Copie def- TIPE PSI casque

Réduction sonore et isolement vocal

PONCET Adrien (30394) HAUSMAN Paul (43680) ROBERT Lucas (51541)

Thème : Transition, transformation, conversion

Enjeux actuels et contexte

• 1 personne sur 4 devrait avoir des problèmes d'audition d'ici 2050 (OMS, 2021)

• Un actif sur deux se dit gêné par le bruit sur son lieu de travail

Nouvelle technologie: casque antibruit actif

Contraintes et objectifs

Objectif global :

• Isoler la voix dans un environnement bruyant
• Comparer puis combiner les approches analogiques et numériques

Contraintes liées au cadre du projet :

Critères de performance d'atténuation :

Critères fonctionnels:

-Coût réduit-Composants limités-Volume horaire réduit (60-80h)

-Taille réduite -Temps de réponse réduit

Démarche, répartition du travail

Conception de la maquette support

Utilisation de l'antibruit actif

Utilisation de l'antibruit passif

Réflexion sur la maquette

Réalisation maquette

Choix mousses

Procédés analogiques

Atténuation numérique

Combinaison des résultats et validation

Tendre vers un système industriel

Choix des modèles expérimentaux

Cadre de travail

• Micro oreille
• Mousses acoustique simulant l'atténuation passive d'un vrai casque

• Perturbation sonore + signal utile émis à l'extérieur

-Choix domaine de fréquences:

• fréquence utile : autour de 200 Hz
• Ailleurs: bruit à éliminer

- Type de perturbation:

• Polychromatique et fixe le temps de la mesure

Antibruit passif

Principe de l'antibruit passif

Dépendance du matériau choisi et de la fréquence sonore. Il est donc nécessaire de bien choisir le matériau utilisé : utilisation de mousses acoustiques.

Mise en évidence : wobulation

Antibruit passif

Principe de la wobulation

Création de l'environnement : simuler un intérieur de casque audio

Emission de fréquences entre 50 et 1950 Hz

GBFs : font varier la fréquence du signal par modulation

Micro : correspond au son perçu par l'oreille

Armature en mousse acoustique

Antibruit passif

Principe de la wobulation

Comparaison fréquentielle d'une mousse acoustique et non acoustique

Obtention des caractéristiques des mousses

Amplitude du signal reçu par le microphone

Atténuation d'un pic de réflexion sonore

Fréquence du signal, de 50 à 1950 Hz

Irrégularité sonore corrigée

Dispositifs expérimentaux

Maquette, idées de fabrication:

Objectif 1 :

Eviter en grande partie les phénomènes de réflexion des ondes acousiques.

Objectif 2:

Créer un dispositif qui permet de mesurer dans les conditions du milieu étudié

Dispositifs expérimentaux

Maquette: premier élément

Charnière : permet de modifier l'angle avec lequel la mousse reçoit le son

Mousse acoustique

Dispositifs expérimentaux

Maquette: dispositif final

Micro : récupère le signal émis

Mousse acoustique

Emetteur

Antibruit passif

Interférence par opposition de phase

Signal émis

Signal en opposition de phase

Montage inverseur

Les émetteurs sont dans la même position et envoient le son dans la même direction

Résultante avec opposition

Résultante sans opposition

Atténuation de rapport 3 à 5 selon les expérimentations

Antibruit passif

Interférence par opposition de phase

• Contraintes géométriques :

L'émission et la réception doivent être en opposition de phase parfaite

• Utilisation de filtrage analogique

• Contraintes en amplitude :

Le signal émis et celui opposé doivent être de même amplitude

Solution apportée :

• Plus de contraintes géométriques
• Adaptation de l'amplitude automatique

• Permet de régler le fonctionnement sur une fréquence voulue

Antibruit passif

Filtrage analogique

• Conception du filtre théorique

Passe bande d'ordre 2 : somme d'un passe bas et d'un passe haut d'ordres 1 Fréquences de coupure : 50, 250 Hz

Système d'ordre 6 : pentes à -60 dB, atténue bien plus On répète expérimentalement trois fois pour obtenir un ordre 6

Ue

Us

FPB

FPB

FPB

50 Hz

250 Hz

Antibruit passif

Réalisation du filtre

Filtre 3

Filtre 1

Filtre 2

Filtre constitué de 3 cellules Sallen Key :

• Ordre 6 permettant de couper fortement autour de la bande passante.
• En choisissant la valeur des composants, on peut modifier las fréquences de coupure.

Antibruit passif

Filtrage analogique

• Problèmes rencontrés lors de la conception du système

Problèmes Effet d'antenne : crée du bruit Impédances non adaptées entre composants, mauvais transfert de puissance Composants parfois défectueux : ALIs, résistances

Solutions Disposition optimale, fils courts Condensateurs de découplage (HF) GénéBoost Montages suiveurs

Antibruit passif

Dispositif final

Circuit sommateur

4 GBFs (impédance de sortie quasi nulle) : signaux de 4 fréquences différentes

Alimentation primaire

GénéBoost

Inverseur

Filtre d'ordre 6

Condensateurs de découplage HF

Antibruit passif

Utilisation du filtrage numérique

- zone entre bande passante et bande atténuée -très volumineux

2 principes pour le numérique:

Limites de l'analogique

• Filtre par convolution avec rendu similaire à l'analogique
• Filtre pour isoler une plage de fréquence avec analyse FFT

Approche théorique du filtrage numérique

Exemple illustratif de la convolution

Synthèse des résultats

Filtre analogique seul

Filtre numérique seul

-efficace pour couper fréquences élevées -gain relatif avec composante à 200Hz pas suffisant globalement

-amplification seule insuffisante car les autres fréquences ne sont pas atténuées

FIltre final: combinaison des deux

-Combinaison d'effets complémentaires -Résultat plus satisfaisants en termes de gain relatif

Contrainte majeure: Incapacité à isoler une fréquence

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Contrainte majeure: Temps de calculs élevés si on combine isolation d'une fréquence et atténuation des autres

Se rapprocher d'un système industriel

Objectif: réduire la taille du dispositif

Comparaison avec un système industriel: Utilisation logiciel:

Ébauche d'utilisation d'IA

Utilisé dans les systèmes industriels pour s'adapter de façon automatique aux environnements sonores

Utilisation du Rasberry Pi, petit dispositif pour faire tourner les programmes Inconvénient: capacité de calcul

Démarche de machine learning pour entraîner le système

Début d'utilisation de l'IA

Données d'entraînement

Déco deur avec masque

Encodeur

Boucle d'entraînement

Calcul gradient pertes

Optimiseur

(Ajuste les paramètres)