Rendu du champ sonore dans les cabines d'avion

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Résumé

En matière de confort acoustique d'un avion, les indicateurs techniques habituels ne « disent pas tout ». Rien ne peut remplacer l'expérience consistant à écouter le son réel dans la cabine. Ce projet a permis de concevoir et de construire un simulateur de champ sonore à l'intérieur d'une maquette grandeur nature de la cabine d'un avion à réaction.

Objectifs

L'objectif de ce projet était de mettre au point un « simulateur acoustique » capable de reproduire fidèlement les caractéristiques spatiales et fréquentielles de l'environnement acoustique de la cabine d'un avion à réaction. Les questions de recherche portaient sur l'architecture matérielle et logicielle du système de reproduction :

• Comment reproduire fidèlement le champ sonore spatial à l'intérieur de la cabine d'un avion en vol ?
• Comment intégrer des sources de vibrations et de reproduction sonore adaptées dans une maquette grandeur nature en laboratoire ?
• Comment créer et mettre en œuvre des algorithmes de traitement du signal pour la reproduction du champ sonore ?

Chronologie

Septembre 2007 – Mars 2012

Statut : Terminé.

Approche

Le simulateur de bruit d'avion a été installé dans une maquette représentative de la cabine d'un Bombardier CRJ1000, qui reproduit fidèlement l'intérieur d'une cabine de CRJ1000 réelle.

• 

  Le champ sonore virtuel a été créé à l'aide d'un réseau de plus de 40 moteurs vibrants miniatures placés soit au sol, soit derrière les panneaux de garniture en matériau composite (et donc invisibles pour l'auditeur dans la maquette) ; de plus, les vibrations à basse fréquence du plancher et des sièges, qui constituent un élément essentiel de l'expérience vibro-acoustique dans la cabine d'un avion, ont également été partiellement reproduites dans la maquette.

• L'un des éléments essentiels du projet consistait à saisir les caractéristiques spatiales et fréquentielles du champ sonore réel de l'avion dans diverses conditions de vol ; ces informations devaient servir de « référence » pour notre système de reproduction sonore dans la maquette. Cette tâche a été réalisée à l'aide d'une antenne à 96 microphones (spécialement conçue à cet effet) qui a effectué un échantillonnage spatial du champ sonore de l'avion. Des algorithmes dédiés à l'extrapolation du champ sonore ont été utilisés pour créer une « image » du champ sonore complet de la cabine à partir des mesures effectuées aux emplacements des microphones en vol.

• De plus, le « cerveau » du simulateur acoustique devait veiller à ce que le réseau de sources de reproduction soit piloté de manière à recréer exactement les mêmes champs sonores aux emplacements identiques des microphones, à la fois dans l'avion réel et dans la maquette.

  

• Enfin, la précision du système de reproduction sonore a été vérifiée à l'aide d'une série de mesures objectives et subjectives. Les mesures objectives consistaient à comparer la pression acoustique de référence et celle reproduite à plusieurs endroits de la maquette. Les tests subjectifs ont montré que les auditeur·rices placé·es dans la maquette n'étaient pas en mesure de percevoir la différence entre les bruits réels de l'avion et une reproduction artificielle de ces derniers à l'aide du simulateur.

Résultats et impact

• Ce projet a abouti à la mise au point d'une méthodologie, ainsi que de logiciels et de matériel permettant la reproduction expérimentale du champ sonore dans les cabines et les cockpits d'avions.
• Les systèmes développés fournissent à la fois des outils de marketing et de conception technique destinés à aider les constructeurs aéronautiques à promouvoir et à améliorer le confort acoustique de leurs avions d'affaires.
• Cette plateforme peut être utilisée pour évaluer de manière systématique les réactions humaines dans un environnement virtuel et pour établir des indicateurs subjectifs du confort acoustique dans les cabines d'avion.
• Bien que le projet ait porté sur une application spécifique au bruit dans les cabines d'avion, la plupart des aspects de cette approche peuvent être appliqués au bruit des véhicules en général ou au bruit au travail.

Personnes impliquées

• Chercheur et Chercheuse principaux : Alain Berry (Sherbrooke)*, Catherine Guastavino (McGill)*
• Chercheurs associés : Philippe-Aubert Gauthier (Sherbrooke)*, Yann Pasco (Sherbrooke)*, Julien Boissinot (McGill)*, Patrick Lévesque (Sherbrooke)
• Postdoctorant·es et étudiant·es : Cédric Camier (Sherbrooke)*, Ilja Frissen (McGill)*, Charles Verron (McGill)*, Jennifer Langlois (McGill)*, Éric Chambatte (Sherbrooke), Félix-Antoine Lebel (Sherbrooke)

* Membres régulier·ères du CIRMMT, collaborateur·rices, étudiant·es et personnel

Partenaires

• Université de Sherbrooke
• Université McGill
• Bombardier Aerospace
• CAE

Organismes subventionnaires / Partenaires financiers

• Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
• Bombardier Aerospace
• CAE
• CRIAQ

Ressources

Sélection d'articles de revues à comité de lecture, acceptés ou publiés

• 

  O. VALENTIN, P.-A. GAUTHIER, C. CAMIER, Y. PASCO, A. BERRY, C. GUASTAVINO, C. VERRON. (2022). Perceptual validation of sound environment reproduction inside an aircraft mock-up. Applied Ergonomics. 98.
• P.-A. GAUTHIER, C. CAMIER*, F.-A. LEBEL*, Y. PASCO, A. BERRY, J. LANGLOIS*, C. VERRON*, C. GUASTAVINO. (2016). Experiments of multichannel least-square methods for sound field reproduction inside aircraft mock-up: Objective evaluations. J. Sound and Vibration. 374 (194-216).
• P.-A. GAUTHIER, C. CAMIER*, T. PADOIS*, O. GAUTHIER*, Y. PASCO, A. BERRY. (2015). Sound field reproduction of real flight recordings in aircraft cabin mock-up. AES: Journal of the Audio Engineering Society. 63(1-2): 6-20.
• FRISSEN, I., ZIAT, M., CAMPION, G., HAYWARD, V., & GUASTAVINO, C. (2012). “The effect of voluntary movements on auditory-haptic and haptic-haptic temporal order judgments.” Acta Psychologica, 141, 140-148.
• FÉRON, F-X., FRISSEN, I., BOISSINOT, J., & GUASTAVINO, C. (2012). “Upper limits of auditory rotational motion”. Journal of the Acoustical Society of America, 128(6), 3703-3714.

Sélection de présentations et d'affiches présentées lors de congrès

• A. BERRY, P.-A. GAUTHIER. (2016). Spatial reproduction of aircraft cabin noise in a full-scale mockup. InterNoise 2016, Hamburg, Allemagne
• P.-A. GAUTHIER, C. CAMIER*, T. PADOIS*, O. GAUTHIER*, Y. PASCO, A. BERRY. (2013). Objective Evaluation of Sound Field and Sound Environment Reproduction in Aircraft Mock-Ups Using Acoustic Imaging, AES 52nd International Conference , Sound Field Control, Surrey, U.K.
• C. VERRON, P.-A. GAUTHIER, J. LANGLOIS, C. GUASTAVINO, (2011). « Binaural Analysis/Synthesis of interior aircraft sounds”, 2011 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, New Paltz, NY, 16-19 Octobre 2011.
• J. LANGLOIS, C. VERRON, P.-A. GAUTHIER, C. GUASTAVINO, (2011). “Perceptual evaluation of interior aircraft sound models”, 2011 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, New Paltz, NY, 16-19 Octobre 2011.
• P.-A. GAUTHIER, C. CAMIER, Y. PASCO, E. CHAMBATTE, A. BERRY, (2010). “Sound field extrapolation: Inverse problems, virtual microphone arrays and spatial filters”, AES 40th INTERNATIONAL CONFERENCE, Tokyo, Japan, 8–10 Octobre 2010.
• BERRY, C. GUASTAVINO, R. LAPOINTE, M.-A. DELALAY, J. BOISSINOT, C. CAMIER, É. CHAMBATTE, I. FRISSEN, P.-A. GAUTHIER, D. LANGLOIS, J. LANGLOIS, F.-A. LEBEL, Y. PASCO, C. VERRON, (2012) « Reproduction du champ sonore dans les cabines d’avions », affiche présentée pendant DESTINATION/2022, 10ème anniversaire du CRIAQ, Mai 2012 (a reçu le prix de la meilleure affiche).
• PRAS, A., CORTEEL, E., & GUASTAVINO, C. (2009). “Qualitative evaluation of Wave Field Synthesis with expert listeners.” Communication sur invitation à la Conférence internationale NAG-DAGA sur l'acoustique. Rotterdam, les Pays-Bas, 2009.

Mots-clés

Industrie, Reproduction du champ sonore, Acoustique des cabines d'avion, Réseaux de microphones, Moteurs vibrants, Simulateur acoustique