

Vous avez raison, si je me focalise sur la fréquence de chute des gouttes de pluie. mais en réalité ce n'est pas mon objectif. Mon objectif est de me focaliser sur la vibration qu'émet une goutte lorsqu'elle touche la plaque.

Je crois que mon problème est le suivant: Je souhaite mesurer et filtrer la réponse impulsionnelle de ma plaque au choc de la pluie. Dans la théorie, celle-ci dépend de la géométrie, de la matière et des contraintes du matériau frapé. Mais en quoi ceci ne dépend-t-il pas du matériau frapant? Si c'est le cas, ça donnerait du sens à ma réponse modulée en amplitude. Car si un matériau à une réponse impulsionnelle basse fréquence et un une réponse impulsionnelle haute fréquence, mon signal finale ne serait il pas modulé en amplitude?

Signal initial:
des_gouttes.jpg

Partie du signal à analyser:
réponse_impulsionnelle.jpg

Merci encore pour votre réponse.

Cordialement,

Anthony

[LPFR]

Re.
Les pièces jointes n'ont pas encore été validées. En ce moment nous sommes un peu en panne de modérateurs.

Quand vous tapez sur une cloche ou sur une plaque, les fréquences d'oscillations possibles sont toujours les mêmes, indépendamment du point du choc.
Ce qui va changer ce sont les amplitudes relatives suivant la position du choc. C'est comme dans un tambour. Si vous tapez près des bords les modes élevés seront plus excités et le son apparaîtra plus aigu. Si vous tapez au centre ce sont les modes plus bas et le son apparaîtra plus grave.

Le choc d'une goûte d'eau transmet une quantité de mouvement m.v (masse par vitesse), indépendamment de la plaque. Ce qui change avec la nature de la goute est le temps d'impact, qui change la force et le temps m.v = F Δt. Quand il s'agit des grêlons, le temps d'impact est faible et la force élevée. Cela favorise les fréquences élevées. Dans le cas d'une goûte, le temps d'impact est donné par D/v où D est le diamètre de la goute. Logiquement, seuls les modes de période supérieure au temps d'impact sont excités.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef17c7c8d]

Bravo Anthony pour ton travail.

Sais tu qu'il existe un type d'exitation "rain fall" qui simule le caractère aléatoire de la pluie? Cette exitation se traduit par un aléa en temps mais aussi en espace.

Ce type d'excitation est utilisée dans une célèbre méthode statistique en vibro-acoustique, la SEA: Statistical Energy Analysis.

Cette méthode a été développée suite à un résultat fameux de Richard Lyon dans les années 60, qui a bouleversé la petite communauté des acousticiens.
Ce résultat dit la chose suivante: Si deux structures couplées entre elles sont excitées par du "rain fall", alors le phénomène classique de modulation/battement disparait pour faire place à un autre phénomène: L'énergie est transmise de manière irréversible du système possédant la plus grande énergie modale vers celle de plus faible énergie modale.

Si tu considères donc le couplage entre ta plaque et ta poutre, toutes deux excitées par du rainfall, alors tu auras un transfert de l'énergie vibratoire de la plaque vers la poutre de manière irréversible.

[Anthony39]

Merci pour cette réponse qui m'aide à y voir clair.

Plusieurs points m'intéressent:

vous dites:"Quand vous tapez sur une cloche ou sur une plaque, les fréquences d'oscillations possibles sont toujours les mêmes, indépendamment du point du choc."

Techniquement, cela signifie que si je réalise une analyse modale de ma pièce, je peux déterminer les fréquences propres de vibrations de celle-ci.

Par contre, il me vient une idée, lorsque je fais du bruit avec un réglet en le faisant vibrer. La fréquence la plus audible varie en fonction de la contrainte que j'exerce sur le règlet. dois-je en conclure que pour déterminer mes modes propres de vibrations. Je dois réaliser l'analyse de ma pièce avec des précontraintes?

Concernant la suite de l'explication, j'ai réalisé quelques petits calculs pour me donner une idée:

hypothèse: une goutte d'eau tombe sur ma plaque à partir d'une hauteur de 1m.

f=m*a
m*g=m*a

a=g
pour 1m:
v=a*t+v0=9.8*t
x(t)=-9.8/2*t²+1
quand elle frappe x(t)=0
9.8/2*t²=1
t²=2/9.8
t=sqrt(2/9.8)
t=0.45sec

vitesse à l'impact:
v=9.8*0.45=4.41 m.s-1

Si la goutte mesure 3mm de diamètre:

temps d'impact: tau=D/v=3e-3/4.41 =6.80272e-4
fréquence maxi:1470Hz.

Si la goutte mesure 0.1mm de diam.:

taille mini d'une goutte: 0.1mm
fréquence maxi:44100Hz.

De ce que j'ai lu, il me semble que la taille maxi. d'une goutte est de 3mm car en dessus elle éclate spontanément. Pour autant, ça ne génère aucune information concernant la fréquence à déterminer.

Dans l'expérience que j'ai réalisé précédement de mesure du son de la pluie, la fréquence de mon signal était très clairement de l'ordre de 6000 Hz avec un pic très nette. Dois-je en conclure que ceci reflète le type de pluie que j'ai fabriqué? ( mon protocole expérimental) ou plutôt que mon système est sensible à 6000Hz et que ma pluie peut générer cette fréquence car elle était suffisamment fine.

Pour synthétiser ma problématique:

-la taille et la vitesse de mes gouttes d'eau ont un impact sur la fréquence de mon signal
-ma plaque agit comme un filtre, vibrant préférentiellement à une certaine fréquence, propre à elle même, et dépendante du point d'impact.

Je tiens à te remercier pour ces informations très utiles.

J'ai besoin d'aller plus loin sur les gouttes et le temps d'impact. Y a-t'il une relation entre la dimension de la goutte et ses caractéristiques en terme d'amplitude pour une fréquence donnée.

1 Une goutte génère-t-elle toutes les fréquences possibles en fonction de son temps d'impact et l'amplitude pour chaque fréquence dépend du support de l'impact.

ou

2 une goutte génère des fréquences et amplitudes bien spécifiques dépendant de ses propres caractéristiques

En tout cas, plus j'avance dans cette problématique plus elle me parait passionnante. Je vous remercie pour le temps que vous consacrez à me répondre.

Cordialement,

Anthony

[Anthony39]

Merci pour ta réponse Lionelod,

Effectivement, j'ignorais tout ceci et l'existence même d'un type d'excitation "rain fall".

Dans mon cas, je peux avoir ce genre de phénomène car:

- Ma première expérience est de réaliser des chocs avec une barre ayant un mode propre à 4700 Hz sur une plaque dont le mode propre est faible quelques centaines de Hz.

- Mon but ultime est de dimensionner un support pour un capteur piezo, ayant une bonne sensibilité à la pluie avec l'espoir que cette pluie ait une " signature" me permettant via un filtrage de l'identifier par rapport au bruit.

Je rebondis sur ce que tu vient de me dire: si la pluie qui tombe est un signal de type "rain fall". J'ai un système couplé mécaniquement entre ma plaque qui est soumise aux excitations de la pluie et mon capteur piezo qui est collé sur l'autre côté de la plaque.

Ma plaque est en plastique est assez grande en dimension et mon capteur piezo (freq propre plutôt basse fréquence) est sur une pastille en laiton de petite taille (fréquence propre plutôt haute fréquence). Je peux donc me trouver dans le cas où:"L'énergie est transmise de manière irréversible du système possédant la plus grande énergie modale vers celle de plus faible énergie modale."

Il me reste à apprendre ce qu'est l'énergie modale...

Je serais très content, si tu peux me renseigner la dessus ou m'indiquer une source sur le sujet.

Merci d'avance,

Anthony

[LPFR]

Merci pour cette réponse qui m'aide à y voir clair.

Plusieurs points m'intéressent:

vous dites:"Quand vous tapez sur une cloche ou sur une plaque, les fréquences d'oscillations possibles sont toujours les mêmes, indépendamment du point du choc."

Techniquement, cela signifie que si je réalise une analyse modale de ma pièce, je peux déterminer les fréquences propres de vibrations de celle-ci.

Par contre, il me vient une idée, lorsque je fais du bruit avec un réglet en le faisant vibrer. La fréquence la plus audible varie en fonction de la contrainte que j'exerce sur le règlet. dois-je en conclure que pour déterminer mes modes propres de vibrations. Je dois réaliser l'analyse de ma pièce avec des précontraintes?

Concernant la suite de l'explication, j'ai réalisé quelques petits calculs pour me donner une idée:

hypothèse: une goutte d'eau tombe sur ma plaque à partir d'une hauteur de 1m.

f=m*a
m*g=m*a

a=g
pour 1m:
v=a*t+v0=9.8*t
x(t)=-9.8/2*t²+1
quand elle frappe x(t)=0
9.8/2*t²=1
t²=2/9.8
t=sqrt(2/9.8)
t=0.45sec

vitesse à l'impact:
v=9.8*0.45=4.41 m.s-1

Si la goutte mesure 3mm de diamètre:

temps d'impact: tau=D/v=3e-3/4.41 =6.80272e-4
fréquence maxi:1470Hz.

Si la goutte mesure 0.1mm de diam.:

taille mini d'une goutte: 0.1mm
fréquence maxi:44100Hz.

De ce que j'ai lu, il me semble que la taille maxi. d'une goutte est de 3mm car en dessus elle éclate spontanément. Pour autant, ça ne génère aucune information concernant la fréquence à déterminer.

Dans l'expérience que j'ai réalisé précédement de mesure du son de la pluie, la fréquence de mon signal était très clairement de l'ordre de 6000 Hz avec un pic très nette. Dois-je en conclure que ceci reflète le type de pluie que j'ai fabriqué? ( mon protocole expérimental) ou plutôt que mon système est sensible à 6000Hz et que ma pluie peut générer cette fréquence car elle était suffisamment fine.

Pour synthétiser ma problématique:

-la taille et la vitesse de mes gouttes d'eau ont un impact sur la fréquence de mon signal
-ma plaque agit comme un filtre, vibrant préférentiellement à une certaine fréquence, propre à elle même, et dépendante du point d'impact.

Je tiens à te remercier pour ces informations très utiles.

J'ai besoin d'aller plus loin sur les gouttes et le temps d'impact. Y a-t'il une relation entre la dimension de la goutte et ses caractéristiques en terme d'amplitude pour une fréquence donnée.

1 Une goutte génère-t-elle toutes les fréquences possibles en fonction de son temps d'impact et l'amplitude pour chaque fréquence dépend du support de l'impact.

ou

2 une goutte génère des fréquences et amplitudes bien spécifiques dépendant de ses propres caractéristiques

En tout cas, plus j'avance dans cette problématique plus elle me parait passionnante. Je vous remercie pour le temps que vous consacrez à me répondre.

Cordialement,

Anthony

Re.
La vitesse terminale des goutes dépend de leur taille. Il est évident qu'une goute toute petite (comme vos 0,1 mm) tombe lentement. Quelqu'un avait donne dans une autre discussion un lien vers un document qui donnait cette vitesse terminale. Je ne me souviens plus quelle discussion.
Les modes d'un objet dépendent des contraintes vous n'aurez pas les mêmes fréquences avec une plaque tenue aux bords qu'avec une plaque tenue au centre.

Il y a surement une relation entre le 'm', le 'v', le delta t, l'endroit de impact et l'amplitude des modes. Mais elle est particulière à chaque plaque et à la façon dont elle est tenue. Mais je ne sais pas comment la calculer.

Je ne vous pas d'où peut venir le son à 6 kHz. Il y a surement des modes dans cette gamme dans la plaque, mais quand on compare au son des vibraphones, ça ne colle pas.
Quelles sont les dimensions, le matériau et la fixation de votre plaque ?
A+

[Anthony39]

Bonjour,

Vous trouverez joint la photo de ma plaque.

Plaque en aluminium (nuance inconnue).

épaisseur : 0.85mm

longueur 228.8mm

largeur 200 mm.

fixé de chaque côté entre deux blocs en alu( étau). La longueur décompte déjà la zone fixée. Le capteur piezo est posé sur le côté et pèse 96 gr. Il est positionnné à 40 mm du bloc d'alu et 25 mm du bord de tôle. La pluie tombe à peu près au centre et le spectre de fréquence est donné dans un courrier précédent.



Effectivement, il serait intéressant de déterminer cette vitesse maximale. sachant qu'il doit être probable que le vent puisse faire fluctuer cette valeur. Néanmoins, ça peut donner un ordre de grandeur pour un filtre.

Merci.

Anthony

[LPFR]

Re.
Regardez ce que vous trouvez sur wikipedia et dans cette thèse.

Je vois mal cette plaque avoir un mode principal à 6 kHz. Vous l'entendriez en tapant dessus. C'est très aigu.

Et je me demande si ce ne serait pas plus simple "d'entendre" les goutes frapper une plaque, comme vous les entendez frapper votre parapluie. Le capteur serait un simple micro avec un bon couplage sur la plaque ou sur une membrane.
J'entends très bien la pluie frapper la bavette en aluminium de mes fenêtres et le bruit est très reconnaissable.

Quel est l'objet de votre travail ? Stage, thèse (! ?), TIPE ou similaire ?
A+

[Anthony39]

Bonjour,

Je suis concepteur en mécanique et je dois dessiner un boitier pour le capteur piezo. La solution actuelle est améliorable car sensible à différents bruits: applaudissements, diverses vibrations,...

Vous dites:"J'entends très bien la pluie frapper la bavette en aluminium de mes fenêtres et le bruit est très reconnaissable. "

C'est exactement ce que je recherche: pouvoir prédire les bruits très reconnaissables de la pluie tombant sur le boitier de mon capteur. De cette manière, en utilisant un filtrage, il me sera facile de séparer le bruit de mon signal i.e.:" la pluie qui tombe".

Pour se faire, j'ai deux méthodes:

- Soit je dessine n versions de boitiers et j'attend d'en dessiner une qui correspond pas mal en terme de réponse fréquentielle
.
- Soit je cherche à créer un modèle prédictif de la réponse modale de mon système. De cette manière, je peux moyennant quelques simulations, dessiner un boitier adapté aux contraintes dimensionnels et permettant à mon capteur piezo de fonctionner dans les meilleurs conditions ( rapport: signal/bruit élevé).

Il me reste maintenant à élaborer ce modèle prédictif, et j'admet qu'il me manque encore des connaissances pour y arriver.

J'ai réalisé quelques essais hier qui ont donné des résultats assez surprenant.



Je me demande si mon protocole d'essai est bien répétable. Je le testerai ce matin.

Vous dites :"Et je me demande si ce ne serait pas plus simple "d'entendre" les goutes frapper une plaque, comme vous les entendez frapper votre parapluie. Le capteur serait un simple micro avec un bon couplage sur la plaque ou sur une membrane."

En réalité, le capteur piezo que j'ai bricolé est un micro. En effet, en parlant suffisamment proche de lui il est capable d'enregistrer la voix. Par contre, n'ayant pas été conçu dans ce but. Il atténu pas mal le signal. Pourquoi ne pas rajouter une membrane si elle aide mon piezo à être sensible à la gamme de fréquence "il pleut" de mon système.

En tout cas, merci pour l'intérêt que vous portez à mon sujet. Je vais consulter vos sources. N'hésitez pas à me proposer des essais qui pourraient amener de l'eau au moulin ou des pistes d'études.

Cordialement,

Anthony

[LPFR]

Bonjour.
Je pense qu'entre le signal produit par des bruits externes et le signal produit par les coups directs sur la plaque il n'y a pas photo.
L'amplitude des pics me semble un très bon discriminateur.
Au revoir.

[Anthony39]

Bonjour,

Actuellement, ce n'est pas le cas et le capteur déclenche le mécanisme pour plusieurs sortes de signaux parasites. Mécaniquement, une des solutions que je peux simplement mettre en oeuvre est un montage silanbloc de mon boitier. De cette manière la partie silanbloc absorbera les vibrations émises par l'extérieur de mon système. Mais dans le cas d'un applaudissement, le silanbloc ne sert à rien puisque c'est une vibration acoustique qui déclenche le système.

Je viens de penser à une raison potentielle de la naissance d'un pic à 6000 Hz. Mon capteur piezo à une bande passante entre 3000 et 4000 Hz sur un des diagrammes donné avec le capteur.

carac_piezo.jpg

De plus, suivant le montage du piezo on peut faire évoluer la fréquence de résonance de celui-ci. Peut être que dans mon montage expérimental. Le piezo à une fréquence de résonance à 6000Hz.

piezo_fo.jpg

Du coup, il amplifie énormément le bruit à 6000Hz. Je le retrouve dans mes analyses fréquentielles alors que c'est dans les basses fréquences que se trouve mon signal. Dans ce cas, je devrais monter un filtre passe bas assez simple. Et refaire mes analyses, pour voir ce que ça donnerait.

De plus, je pourrais essayer différents montage du piezo pour évaluer si ceci fait évoluer mon pic à 6000Hz. De cette manière, je pourrais m'assurer que ce pic à 6000 est du au capteur qui amplifie le bruit.

Pourtant, il me semble que lors de mon essais de mesure du bruit blanc avec mon capteur, je n'avais pas cette amplification à 6000 Hz. Mon résultat ressemblait bien à du bruit rose normale. est-ce normale?

Merci pour tout.

Anthony

[invitef17c7c8d]

Connais tu la notion de résonance stochastique?

A haute fréquence, tu ne peux plus avoir un champ vibratoire cohérent de type champ modal.
Ton champ est diffus d'autant plus que l'excitation est de type rainfall.

Or, il se trouve qu'un champ diffus possède également des résonances! On les appelle des résonances stochastiques.
La théorie derrière cela est la théorie ergodique.

Ton pic à 6000Hz pourrait sans doute correspondre à une résonance stochastique de ta plaque.

[Anthony39]

Bonjour,

J'ai pu débusquer le pourquoi du pic de 6000 Hz. En envoyant des sons de différentes fréquences de plus en plus élevée et en les mesurant avec un micro à electret et avec mon capteur piezzo. Le rapport des deux en sachant que je connais la bande passante de mon micro, ma permi de tracer la courbe de réponse fréquentielle de mon capteur. Comme vous pouvez le constater cette courbe affiche un pic très nette à 6000 Hz.

analyse_fréquentielle_capteur.jpg

Conclusion, mon signal originelle est compétement perturbé au point que le capteur amplifie tout bruit à 6000 Hz.

Pensez-vous que je puisse réaliser un filtre numérique permettant de corriger ceci? J'ai quand même une inquiétude: si mon signal est à basse fréquence de l'ordre d'une centaine de Hz et que mon capteur à une plage de fonctionnement de 4000 à 6000 Hz. Même si je filtre le signal pour couper les hautes fréquences, ça ne rendra pas mon signal basse fréquence meilleur et plus distinct du bruit ambiant.

Je pense que je devrais essayer de réaliser une simulation d'analyse modale sur une pièce qui vibre à haute fréquencepar exemple 2000Hz et de voir si un pic distinct n'apparait pas? Ca validera ma méthode d'analyse modale en simulation. Puis, je devrais essayer de réaliser un support qui vibre à hautes fréquences, avec par exemple deux fréquences modales bien distinctes pour avoir une signature claire.

Qu'en pensez-vous?

Pour Lionelod:

je ne connais pas la notion de:" résonance sotchastique"

un champ vibratoire cohérent de type champ modal. excuse ma question profane, mais peux tu m'expliquer ce à quoi correspond un champ et un champ diffu.

De plus, je ne connais pas la signification de "résonance ergodique", mais tout ce dont tu me parles m'intéresse au plus haut point. Je vais aller jetter un oeil à tout cela sur le net. Et si tu as des sources correspondant au domaine, puisqu'il me semble que tu as une expertise certaine, n'hésites pas à me les communiquer. Il est dommage, que je cherche bassement un résultat à ma problématique mais j'essaierai d'en apprendre un peu plus en science grâce à cette occasion.

Pour LPFR:

J'ai commencé la thèse, qui à l'air super intéressante je dois dire. J'ai hate d'avancer dedans car autant que je sache, les gouttes de pluie font intervenir des phénomènes surfaciques de cohésion et ça me semble être un domaine vraiment super intéressant. Dommage que la journée ne fasse que 24H.

Merci encore pour vos contributions.

Cordialement,

Anthony

[LPFR]

Bonjour,

J'ai pu débusquer le pourquoi du pic de 6000 Hz. En envoyant des sons de différentes fréquences de plus en plus élevée et en les mesurant avec un micro à electret et avec mon capteur piezzo. Le rapport des deux en sachant que je connais la bande passante de mon micro, ma permi de tracer la courbe de réponse fréquentielle de mon capteur. Comme vous pouvez le constater cette courbe affiche un pic très nette à 6000 Hz.

Pièce jointe 164390

Conclusion, mon signal originelle est compétement perturbé au point que le capteur amplifie tout bruit à 6000 Hz.

Pensez-vous que je puisse réaliser un filtre numérique permettant de corriger ceci? J'ai quand même une inquiétude: si mon signal est à basse fréquence de l'ordre d'une centaine de Hz et que mon capteur à une plage de fonctionnement de 4000 à 6000 Hz. Même si je filtre le signal pour couper les hautes fréquences, ça ne rendra pas mon signal basse fréquence meilleur et plus distinct du bruit ambiant.

Je pense que je devrais essayer de réaliser une simulation d'analyse modale sur une pièce qui vibre à haute fréquencepar exemple 2000Hz et de voir si un pic distinct n'apparait pas? Ca validera ma méthode d'analyse modale en simulation. Puis, je devrais essayer de réaliser un support qui vibre à hautes fréquences, avec par exemple deux fréquences modales bien distinctes pour avoir une signature claire.

Qu'en pensez-vous?
...

J'ai commencé la thèse, qui à l'air super intéressante je dois dire. J'ai hate d'avancer dedans car autant que je sache, les gouttes de pluie font intervenir des phénomènes surfaciques de cohésion et ça me semble être un domaine vraiment super intéressant. Dommage que la journée ne fasse que 24H.

Merci encore pour vos contributions.

Cordialement,

Anthony

Re.
Il est évident que vous ne pouvez pas utiliser un capteur dont la bande passante est entre 4 kHz et 6 kHz pour mesurer des choses dans la centaine de hertz.
Il faut utiliser un capteur adapté.
Vous pouvez toujours essayer de faire vibrer votre plaque à 6 kHz kHz, mais elle répondra très mal à la pluie. Rappelez-vous ce que je vous ai dit à propos des fréquences que les goûtes pouvaient exciter. Calculez les Δt pour des goûtes allant du diamètre minimum au maximum "normal" pour la pluie. Vous avez la vitesse terminale donnée sur wikipedia.
Un calcul à la louche donne des fréquences allant de 1,1 kHz pour des goûtes de 3 mm à 6 kHz pour des goûtes de 0,1 mm.
Mais l'autre aspect qu'il faut considérer est que pour avoir de fréquences d'oscillation élevées de votre plaque, il faut que la masse par unité de surface soit grande. Quel effet voulez vous avoir quand une goûte de 0,1 mm tombe sur une plaque d'alu de 3 cm d'épaisseur ? Vous allez détecter le rire de la plaque !
Pour avoir le maximum de signal, il faut que la masse surfacique de la plaque soit la plus faible possible. Ce qui implique des modes propres de très basse fréquence.
A+

[Anthony39]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.

J'ai pas mal de bonnes nouvelles:

- Suite à mes considérations d'hier, j'ai décidé de testé mon capteur avec la réponse impulsionnelle d'un objet adapté.
Pour se faire, j'ai pris un bloc d'alu perforé dont j'ai réalisé l'analysen modale. c.f: image

modes_propres_bloc_alu.jpg

Ses fréquences propres:

f1=3953 Hz
f2=4332 Hz
f3=4916 Hz
f4=8592 Hz

Puis utilisant un "impulseur de Dirac" (pratiquement un maillet) j'ai réalisé quelques réponses impulsionnelles. Et j'ai constaté deux choses que vous aviez évoqué:

- Il vibre aux fréquences propres
- Suivant où on frappe, on stimule plus où moins certains modes. En effet, si je frappe du côté des trous, je stimule le 3953 et le 8592 Hz et si je frappe la face perpendiculaire, je stimule le 4916Hz et un 12000Hz que je n'ai pas identifié par simulation.

frappe suivant la direction 1:

impulsion_bloc_sens1.jpg

frappe suivant la direction 2:

impulsion_bloc_sens2.jpg

Vous dites:"Un calcul à la louche donne des fréquences allant de 1,1 kHz pour des goûtes de 3 mm à 6 kHz pour des goûtes de 0,1 mm.
Mais l'autre aspect qu'il faut considérer est que pour avoir de fréquences d'oscillation élevées de votre plaque, il faut que la masse par unité de surface soit grande. Quel effet voulez vous avoir quand une goûte de 0,1 mm tombe sur une plaque d'alu de 3 cm d'épaisseur ? Vous allez détecter le rire de la plaque ! "

C'est tout à fait vrai, mon capteur piezo résonant à hautes fréquences n'est pas adapté à la mesure de la pluie sur un capteur car plutôt de basse fréquence. Néanmoins, j'ai fais tombé de la pluie sur mon bloc d'alu, et quand même je retrouve bien les modes propres de vibrations du bloc prédominant sur le bruit. Je trouve dont bien mon signal "pluie".

graphe fréquentielle de la pluie sur le bloc ( suivant la direction 1):

goutte_de_pluie_sur_bloc_alu.jpg

Je pense donc qu'en partie, la réponse à mon problème apparait:

- Il me faut dimensionner une plaque vibrant à hautes fréquences mais pas trop, sinon elle devient insensible à l'impulsion produite par une pluie fine.

- Il me faut essayer de diminuer la fréquence propre de résonance du piezo par la manière dont je le fixe sur la plaque

- Il me faut voir si je peux créer dans la boite une cavité qui favoriserait la résonance de la plaque afin d'amplifier le signal

Que pensez-vous de mes idées? pour la dernière idée, je ne sais pas trop comment la mettre en oeuvre.

En tout cas, merci pour vos contributions qui m'éclairent bien sur la résolution du problème.

Cordialement,

Anthony

[LPFR]

Bonjour.
Les cavités résonantes sont intéressantes dans les instruments de musique car elles améliorent le couplage acoustique entre la plaque vibrante (ou la corde) et l'air et le son entendu est plus fort. Mais elles n'améliorent en rien la résonance. Au contraire, le meilleur couplage fait que le Q est plus faible.
C'est comme dans les guitares électriques, comme le son est capté sur la corde et amplifié extérieurement, elles n'ont pas besoin de cage de résonance.
C'est votre cas.
Au revoir.

[Anthony39]

Bonjour,

Merci pour l'explication, je vais gagner du temps en ne suivant pas une fausse piste.

J'ai une nouvelle question à vous poser concernant le calcul de la SPL et de la SWL.

Dans un des micro que j'utilise. Il m'est possible de transformer mon signal numérique en deltaP. Je veux après cela obtenir ma SPL et ma SWL.

voilà le protocole que j'ai mis en oeuvre:

j'ai Pa(t) échantillonné à 96kHz:
d Distance approximé de la source au micro
Je suis dans une boite atténue les bruits extérieurs et absorbe les bruits intérieurs.
Je suppose la source omnidirectionnelle(pour l'instant).

Pa(f)=fft(Pa(t))
SPL(f)= 20*log(Pa(f)/2*10^-5) // P[SUB]0/SUB]=2*10^-5 Pa
SWL(f)= SPL(f) + 10 * log(4*Pi*d²)

Est-ce correcte? Il me semble que le théorème de Parseval me permet ce genre de manoeuvre non?

Autre question:

J'ai obtenu la fonction de transfert de mon capteur piezo H(f). Je réalise des mesures avec pour récupérer les fréquences modales de mes pièces s(f). Je veux corriger mon résultat i.e.: mon graphe de réponse modale connaissance la fonction de transfert de mon piezo. Dois-je simplement diviser mon signal modale s(f)/H(f), pour obtenir une représentation des fréquences réellement émises. ( En sachant que cette représentation sera surement plus ou moins précise en fonction de ma courbe H(f) ).

Pour lionelod,

J'ai jeté un coup d'oeil à la résonance stochastique, et cette notion parait vraiment séduisante dans mon cas. Comme nous l'avons vu, quoi que je fasse, j'aurai un signal très faible et donc très bruité. Peut-être que dans la mise en oeuvre de mon détecteur numérique j'utiliserai ce genre de notion.

Je pense que je devrai bientôt me mettre à tester un petit montage électronique pour voir ce que je peux tirer de mon capteur. Il me faudra surement tout un attirail avec un filtre actif et je me disais pour l'instant. Que ça pourrait être deux filtres actifs cherchant deux fréquences modales de mon boitier différentes ( la signature de sa vibration) puis une porte logique "&" pour tester si les deux fréquences sont présentes ou non.

Merci encore pour vos contributions.

Anthony

[invitef17c7c8d]

J'ai une nouvelle question à vous poser concernant le calcul de la SPL et de la SWL.

Dans un des micro que j'utilise. Il m'est possible de transformer mon signal numérique en deltaP. Je veux après cela obtenir ma SPL et ma SWL.

voilà le protocole que j'ai mis en oeuvre:

j'ai Pa(t) échantillonné à 96kHz:
d Distance approximé de la source au micro
Je suis dans une boite atténue les bruits extérieurs et absorbe les bruits intérieurs.
Je suppose la source omnidirectionnelle(pour l'instant).

Pa(f)=fft(Pa(t))
SPL(f)= 20*log(Pa(f)/2*10^-5) // P[SUB]0/SUB]=2*10^-5 Pa
SWL(f)= SPL(f) + 10 * log(4*Pi*d²)

Est-ce correcte? Il me semble que le théorème de Parseval me permet ce genre de manoeuvre non?

Faut juste que tu fasses attention à bien prendre la valeur abolue de ta fft.
Parseval dit que l'énergie (disons acoustique) mesurée pendant un temps (supposé très grand) est égal à l'énergie mesurée dans toute ta plage de fréquence

Ce qui te permet de passer de la pression à la puissance est plutôt basé sur des considérations purement géométrique (en rapport avec la surface d'une sphère...)

J'ai obtenu la fonction de transfert de mon capteur piezo H(f). Je réalise des mesures avec pour récupérer les fréquences modales de mes pièces s(f). Je veux corriger mon résultat i.e.: mon graphe de réponse modale connaissance la fonction de transfert de mon piezo. Dois-je simplement diviser mon signal modale s(f)/H(f), pour obtenir une représentation des fréquences réellement émises. ( En sachant que cette représentation sera surement plus ou moins précise en fonction de ma courbe H(f) ).

Ce que tu fais là, c'est le top! En général on suppose que le capteur a une réponse parfaitement plate dans toute la bande de fréquence et on ramène donc tout à une seule valeur: la sensibilité du capteur.

Pour lionelod,
J'ai jeté un coup d'oeil à la résonance stochastique, et cette notion parait vraiment séduisante dans mon cas. Comme nous l'avons vu, quoi que je fasse, j'aurai un signal très faible et donc très bruité. Peut-être que dans la mise en oeuvre de mon détecteur numérique j'utiliserai ce genre de notion.

La notion de résonance stochastique n'est pas connu de la communauté des acousticiens. Cette notion provient en grande partie de la physique statistque.
Je réfléchie depuispas mal de temps à ce concept et j'essaie de voir à droite à gauche (par des mesures expérimentales des uns et des autres) si cela a une raison d'être ou si ce n'est qu'une hypothèse farfelue.

J te conseillerais de garder cette idée dans un coin de ta tête avec tout ce qu'elle comporte de part de mystère
et puis peut être qu'un jour (dans 10 ans ou peut-être jamais) tu pourras faire le lien avec tes travaux si tu continuesdans ce domaine.

[Anthony39]

Bonjour,

J'ai bien pris la valeur absolue et j'ai divisé par le nombre d'échantillon( ça à l'ai d'être une procédure standard de Scilab.

sign_freq=1/taille*abs(fft(sign_Pa,-1));
sign_dB=20*log(sign_freq/(2*10-5));// passage à la SPL
Pour:"Ce qui te permet de passer de la pression à la puissance est plutôt basé sur des considérations purement géométrique (en rapport avec la surface d'une sphère...)"

Ma formule est la suivante:

sign_SWL=sign_dB+10*log(4*%pi* dist_ampli(1)^2);// Passage à la SWL

Je suppose que cette formule issu du net: SWL = SPL + 10 log(s) avec s= 4*PI*r² est juste dans le cas d'une source omnidirectionnelle.

Je pense améliorer par la suite en faisant des mesures autour de ma source en mémorisant les coordonnées sphériques des mesures. Puis moyenner les résultats pour obtenir la SWL. Qu'en pensez vous?

Pour ce qui est du capteur, comme je l'ai fais moi même à partir d'un piezo, il est tout sauf de courbe de réponse plate. Par contre, le micro à électret provenant du commerce à une courbe ( fourni pas le fabriquant ) super plate. Je l'approxime comme plate sur mon domaine de fréquence (pour l'instant). D'ailleurs, je me demande si mon micro à électret à une courbe plate du fait de son design où plutôt si il y a une filtrage corrigant la fonction de transfert naturelle du micro. ( ce que je souhaite mettre en oeuvre dans mon micro).

La notion de résonance stochastique n'est pas connu de la communauté des acousticiens. Cette notion provient en grande partie de la physique statistque.

Je suis passé un petit coup sur le net et j'ai vu un site illustrant super bien la notion:

http://perso.ensc-rennes.fr/jimmy.ro...let/index.html

Néanmoins, il me faudra faire beaucoup de progrès pour avoir un avis sur le sujet. En plus si on ne peut pas "amplifier" le signal, je me demande comment on peut "amplifier" le bruit. Je suis débutant en électronique mais je vois mal dans quel cas, j'aurais ce problème. pour la neurobiologie, je peux comprendre que si le signal et d'ordre chimique ça peut avoir du sens que l'amplifier n'est pas une évidence.

En tout cas, le sujet est passionnant et chaque journée amène son lot de surprise.

Merci encore.

Anthony