Réduire les ondes stationnaires dans un tube

[Malpura]

Bonjour,
Dans le cadre de notre TIPE nous devons atténuer un son à l'aide d'un autre dans un tube (1,5m), je m'explique : nous avons un tube dans lequel un premier haut parleur se trouve à une de ses extrémités, un deuxième à peu près au niveau des 2/3 du tube (relié grâce à un branchement en Y) puis le tube se poursuit pour arriver au niveau d'un micro quelconque. Voilà notre problème, se trouvant dans un tube, à certaines fréquences il y a présence d'ondes stationnaires, le problème étant qu'il est alors impossible de réduire significativement le signal sonore à ses fréquences. Nous avons alors opté pour l'utilisation de mousse anti-bruit à mettre à l'extrémité du tube ce qui a grandement réduit les amplitudes des ondes stationnaires. Pour autant on ne peut pas les négliger et elles influent très largement sur nos résultats théoriques. Il y a donc des fréquences que nous pouvons atténuer à plus de 20 décibels par rapport au signal parasite contre d'autre où l'atténuation est quasiment nulle. De plus le déphasage entre le signal parasite et celui réducteur pour avoir l'atténuation maximale s'en trouve changée également. ma question est donc la suivante. Est-il possible de réduire ses ondes stationnaires simplement ? et si non avez vous des solutions autres ? Merci de votre attention et de votre potentielle réponse.
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[Pio2001]

Bonjour,
Il y a plein de façons d'atténuer une onde stationnaire : couper les fils des haut-parleurs, changer la longueur du tuyau, placer le micro dans le noeud de l'onde, rendre l'extrémité du tuyau absorbante, émettre une onde en opposition de phase, modifier le signal pour inverser le comportement à cette fréquence... mais comme on ne connaît pas le but de l'expérience, on ne sait pas si ces solutions sont acceptables.

[Gwinver]

Bonjour.

Les hauts parleurs ont deux côtés, l'un vers le tube. Il faudrait s'assurer que le côté opposé au tube ne provoque pas de réflexions avec par exemple de l'absorbant.
Il faut aussi voir comment les deux hauts parleurs sont placés dans le tube, et comment est faite la jonction en Y.
Il est possible que la jonction provoque elle aussi des ondes stationnaires.

[Malpura]

Bonjour à vous deux, merci de vos réponses.



Voici une photo de notre montage en espérant répondre à vos incertitudes Gwinver.
Pour commencer l'objectif de notre expérience est de réduire un son parasite (source parasite) à l'aide d'un haut parleur (source correctrice). La source parasite est donc fixée à l'avance (périodique (composée de quelques sinusoïdes et non nulle), nous ne pouvons donc que modifier la source correctrice. Le microphone nous transmet le signal en bout de tube que nous décomposons par une FFT qui nous renseigne sur les différentes harmoniques dans l'objectif de les réduire indépendamment en leur appliquant un traitement (déphasage et changement d'amplitude) par la source correctrice. Mettre le microphone au niveau d'un nœud n'est malheureusement pas une solution envisageable puisque nous aurions donc une amplitude nulle pour certaines fréquences peu importe l'amplitude du son émit par la source correctrice. Que nous conseillez-vous pour rendre l'extrémité du tube absorbante ? (une mousse spécifique ou autre ?). Pio2001, pourriez-vous nous éclaircir quant à la manière de modifier le signal pour inverser le comportement à une fréquence donnée ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Merci, c'est plus clair.
C'est un beau problème, similaire à celui des casques à réduction de bruit.

A mon avis, votre problème est que votre micro est à la fois chargé d'enregistrer les fréquences parasites et à la fois de vérifier que le signal est nul. Il ne peut pas faire les deux à la fois, car une fois que le signal est nul, vous n'avez plus rien à corriger.
Il faudrait deux micros : un micro 1 au plus près de la source parasite, qui alimente votre filtre chargé de transmettre les fréquences avec la bonne amplitude et la bonne phase à la source correctrice (si j'ai bien compris), et un micro 2 en bout de tube (que vous avez déjà) qui sert à visualiser le résultat. Les corrections d'amplitude et de phase appliquées au signal capté par le micro 1 seront à ajustées en fonction des indications données par le micro 2.
Une fois tout bien réglé, le micro 1 est actif et alimente le signal correctif par l'intermédiaire du filtre correcteur, et le micro 2 ne capte presque rien.

Dans cette configuration, peu importe les ondes stationnaires.
Limitations : si le raccord en Y se trouve à l'emplacement d'un noeud d'une onde stationnaire, il se peut que la correction soit impossible.

[Gwinver]

Bonsoir.

Une solution pour limiter les ondes stationnaires serait de placer des absorbants dans le tube.

Le principe est de diminuer l'influence des réflexions. L'onde stationnaire est causée par des réflexions sur des discontinuités. Une division par deux du signal avant une discontinuité réduit la composante responsable de l'onde stationnaire d'un facteur 4, puisqu'il y a un aller et un retour.

L'absorption ne doit être que partielle. A priori, une première raison des ondes stationnaires est liée à la présence du micro qui occupe la quasi totalité de la section du tube. Un premier absorbant pourrait être placé devant le micro.
Une autre possibilité serait d'utiliser un micro ne couvrant qu'une faible partie de la section, le reste étant occulté par de l'absorbant.
Un second absorbant placé sur le chemin du signal parasite juste avant le Y.
Je pense qu'il est possible de sa passer du micro enregistrant le signal parasite car il est connu puisqu'il est utilisé pour exciter le haut parleur "parasite", à la qualité du haut parleur près.

[calculair]

Dans le même esprit : ne pas obstruer les extrémités du tube pour évites des réflexions, les capteurs pourraient être éloignés des extrémités pour éviter des réflexions ou en limiter leur amplitude dans le tube

Bonsoir.

Une solution pour limiter les ondes stationnaires serait de placer des absorbants dans le tube.

Le principe est de diminuer l'influence des réflexions. L'onde stationnaire est causée par des réflexions sur des discontinuités. Une division par deux du signal avant une discontinuité réduit la composante responsable de l'onde stationnaire d'un facteur 4, puisqu'il y a un aller et un retour.

L'absorption ne doit être que partielle. A priori, une première raison des ondes stationnaires est liée à la présence du micro qui occupe la quasi totalité de la section du tube. Un premier absorbant pourrait être placé devant le micro.
Une autre possibilité serait d'utiliser un micro ne couvrant qu'une faible partie de la section, le reste étant occulté par de l'absorbant.
Un second absorbant placé sur le chemin du signal parasite juste avant le Y.
Je pense qu'il est possible de sa passer du micro enregistrant le signal parasite car il est connu puisqu'il est utilisé pour exciter le haut parleur "parasite", à la qualité du haut parleur près.

[Malpura]

Merci à tous pour vos réponses,
Nous allons commencer par mettre un micro avant le Y car comme vous l'avez dit Pio, mettre le micro en bout de tube seul ne marcherait pas. Nous n'arrivons cependant pas à comprendre le problème d'un nœud dans le Y, en quoi cela serait problématique ?
Nous nous demandions si le fait de mettre un absorbant ne réduirai pas déjà trop le signal parasite de même que la mousse devant le micro qui empêcherai la propagation du signal jusqu'au micro. Nous allons tester tout cela expérimentalement. Nous connaissons en effet en théorie le signal parasite, cependant l'utiliser serai un peu comme tricher sur le but de l'expérience puisqu'en condition "réelle" nous n'avons pas accès au signal parasite sans microphone.
Est ce qu'ouvrir les extrémités du tube changerait réellement quelque chose ? Puisque cela reviendrait juste à imposer un ventre au lieu d'un nœud et donc seulement changer les fréquences propres non ?

[Pio2001]

Nous n'arrivons cependant pas à comprendre le problème d'un nœud dans le Y, en quoi cela serait problématique ?

Si une source sonore émet une fréquence f à l'emplacement du noeud d'une onde stationnaire de même fréquence, les réflexions du son reviennent en opposition de phase à l'emplacement de la source sonore.
Une fois le régime permanent établi, tout se passe comme si le rendement du haut-parleur était devenu extrêmement faible : il n'est plus capable de produire un signal suffisant à cette fréquence.

[calculair]

il faut éviter les discontinuités pour éviter les réflexions : terminer les tubes avec une forme évasée

[Gwinver]

Bonsoir.

terminer les tubes avec une forme évasée

Ou utiliser de l'aborbant. La manip utilise des tubes PVC, faire une forme évasée est peu commode. L'absorbant peut être fait avec de la mousse à cellules ouvertes (l'air passe quand on souffle à travers) ou de la laine de roche (ne pas faire d'essai en soufflant).
L'absorbant peut être installé de plusieurs manières.
Pour isoler les fonctions entre elles, un simple remplissage sur une faible longueur du tube suffit, pour une division du signal par 2 ou 4. La mesure peut se faire avec un haut parleur.
Pour les extrémités des tubes, il faut un remplissage du tube progressif, ou bien déboucher sur un cône. Enrouler l'absorbant au diamètre du tube, puis réduire le diamètre petit à petit. Il faut s'inspirer des chambres anéchoïdes (parfois appelées chambre sourde) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Chambre_anéchoïque