Application of the impulse response approach to the radiation modelling of arbitrarily structured transducers array

Application de l'approche de la réponse impulsionnelle à la modélisation du rayonnement de transducteurs acoustiques de structure arbitraire

Khalid Sbai (1)

1 IEMN - Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520

The work done in this thesis has led to the development of simulation software "DREAM" to calculate the sound field radiated by transducers of flat surfaces and quasi-plane whose openings can be structured in an almost arbitrary. It takes into account all the characteristic parameters of a transducer or transducer array (geometry, apodization, focusing, scanning, excitement, ... etc..). The analysis of the behavior of the transducer in the near to far field and the determination of antenna directivity can be made for both broadband and harmonic excitations. The original options "Arbitrary Matrix" and "3D structure" used to define an array transducer structure almost arbitrary. The calculation program is purely digital, it uses the formalism of the impulse response and it operates directly in the time domain. The calculation procedure, based on the approach of "discrete representation", generates the desired solution in the same manner as the acoustic field is created physically by a transducer. Thus, a solution exists for each case causal achievable in practice. Initially, the program validation was performed using numerous examples and tests demonstrated the reliability of the results obtained. In a second step, it was applied to four different studies including analysis of a transducer array designed for sonar, analysis and comparison of radiation of two transducers, circular geometric and electronic focus, the study of an active noise control system, the study and comparison "geometric - electronic" multi-element transducers of convex and concave cylindrical shape. Regarding the case of active noise control system was used to study its experimental validation of the method of calculation by comparing the results of the latter with measurements. Overall, the potential of the software allow DREAM to create a large majority of studies in which individual authors have already developed their own method of calculation

Le travail effectué dans ce mémoire a conduit à l'élaboration d'un logiciel de simulation "DREAM" qui permet de calculer le champ acoustique rayonné par des transducteurs de surfaces planes et quasi-planes dont les ouvertures peuvent être structurées de manière quasi arbitraires. Il prend en compte tous les paramètres caractéristiques d'un transducteur ou d'une matrice de transducteurs (géométrie, apodisation, focalisation, balayage, excitation,... etc.). L'analyse du comportement du transducteur dans le champ proche et lointain ainsi que la détermination des diagrammes de directivité peuvent être effectués à la fois pour des excitations large bande et harmoniques. Les options originales "Matrice Arbitraire" et "Structure 3D" permettent de définir un transducteur matriciel de structure presque arbitraire. Le programme de calcul est purement numérique, il utilise le formalisme de la réponse impulsionnelle et il opère directement dans le domaine temporel. La procédure de calcul, basée sur l'approche de la "représentation discrète", génère la solution recherchée de la même façon que le champ acoustique est créé physiquement par un transducteur. Ainsi, une solution existe pour chaque cas causal réalisable en pratique. Dans un premier temps, la validation du programme a été effectuée à l'aide de nombreux exemples tests et a démontré la fiabilité des résultats acquis. Dans un second temps, il a été appliqué à quatre études différentes comprenant l'analyse d'un réseau de transducteurs conçu pour un sonar, l'analyse et la comparaison du rayonnement de deux transducteurs circulaires à focalisation géométrique et électronique, l'étude d'un système de contrôle actif antibruit, l'étude et la comparaison "géométrique - électronique" des transducteurs multi-éléments de forme cylindrique convexe et concave. En ce qui concerne le cas du système de contrôle actif antibruit son étude a servi à la validation expérimentale de la méthode de calcul en comparant les résultats de cette dernière avec les mesures. Globalement, les possibilités offertes par le logiciel DREAM permettent de réaliser une grande majorité d'études pour lesquelles des auteurs ont déjà développé individuellement leur propre méthode de calcul

Mots clés: Noise control; Active system; Focusing; Software; Emitting array; Acoustic radiation; Acoustic image; Pulse response; Non destructive test; Signal processing; Transducer network; Numerical simulation; Acoustic field; Directivity pattern

Mots clés: Image acoustique; Réponse impulsion; Essai non destructif; Traitement signal; Réseau transducteur; Simulation numérique; Champ acoustique; Diagramme directivité; Lutte bruit; Système actif; Focalisation; Logiciel; Réseau émetteur; Rayonnement acoustique

Domaines: Acoustique [physics.class-ph]; Acoustique [physics.class-ph]

Khalid Sbai. Application de l'approche de la réponse impulsionnelle à la modélisation du rayonnement de transducteurs acoustiques de structure arbitraire. Acoustique [physics.class-ph]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 1996. Français. ⟨NNT : 1996VALE0023⟩. ⟨tel-00687979⟩