Permettre aux souffleries de localiser les sources de bruit

Les souffleries ont été initialement construites pour voir l'écoulement. Dans une section d'essais contrôlée, les ingénieurs dirigent un écoulement d'air à une vitesse spécifiée sur des véhicules, des ailes, des UAV, des pales de rotor ou des maquettes à l'échelle. En analysant les distributions de pression, les forces et moments aérodynamiques, la visualisation par fumée, la vélocimétrie par images de particules (PIV) et les mesures de balance, ils peuvent déterminer si un décollement de l'écoulement se produit, si la traînée est réduite ou si la portance reste stable.

Aujourd'hui cependant, les souffleries assument un nouveau rôle de plus en plus important : écouter le son. Pour de nombreux produits, la compétitivité n'est plus déterminée uniquement par les performances ou le rendement aérodynamique. Elle se définit aussi par le niveau de silence du produit.

Dans les véhicules électriques, la réduction du bruit de la chaîne de traction rend le bruit aérodynamique du vent beaucoup plus perceptible pour les passagers lors des trajets à grande vitesse. Les UAV et les aéronefs eVTOL doivent réduire le bruit des rotors pour permettre des applications urbaines et à basse altitude plus larges. Les pales d'éoliennes, les systèmes de ventilation et les composants aéronautiques sont tous confrontés à des exigences croissantes en matière de réglementation acoustique, d'attentes de confort des utilisateurs et de besoins d'optimisation structurelle.

Il en résulte une nouvelle question dans les essais en soufflerie :

D'où vient exactement le bruit ?

Pourquoi les souffleries ont besoin de grands réseaux acoustiques

Un seul microphone peut mesurer les niveaux de pression acoustique, mais il ne peut pas facilement répondre à la question de l'emplacement de la source de bruit.

Lors d'essais en soufflerie, le bruit provient souvent de plusieurs emplacements structuraux. Pour les véhicules, les sources peuvent inclure le montant A, les rétroviseurs extérieurs, les passages de roue ou les zones situées sous la caisse. Pour les UAV et les composants aéronautiques, le bruit peut provenir des extrémités de pales de rotor, des bords d'ailes, des bords de fuite de pales ou des sorties de ventilation.

Si les ingénieurs ne peuvent observer que le niveau global de pression acoustique, il devient difficile d'identifier quelle structure est responsable du bruit ou de déterminer si une modification de conception a été efficace.

La valeur de l'imagerie acoustique à grand réseau réside dans sa capacité à capturer de manière synchrone le champ sonore à l'aide d'un réseau de microphones multivoies et à le combiner avec des algorithmes de localisation de sources. Cela transforme des sources de bruit invisibles en cartes thermiques acoustiques intuitives.

Ainsi, les essais en soufflerie vont au‑delà de la simple mesure du son. Ils deviennent un outil de génération d'informations d'ingénierie interprétables, comparables et livrables.

Comment les grands réseaux acoustiques "voient" le son

Le son est invisible, mais il n'arrive pas exactement au même moment sur chaque microphone.

Imaginez une source de bruit située quelque part sur un modèle d'essai. À mesure que l'onde acoustique se propage vers l'extérieur, la distance jusqu'à chaque microphone du réseau varie légèrement. Par conséquent, le temps d'arrivée sur chaque microphone diffère également.

L'imagerie acoustique exploite ces très petits retards temporels et ces différences de phase pour construire une grille de balayage sur la surface d'un modèle ou dans un volume tridimensionnel d'intérêt.

Pour chaque point de balayage, le logiciel calcule :

Si le son provenait de cet emplacement, comment faudrait-il retarder et aligner les signaux de tous les microphones ?

Lorsque la position supposée est proche de la position réelle de la source, les signaux de plusieurs microphones deviennent alignés en phase et se renforcent mutuellement, ce qui entraîne une augmentation de l'énergie acoustique. Les signaux provenant d'autres emplacements restent désalignés et sont donc atténués.

En répétant ce processus sur toute la zone de balayage, le système génère une répartition spatiale de l'intensité des sources acoustiques, généralement visualisée sous forme de carte thermique acoustique ou de carte de bruit.

C'est sans doute la valeur la plus intuitive de l'imagerie acoustique : transformer un son invisible en informations visuelles que les ingénieurs peuvent analyser, comparer et utiliser pour la prise de décision.

Pourquoi les mesures acoustiques sont plus difficiles en soufflerie

Même dans une pièce silencieuse, une localisation précise des sources nécessite un environnement acoustique stable et des informations de phase exactes. À l'intérieur d'une soufflerie, cependant, les défis deviennent nettement plus importants.

Bruit de fond plus élevé

Une soufflerie est loin d'être un environnement de mesure silencieux.

Les ventilateurs, les buses, les structures de support, les couches limites et les surfaces réfléchissantes génèrent tous des interférences acoustiques. De plus, les microphones exposés à un écoulement d'air à grande vitesse subissent un bruit propre induit par l'écoulement, causé par les interactions entre le jet d'air et le corps du microphone.

Sources de bruit plus complexes

Le bruit en soufflerie provient rarement d'une seule source.

Lors des essais de véhicules, les rétroviseurs, les montants A, les passages de roue et les structures sous la caisse peuvent tous contribuer simultanément. Lors des essais d'aéronefs à rotors, les extrémités de pales, les bords de fuite, les moteurs électriques et les composants structurels peuvent générer du bruit dans différentes bandes de fréquences.

Les ingénieurs ont donc besoin de plus qu'une simple indication de l'emplacement des sources. Ils doivent comprendre comment les sources de bruit se distribuent en fréquence et comment elles évoluent selon les conditions de fonctionnement.

Exigences de synchronisation plus élevées

Les réseaux acoustiques impliquent généralement des dizaines voire des centaines de microphones échantillonnant simultanément.

Même un faible décalage temporel entre les voies peut déformer les relations de phase, entraînant des erreurs de localisation, des cartes de sources floues ou des conclusions erronées.

Pour les systèmes d'imagerie acoustique, une synchronisation précise n'est pas une option supplémentaire : c'est le fondement de la fiabilité des mesures.

Des résultats prêts pour l'ingénierie

La valeur des essais en soufflerie va au‑delà de la collecte de simples formes d'onde brutes.

Les clients ont finalement besoin de résultats qui soutiennent les décisions d'ingénierie, notamment :

• Spectres de fréquence
• Cartes des sources acoustiques
• Comparaisons entre conditions de fonctionnement
• La validation des modifications de conception
• Rapports d'essais normalisés

Autrement dit, un système performant doit non seulement capturer les données avec précision, mais aussi rendre les résultats compréhensibles, comparables et exploitables.

Le défi de l'aéroacoustique en soufflerie ne se résume donc pas simplement à des niveaux de bruit plus élevés. Il consiste à traiter simultanément des environnements complexes, de multiples sources de bruit, une synchronisation de haute précision et une restitution des résultats orientée ingénierie.

La solution à grand réseau SonoDAQ : une plate-forme complète de l'acquisition à l'imagerie

La solution d'imagerie aéroacoustique à grand réseau SonoDAQ est spécifiquement conçue pour ces applications exigeantes en soufflerie.

La plate-forme se compose de trois éléments clés :

• Un réseau de microphones
• Le système d'acquisition synchronisée multivoies SonoDAQ
• Le logiciel OpenTest d'imagerie et d'analyse acoustiques

Le réseau de microphones capture le champ acoustique hors de la section d'essais, tandis que des caméras synchronisées fournissent des références visuelles de l'objet testé.

SonoDAQ effectue l'échantillonnage synchronisé multivoies, le conditionnement de signal et l'acquisition de données. Le système peut également intégrer des paramètres d'essais supplémentaires tels que la vitesse du vent, la vitesse de rotation, l'angle d'attaque, l'angle de lacet et les marqueurs de conditions de fonctionnement.

OpenTest propose :

• Analyse SPL
• Analyse FFT
• Analyse en tiers d'octave 1/3-octave
• La localisation de sources acoustiques
• Visualisation par cartes thermiques
• Génération de rapports

L'objectif n'est pas simplement d'enregistrer davantage de voies audio. Il s'agit d'aider les installations de soufflerie à mettre en place une capacité complète d'essais aéroacoustiques - qui fournisse des mesures précises, une visualisation claire, des comparaisons pertinentes et des rapports professionnels.

Avantages des réseaux non uniformes

En imagerie acoustique, augmenter simplement le nombre de microphones ou les disposer selon un motif très régulier ne conduit pas nécessairement à de meilleurs résultats.

La géométrie d'un réseau de microphones influence directement la résolution spatiale, la plage de fréquences utilisable, le niveau des lobes secondaires et la capacité à supprimer les fausses sources. Autrement dit, deux réseaux ayant le même nombre de 120 voies peuvent produire des cartes de sources très différentes selon leur configuration géométrique.

Les réseaux réguliers offrent des avantages tels qu'une construction, un étalonnage et une fabrication simplifiés. Cependant, ils introduisent également un défi inhérent : une distribution spatiale périodique.

Lorsque les ondes acoustiques sont reçues et traitées pour le beamforming, cette périodicité peut générer des lobes de réseau et des lobes secondaires, produisant des points chauds artificiels qui ne correspondent pas à de vraies sources de bruit.

Pour des scénarios simples à source unique, ces artefacts peuvent rester gérables. En essais de soufflerie, cependant, les véhicules, systèmes de rotors, ailes d'aéronefs et pales d'éoliennes sont souvent de grande taille, géométriquement complexes et susceptibles de générer simultanément du bruit dans plusieurs bandes de fréquences. Dans de telles conditions, de fortes fausses sources peuvent fortement perturber l'identification des sources réelles.

Le principe fondamental d'un réseau non uniforme est de rompre intentionnellement cette périodicité spatiale.

En répartissant les microphones selon des géométries optimisées non régulières, le réseau peut :

• Réduire les niveaux de lobes secondaires
• Supprimer les lobes de réseau
• Améliorer le rejet des fausses sources
• Renforcer la capacité de séparation de multiples sources

Pour les grands modèles et l'analyse aéroacoustique large bande, il en résulte des cartes acoustiques plus propres, qui représentent plus fidèlement la distribution réelle des sources.

La solution à grand réseau SonoDAQ peut être personnalisée en fonction :

• Des dimensions de l'objet testé
• De la géométrie de la soufflerie
• De la plage de fréquences visée
• De la distance de mesure

Que l'application concerne le bruit de vent des véhicules, le bruit de rotor d'UAV, des composants d'aéronefs ou des pales d'éoliennes, la géométrie du réseau peut être optimisée autour de l'objectif d'essai spécifique.

L'objectif d'un réseau non uniforme n'est pas de créer un réseau qui semble plus complexe. Son but est de fournir des résultats de localisation de sources plus fiables, mieux interprétables et plus utiles pour les décisions d'ingénierie.

Synchronisation à 100 ns : le fondement de l'imagerie acoustique à grand nombre de voies

La localisation des sources acoustiques repose sur des différences de temps d'arrivée du son extrêmement faibles.

Lorsque le son se propage d'une source vers différents microphones d'un réseau, de légères différences de distance de propagation entraînent de légères différences de temps d'arrivée. Les algorithmes d'imagerie acoustique utilisent ces retards temporels et ces relations de phase pour reconstruire les emplacements des sources.

À mesure que la taille des réseaux atteint 120 voies et plus, tous les appareils, modules et canaux doivent partager une référence temporelle commune et très stable.

SonoDAQ Pro prend en charge la synchronisation PTP (Precision Time Protocol, IEEE 1588v2), permettant à plusieurs unités d'acquisition de fonctionner sous un système d'horloge unifié.

Grâce à la synchronisation PTP, le système atteint :

• Précision de synchronisation entre appareils < 100 ns
• Précision de synchronisation interne à un appareil < 30 ns

Cela fournit une base temporelle fiable pour les applications d'imagerie acoustique à grande échelle.

La synchronisation est particulièrement critique pour les essais en soufflerie.

Au sein d'un grand réseau acoustique, même de faibles écarts temporels entre voies peuvent déformer les relations de phase et, au final, réduire la précision de localisation des sources.

La synchronisation PTP permet à plusieurs unités SonoDAQ Pro de fonctionner comme un seul système d'acquisition cohérent, garantissant la cohérence sur un grand nombre de voies et fournissant des données fiables pour :

• L'analyse spectrale
• La localisation des sources
• La comparaison entre conditions de fonctionnement
• La génération automatique de rapports

En parallèle, SonoDAQ adopte une architecture modulaire qui permet de faire évoluer les systèmes de :

• 24 canaux
• 48 canaux
• 120 canaux
• 256+ canaux
• Configurations personnalisées de plus grande taille

Pour les installations de soufflerie, cela signifie que le système peut supporter à la fois des démonstrations de preuve de concept initiales et le développement à long terme de capacités complètes d'essais aéroacoustiques.

Des cartes acoustiques à la validation de conception

L'aspect peut-être le plus convaincant de l'imagerie acoustique est la carte thermique acoustique elle‑même.

En superposant l'intensité des sources acoustiques à une image de l'objet testé, les ingénieurs peuvent immédiatement identifier les zones où le bruit est concentré.

Cependant, en essais en soufflerie, les cartes acoustiques sont précieuses non pas parce qu'elles sont impressionnantes visuellement, mais parce qu'elles aident les ingénieurs à déterminer les causes profondes, comparer des variantes de conception et valider des modifications.

Pour l'analyse d'ingénierie, une carte thermique n'est généralement qu'un point de départ.

Les ingénieurs doivent encore répondre à des questions telles que :

• Quelles bandes de fréquences dominent le point chaud ?
• La source persiste‑t‑elle à différentes vitesses de vent ?
• Comment l'emplacement de la source évolue‑t‑il avec l'angle d'attaque ou l'angle de lacet ?
• Une modification de conception a‑t‑elle réduit, déplacé ou introduit de nouvelles sources de bruit ?

Ce n'est que lorsque les cartes acoustiques sont combinées avec des spectres de fréquence, des niveaux de pression acoustique, des paramètres de fonctionnement et des informations structurelles qu'elles deviennent de véritables outils d'ingénierie.

Par exemple, lors l'optimisation du bruit de vent d'un rétroviseur, les ingénieurs peuvent comparer les cartes acoustiques avant et après une modification de conception.

Avant l'optimisation, un fort point chaud acoustique peut apparaître près de la partie arrière et inférieure du rétroviseur, indiquant un décollement important de l'écoulement et une turbulence locale. Après l'optimisation, la zone acoustique de forte intensité devient nettement plus petite et l'intensité sonore globale diminue.

Cela fournit une preuve directe que la refonte aérodynamique a effectivement réduit le bruit de vent.

De telles capacités de comparaison sont particulièrement précieuses lors de la validation de conception.

En utilisant le même réseau, le même système d'acquisition et le même flux de travail d'analyse, les ingénieurs peuvent évaluer :

• La réduction globale du SPL
• L'amélioration dans les bandes de fréquences ciblées
• La réduction des points chauds existants
• L'apparition de nouvelles sources de bruit

Comparées à une approche reposant uniquement sur des mesures en un seul point ou sur des spectres individuels, les cartes acoustiques combinées à des données spectrales et de conditions de fonctionnement offrent une évaluation de la performance de conception bien plus intuitive et défendable.

La valeur de la plate-forme SonoDAQ + OpenTest réside dans la connexion :

• Des mesures acoustiques multivoies
• Des horodatages synchronisés
• De la vitesse du vent
• De la vitesse de rotation
• De l'angle d'attaque
• De l'angle de lacet
• Des marqueurs de conditions de fonctionnement
• Des données spectrales
• Des cartes thermiques acoustiques
• Des modèles de rapports

en un flux de travail unifié couvrant l'acquisition, l'analyse, la localisation, la comparaison et le reporting.

Pour les exploitants de soufflerie, cela améliore non seulement l'efficacité des essais, mais aide aussi à mettre en place des méthodologies reproductibles et des processus de reporting standardisés.

Configuration recommandée de soufflerie

Pour les essais aéroacoustiques, la section d'essais à jet libre Open Jet Test Section est l'une des configurations de soufflerie les plus adaptées à l'imagerie acoustique et à la localisation de sources.

Dans cette configuration, l'écoulement d'air sort de la buse vers une zone d'essai ouverte, où le modèle est positionné dans le jet libre tandis que les équipements de mesure acoustique restent à l'extérieur de la limite du jet.

Pour les réseaux de microphones, la configuration à jet libre offre une flexibilité considérable.

Les réseaux peuvent être installés :

• À côté du modèle
• Au‑dessus du modèle
• Avec des angles de vue obliques vers l'avant

permettant une meilleure observation du bruit de surface, du bruit lié au sillage et des sources aérodynamiques localisées.

En même temps, le réseau est généralement positionné à l'extérieur de la limite du jet libre pour minimiser le bruit induit par l'écoulement sur les microphones.

Les principaux avantages des configurations à jet libre comprennent :

• Une flexibilité accrue dans le placement du réseau
• Ouvertures de réseau plus grandes
• Une géométrie d'observation améliorée
• Une réduction des réflexions sur les parois
• Une réduction de la distorsion acoustique causée par les parois d'une section d'essais fermée

Par conséquent, les souffleries à jet libre offrent généralement une imagerie acoustique et une localisation de sources plus fiables.

Pour les applications impliquant l'identification, la localisation et l'analyse par beamforming de sources aéroacoustiques, les sections d'essais à jet libre sont souvent le choix privilégié.

Scénarios typiques d'application

Le bruit aéroacoustique n'est pas limité à un type de produit spécifique. Chaque fois qu'une structure interagit avec de l'air en mouvement, des phénomènes tels que le décollement de l'écoulement, le détachement de tourbillons, les perturbations de couche limite, les fuites à travers des interstices ou des composants en rotation peuvent générer un bruit audible.

Pour les équipes d'ingénierie, le véritable défi n'est souvent pas de détecter le bruit, mais de relier ce bruit à des structures spécifiques, à des bandes de fréquences et à des conditions de fonctionnement.

La solution d'imagerie acoustique à grand réseau SonoDAQ établit une « carte de bruit » spatiale au sein de la soufflerie, permettant aux ingénieurs d'aller au‑delà des mesures de pression acoustique globale pour atteindre :

• La localisation des sources au niveau des structures
• L'analyse spécifique par bande de fréquences
• La validation des modifications de conception

Véhicules électriques et essais automobiles en soufflerie

Lors des essais en soufflerie de véhicules électriques et de véhicules complets, le système à grand réseau SonoDAQ peut identifier les sources de bruit de vent associées à :

• Montants A
• Rétroviseurs extérieurs
• Passages de roue
• Structures sous la caisse
• Jeux de portes et interfaces d'étanchéité

Cela aide les équipes d'ingénierie à évaluer les raffinements aérodynamiques et les améliorations d'étanchéité au cours du développement des véhicules.

Développement d'UAV et d'eVTOL

Pour les UAV et les aéronefs eVTOL, le système peut localiser le bruit généré par :

• Pales de rotor
• Extrémités de pales
• Bras de rotor
• Bords de la cellule
• Interfaces structurelles

Les données obtenues soutiennent le développement d'architectures de véhicules à faible bruit et les démarches de certification.

Essais de composants aéronautiques

Dans les applications aéronautiques, l'imagerie acoustique à grand réseau peut être utilisée pour identifier les sources aéroacoustiques associées à :

• Ailes
• Becs
• Volets
• Trains d'atterrissage
• Gouvernes de contrôle

Cela permet aux ingénieurs d'évaluer et de valider des conceptions aérodynamiques à faible bruit.

Éoliennes et équipements de ventilation

Pour les pales d'éoliennes et les systèmes de ventilation industriels, la solution peut identifier les principaux contributeurs au bruit, tels que :

• Bords de fuite de pales
• Sorties d'air
• Structures de support
• Zones de perturbation locale de l'écoulement

Ces informations soutiennent la conception pour la réduction du bruit et l'optimisation des conditions de fonctionnement.

Construire une capacité d'essais aéroacoustiques livrable

En fin de compte, les exploitants de soufflerie ne cherchent pas simplement à acquérir un système capable d'enregistrer du son.

Leur objectif est de mettre en place une capacité complète d'essais aéroacoustiques capable de soutenir des projets d'essais commerciaux et d'apporter une valeur d'ingénierie aux clients.

Une telle capacité inclut :

• Une acquisition acoustique multivoies fiable
• Une synchronisation précise avec les paramètres de fonctionnement de la soufflerie
• La localisation des sources de bruit
• L'analyse spectrale
• La génération de cartes thermiques acoustiques
• La validation des modifications de conception
• Un reporting standardisé

La solution d'imagerie aéroacoustique à grand réseau SonoDAQ intègre :

• Des réseaux de microphones
• Une acquisition synchronisée multivoies
• La localisation de sources avec OpenTest
• Des flux de travail de reporting automatisés

au sein d'une seule plate-forme.

Cela permet aux souffleries d'aller au‑delà des essais traditionnels de performances aérodynamiques vers des domaines tels que :

• Les essais de bruit de vent de véhicules
• L'analyse du bruit de rotors
• Les essais aéroacoustiques de composants
• La localisation de sources acoustiques

Une soufflerie peut ainsi devenir plus qu'un outil d'observation de l'écoulement d'air - elle devient une plate-forme pour comprendre et maîtriser la génération de bruit.

Configuration de soufflerie basse vitesse à 120 canaux

À titre d'exemple, SonoDAQ propose une configuration d'imagerie acoustique à 120 canaux spécialement conçue pour les applications en soufflerie basse vitesse.

Cette configuration convient pour :

• Les essais automobiles de bruit de vent
• Le développement d'UAV et d'eVTOL
• L'évaluation de composants aéronautiques
• Les essais de pales d'éoliennes
• Analyse d'équipements de ventilation et CVC

Pour les souffleries à jet libre, le réseau de microphones peut être positionné à côté, au‑dessus ou selon un angle oblique par rapport à l'objet testé, tout en restant à l'extérieur de la limite du jet libre pour minimiser les interférences induites par l'écoulement.

Cette disposition offre une ouverture et une géométrie d'observation suffisantes pour une imagerie acoustique de haute qualité.

L'architecture modulaire de la plate-forme SonoDAQ permet également des extensions futures à mesure que les besoins d'essais évoluent, offrant aux installations la possibilité de passer de déploiements initiaux à des laboratoires aéroacoustiques à grand nombre de voies.

Conclusion

La valeur des essais acoustiques en soufflerie évolue, passant de la simple mesure du son à la véritable compréhension du son.

Lorsque le bruit aéroacoustique peut être localisé, analysé, comparé et documenté avec précision, la soufflerie devient bien plus qu'un outil de validation des performances aérodynamiques. Elle devient une plate-forme essentielle pour soutenir la conception à faible bruit, l'optimisation structurelle et le développement de produits.

La solution d'imagerie aéroacoustique à grand réseau SonoDAQ combine :

• Une acquisition synchronisée à grand nombre de voies
• Des réseaux de microphones non uniformes
• La localisation de sources acoustiques
• L'intégration des données de conditions de fonctionnement
• Les flux de travail d'analyse et de reporting OpenTest

en une plate-forme unifiée pour les essais aéroacoustiques.

En aidant les installations de soufflerie à construire des capacités d'essais aéroacoustiques durables, évolutives et livrables, le système permet aux ingénieurs non seulement de voir l'écoulement, mais aussi de véritablement entendre la source de bruit. Si vous êtes intéressé, veuillez remplir le formulaire de contact ci‑dessous.