LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

Réaliser une expérience de contrôle actif

Une expérience élémentaire de contrôle actif du bruit

Scanner 3D

Le matériel nécessaire Cette expérience très simple à réaliser montre que l’on peut effectivement réduire le bruit produit par un haut-parleur à l’aide d’un autre haut-parleur. Elle fait appel à deux enceintes connectées à la sortie audio d’un ordinateur. Il faut disposer soit d’un bouton "volume" sur chaque enceinte, soit d’un bouton "balance", soit contrôler le volume ou la balance à l’écran (sous Windows on peut contrôler la "balance" avec le "contrôle de volume" accessible par un click droit sur le petit haut-parleur dans la barre des tâches) .

Comment procéder :

  1. Disposer les enceintes côte à côte. Les régler de telle sorte qu’une seule puisse au départ produire un son, soit en mettant au minimum le volume de l’autre, soit en tournant le bouton "balance" à fond.
  2. Lancer la diffusion de ce fichier son stéréo (fichier .wav, 235ko).
  3. Augmenter progressivement le volume de l’enceinte qui était au minimum, ou tourner progressivement le bouton "balance". Relancer le fichier son si nécessaire (il dure 30 secondes).

On doit alors constater qu’il existe une position du bouton "volume" de la deuxième enceinte ou du bouton "balance" pour laquelle le bruit est significativement réduit par rapport à ce qu’il était au départ. Une augmentation du "volume" s’accompagne d’une diminution du bruit, avec une disparition des "graves" !

Explication :

Le fichier son stéréophonique a été fabriqué à partir d’un signal monophonique comportant du bruit réparti sur toute la bande des fréquences 0-1000Hz, signal appelé "bruit blanc" par analogie avec la lumière blanche. Ce signal mono compose l’une des deux voies du signal stéréo, l’autre a été obtenue en changeant le signe de chacune des valeurs prises par le signal initial ; les signaux envoyés aux deux haut-parleurs sont de même amplitude mais de signes opposés. Avec un tel signal stéréo deux haut-parleurs identiques, au même endroit et avec un même réglage du volume produisent des fluctuations de pression opposées à tout instant, une surpression produite par l’un est associée au même moment à une dépression causée par l’autre : la somme des deux est nulle. Du coup, dans cette expérience, si les deux enceintes étaient exactement au même endroit, les bruits qui résulteraient de la propagation de ces fluctuations de pression s’annuleraient exactement. En pratique, on ne peut superposer exactement les enceintes ; les bruits ne peuvent s’annuler partout mais on peut démontrer que, pour les basses fréquences (où la longueur d’onde est grande par rapport à la distance entre les enceintes), la somme des deux bruits est de moindre amplitude que celle de chacun des bruits pris séparément. Lorsque le réglage du volume (ou de la "balance") fait que les deux enceintes produisent des bruits de même niveau, on entend l’atténuation de ces basses fréquence. La fréquence précise en-dessous de laquelle le bruit diminue dépend ensuite de la taille des enceintes, de leur position et de celle du point d’écoute.

Application à des cas moins "académiques" :

La limite en fréquence mise en évidence dans cette expérience résulte directement de la façon dont le son se propage. On ne peut la repousser qu’en faisant appel à plusieurs haut-parleurs ; le nombre nécessaire pour un résultat efficace rend difficile une application à haute fréquence : pour se protéger totalement du bruit de la rue il faudrait boucher la fenêtre par des haut-parleurs ! De plus, dans les cas où l’on est réellement confronté à des sources de bruit indésirables (comme des voitures passant devant la fenêtre), il n’est pas possible de "calculer à l’avance" les signaux à fournir aux haut-parleurs à utiliser comme sources de contre-bruit. Ces signaux doivent être calculés "en temps-réel" pour s’adapter en permanence au bruit à combattre. Voilà pourquoi un système de contrôle actif du bruit est difficile à mettre au point en général ; il a fallu attendre plusieurs dizaines années entre le dépôt des premiers brevets dans les années 1930 et des applications industrielles convaincantes ! Le contrôle actif est donc une technique séduisante de réduction du bruit mais son champ d’application s’avère limité en pratique. Les travaux en cours au LMA visent précisément à étendre ce champ d’application.

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