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Une tuyère acoustique est une pièce qui par sa géométrie permet d'augmenter le rendement et la qualité du signal délivré par une enceinte acoustique de type bass reflex. C'est un type particulier d'évent, on l'utilise principalement pour générer une énergie acoustique importante aux basses fréquences dans des volumes réduits.

Historique

La tuyère acoustique est issue d'un programme de recherche initié en 2001 par Jean-Pierre Morkerken au Laboratoire d'Acoustique Musicale (LAM, unité mixte CNRS/ UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE), avec l'appui financier de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). L'idée originale est de générer une onde acoustique en utilisant les profils de tuyères de propulseurs en régime subsonique.

Principe

L'acoustique est une branche particulière de la mécanique des fluides.

Une enceinte acoustique bass-reflex est constituée d'un résonateur de Helmoltz excité par un haut-parleur électrodynamique. A la fréquence de résonance l'énergie acoustique est rayonnée dans le milieu environnant par l'ajutage (ou évent), généralement un tube cylindrique. Aux grandes amplitudes la masse d'air présente dans l'évent est soumise à des déplacements qui génèrent des perturbations aérodynamiques, phénomènes du deuxième ordre, qui ne peuvent plus être négligés et se traduisent par l'apparition de distorsions importantes. Ces distorsions d'origine aérodynamique sont liées à la géométrie de l'évent, elles se caractérisent par une dégradation de la réponse temporelle et la présence de bruits de souffle d'autant plus importants que le niveau augmente.

Le principe de la tuyère acoustique est de contrôler le flux d'air entre le réservoir (enceinte) et le milieu extérieur en transformant l'énergie cinétique (vitesse) en énergie potentielle (pression). Ce que fait une tuyère de fusée lorsqu'elle fonctionne en mode subsonique. Ce régime de fonctionnement n'est pas utilisé sur les propulseurs, il réduit en effet la vitesse de sortie des gazs et donc la poussée. En revanche il se montre bien adapté aux applications acoustiques en diminuant la vitesse de flux en sortie pour la convertir en pression, réduisant ainsi les bruits d'écoulement d'air et augmentant le rendement acoustique qui dépend directement de la qualité du transfert d'énergie.

Les performances d'une tuyère acoustique dépendent directement de son profil aérodynamique.

Les pavillons exponentiels, classiquement utilisés en acoustique, (trompette, trombone, haut-parleur à compression) donnent d'excellents résultats en mode propagatif, (transmission de la perturbation d'une molécule à une autre sans déplacement gazeux) ils sont en revanche inefficaces aux basses fréquences, lorsque l'air entre en mouvement. La constante d'évasement importante d'un profil exponentiel faisant décrocher la couche limite dès que la masse d'air se déplace, à la manière d'une aile d'avion à incidence trop élevée.

Les profils de type tuyères, optimisés pour remplir une fonction purement acoustique, permettent de repousser les limites de fonctionnement de l'enceinte bass-reflex.