Copie def- TIPE PSI casque

Thème : Transition, transformation, conversion

Réduction sonore et isolement vocal

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

Nouvelle technologie: casque antibruit actif

• 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

Enjeux actuels et contexte

Objectif global :

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

-Taille réduite -Temps de réponse réduit

Contraintes liées au cadre du projet :

Critères de performance d'atténuation :

Critères fonctionnels:

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

Contraintes et objectifs

Tendre vers un système industriel

Choix mousses

Combinaison des résultats et validation

Réalisation maquette

Atténuation numérique

Procédés analogiques

Réflexion sur la maquette

Utilisation de l'antibruit actif

Utilisation de l'antibruit passif

Conception de la maquette support

Démarche, répartition du travail

• Polychromatique et fixe le temps de la mesure

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

- Type de perturbation:

Cadre de travail

-Choix domaine de fréquences:

Choix des modèles expérimentaux

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

• Perturbation sonore + signal utile émis à l'extérieur

Antibruit passif

Principe de l'antibruit passif

Mise en évidence : wobulation

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

GBFs : font varier la fréquence du signal par modulation

Armature en mousse acoustique

Micro : correspond au son perçu par l'oreille

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

Antibruit passif

Principe de la wobulation

Emission de fréquences entre 50 et 1950 Hz

Fréquence du signal, de 50 à 1950 Hz

Amplitude du signal reçu par le microphone

Irrégularité sonore corrigée

Atténuation d'un pic de réflexion sonore

Obtention des caractéristiques des mousses

Antibruit passif

Principe de la wobulation

Comparaison fréquentielle d'une mousse acoustique et non acoustique

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

Dispositifs expérimentaux

Maquette, idées de fabrication:

Objectif 1 :

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

Objectif 2:

Dispositifs expérimentaux

Mousse acoustique

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

Maquette: premier élément

Dispositifs expérimentaux

Emetteur

Micro : récupère le signal émis

Mousse acoustique

Maquette: dispositif final

Interférence par opposition de phase

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

Atténuation de rapport 3 à 5 selon les expérimentations

Résultante sans opposition

Résultante avec opposition

Montage inverseur

Signal émis

Signal en opposition de phase

Antibruit passif

Interférence par opposition de phase

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

• Permet de régler le fonctionnement sur une fréquence voulue

Solution apportée :

• Contraintes en amplitude :

Le signal émis et celui opposé doivent être de même amplitude

• Contraintes géométriques :

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

Antibruit passif

• Utilisation de filtrage analogique

Us

Ue

FPB

FPB

FPB

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

250 Hz

50 Hz

• 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

Antibruit passif

Filtrage analogique

Antibruit passif

Filtre 3

Filtre 2

Filtre 1

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

Filtre constitué de 3 cellules Sallen Key :

Réalisation du filtre

Filtrage analogique

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

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

• Problèmes rencontrés lors de la conception du système

Antibruit passif

Antibruit passif

Dispositif final

Inverseur

Alimentation primaire

Condensateurs de découplage HF

GénéBoost

Filtre d'ordre 6

Circuit sommateur

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

Antibruit passif

Utilisation du filtrage numérique

Limites de l'analogique

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

2 principes pour le numérique:

- zone entre bande passante et bande atténuée -très volumineux

Exemple illustratif de la convolution

Approche théorique du filtrage numérique

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

Contrainte majeure: Incapacité à isoler une fréquence

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

FIltre final: combinaison des deux

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

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

Filtre numérique seul

Filtre analogique seul

Synthèse des résultats

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Démarche de machine learning pour entraîner le système

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

Ébauche d'utilisation d'IA

Comparaison avec un système industriel: Utilisation logiciel:

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

Objectif: réduire la taille du dispositif

Se rapprocher d'un système industriel

(Ajuste les paramètres)

Boucle d'entraînement

Optimiseur

Calcul gradient pertes

Déco deur avec masque

Encodeur

Données d'entraînement

Début d'utilisation de l'IA