CONCEPTION, RÉALISATION ET CARACTÉRISATION D'UN HAUT-PARLEUR ULTRA-DIRECTIF BASÉ SUR L'AUTO-DÉMODULATION NON LINÉAIRE - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

CONCEPTION, RÉALISATION ET CARACTÉRISATION D'UN HAUT-PARLEUR ULTRA-DIRECTIF BASÉ SUR L'AUTO-DÉMODULATION NON LINÉAIRE

Résumé

Non-linearities associated with the propagation of a strong level acoustic wave result in an amplitude self-demodulation phenomenon: when an ultrasonic carrier wave (primary wave) is amplitude modulated by an audio signal, the audio signal (secondary waves) grows along the ultrasounds emission lobe. The parametric array obtained in this way has a narrow directivity compared to usual sound reproduction systems of comparable size.
This thesis aims at improving the existing systems. With this intention, a design tool and a demonstration prototype are developed.
First, fundamental principles of nonlinear acoustics are reminded in order to understand the self-demodulation phenomenon. This makes possible to conclude on the influence from the primary waves field on the secondary waves field and to determine the primary waves field properties necessary for a use as directive loudspeaker. The distortions induced by the self-demodulation are also highlighted. Then usual distortions reduction preprocessings are detailed and evaluated using a simulation algorithm in order to conclude on their advantages and their use conditions.
In order to obtain a very narrow directivity and a strong level at the ultrasonic frequencies, a transducers array is used. We choose to work with PVDF film transducers. Second, a physical model of the PVDF film transducers coupled to a cavity is proposed. This one is used to predict the acoustic pressure radiated by an elementary cell according to parameters like the cavity dimensions and the film properties. Then, an array radiation model is used to define a cells array fulfilling the application requirements.
Finally, a prototype of directive loudspeaker is made. It is characterized in linear mode (without self-demodulation) and in directive loudspeaker mode in order to do an experimental assessment of this study.
Les non-linéarités associées à la propagation d'une onde acoustique fort niveau se traduisent par un phénomène d'auto-démodulation d'amplitude : lorsqu'une onde porteuse ultrasonore (onde primaire) est modulée en amplitude par un signal audio, le signal audio (ondes secondaires) se reconstruit le long du lobe d'émission des ultrasons. L'antenne paramétrique ainsi obtenue présente alors une directivité très étroite en comparaison des systèmes classiques de restitution du son de dimensions comparables.
Ce travail de thèse vise à améliorer les systèmes existants. Pour ce faire, un outil de dimensionnement et un prototype de démonstration sont réalisés.
Dans un premier temps, les principes fondamentaux de l'acoustique non linéaire permettant de comprendre le phénomène d'auto-démodulation sont rappelés. Ceci permet de conclure sur l'influence du champ d'ondes primaires sur le champ d'ondes secondaires et de déterminer les propriétés nécessaires au champ d'ondes primaires pour une utilisation comme haut-parleur directif. Les distorsions induites par l'auto-démodulation sont également mises en évidence. Les prétraitements usuels de réduction des distorsions sont ensuite détaillés et évalués à l'aide d'un algorithme de simulation afin de conclure sur leurs avantages et leurs conditions d'utilisation.
Afin d'obtenir une directivité très étroite et un fort niveau aux fréquences ultrasonores, un réseau de transducteurs est utilisé. Nous avons choisi de travailler avec des transducteurs à base de film PVDF. Dans un second temps, une modélisation décrivant le comportement des transducteurs réalisés à l'aide de film PVDF couplé à une cavité est proposée. Celle-ci permet d'estimer la pression acoustique rayonnée par une cellule élmentaire en fonction de différents paramètres tels que les dimensions de la cavité et les propriétés du film. Enfin, l'utilisation du modèle de rayonnement d'un réseau de sources permet de définir un réseau de cellules répondant aux exigences de cette application.
Finalement, un prototype de haut-parleur directif est réalisé. Il est caractérisé expérimentalement en régime linéaire (sans auto-démodulation) ainsi que pour une utilisation comme haut-parleur directif afin de réaliser une validation des différentes parties de l'étude.
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Dates et versions

tel-00201456 , version 1 (29-12-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00201456 , version 1

Citer

Alexandre Ritty. CONCEPTION, RÉALISATION ET CARACTÉRISATION D'UN HAUT-PARLEUR ULTRA-DIRECTIF BASÉ SUR L'AUTO-DÉMODULATION NON LINÉAIRE. Acoustique [physics.class-ph]. Université du Maine, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00201456⟩
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