PnorBcrBUR AUDTTIF AcrIF DE TypE BoucHoN D`oREILLE :

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ACADEMIE DE NANTES
THESE DE DOCTORAT
DE L'UNIVERSITE DU MAINE
Le Mans, FRANCE
Spécialité : ACOUSTIQUE
présentée par
Raoul BAUER
pour obtenir le tilre de Docteur d'Université
PnorBcrBUR AUDTTIF AcrIF DE TypE BoucHoN D'oREILLE :
ETUDE ELECTROACOUSTIQUE ET REALISATION
Soutenue le 28 Janvier 2000
devant le jury composé de
M. M. BRISSAUD Professeur, INSA Lyon (rapporteur)
Mme A,M. BRUNEAU Professeur, Université du Maine (directeur de thèse)
M M. BRUNEAU Professeur, Université du Maine
M P. HAMERY Chargé de recherche, ISL
(Institut franco-allemand de recherches de Saint Louis)
M. M, LETHIECQ Professeur, GIP- LUSSI Ultrasons, Tours
M. P. LOTTON Chargé de recherche, CNRS.Université du Maine
M, Z, SKVOR Professeur, Université de Prague (rapporteur)
MOl O335

ACADEMIE DE NANTES
THESE DE DOCTORAT
DE L'UNIVERSITE DU MAINE
Le Mans, FRANCE
spécialité : ACoUSTIQUE
présentée par
Raoul BAUER
pour obtenir le titre de Docteur d'Université
PnoTBcTnUR AUDITIF ACTIF DE TYPE BOUCHON D'OREILLE :
ETUDE ELECTROACOUSTIQUE ET REALISATION
Soutenue le 28 Janvier 2000
devant le jury composé de
M, M. BRISSAUD Professeur, INSA Lyon (rapporteur)
Mme A.M. BRUNEAU Professeur, Université du Maine (directeur de thèse)
M M. BRUNEAU Professeur, Université du Maine
M P. HAMERY Chargé de recherche, ISL
(Institut franco-allemand de recherches de Saint Louis)
M. M, LETHIECQ Professeur, GIP- LUSSI Ultrasons, Tours
M. P. LOTTON Chargé de recherche, CNRS,Université du Maine
M. Z. SKVOR Professeur, Université de Prague (rapporteur)

Remerciements
Je remercie M. Armand DANCER, investigateur et responsable de ce projet de m'avoir permts
d'effectuer ce travail de thèse au sein de L'Institut franco-allemand de Recherche de Saint Louis (ISL).
Je remercie vivement M* Anne Marie BRUNEAU, Professeur émerite, pour m'avoir accueilli au
Laboratoire d'Acoustique de I'Université du Maine (LAUM) et pour les discussions fructueuses que
nous avons eues, qui furent déterminantes pour la réalisation et la rédaction de ce travail de recherche.
Je suis heureux de remercier M. Michel BRUNEAU, Professeur, pour l'intérêt qu'il a poné à mon
travail et pour m'avoir fait part de Sa grande expérience dans tous les domaines de l'acoustique.
Je remercie M. Pascal HAMERY, Chargé de Recherche à L'ISL, pour sa patience, sa gentillesse et
I'aide précieuse qu'il m'a apporté durant ces trois années.
M. Pierrick LOTTON, Chargé de Recherche au CNRS, a suivi ce projet au sein du LAUM, je le
remercie vivement d'avoir toujours été disponible pour d'incessantes discussions, d'avoir
inlassablement fournis de précieux avis sur ce travail et d'y avoir participé tant sur le plan
expérimental que théorique.
Je remercie tout particulièrement Najat TAHANI, Maître de conférencf au LAUM, pour ses
conseils et suggestions lors de l'étude des déplacemen!de la céramique piézo-électrique.
Je remercie également M. Zienek SKVOR, Professeur (Université Technique de Prague -
République Tchèque) qui m'a fait I'honneur d'être rapporteur de ce mémoire.
Je tiens aussi à remercier M. Michel BRISSAUD, Professeur (Institut National des Sciences
Appliquées de Lyon), pour m'avoir permis d'effectuer quelques séjours dans son laboratoire, pour ses
conseils pratiques et, enfin, pour avoir accepté d'être rapporteur de ce document.
Je remercie M. Marc LETHIEQ, Professeur, (GIP-LUSSI Ultrasons Tours) d'avoir accepté de juger
ce travail.
Merci enfin aux membres du groupe Acoustique et Protection du Combattant à L'ISL ainsi qu'aux
membres du LAUM au Mans pour I'aide précieuse qu'il m'ont apportée et pour la sympathie qu'il
m'ont témoignée.
Merci i mes parents. à mes amis.
et merci à Véronioue.

Table des matières
Remerciements
Table des matières
Chapitre 1Etudes préliminaires et présentation du bouchon d'oreille
l. Cahier des charges pour la composante électroacoustique du système.................. ... .. . - " " -- 6
2. Les technologies et modes de transduction envisageables pour les transducteurs.. -........ .......' '''7
2.1 Les microphones. ....."" " "". '7
2.2 Les haut-parleurs ..... ......... . " " " 9
2.2.1 Haut-parleurs électrodynamiques. ......................... .........." " ".' " " l0
2.2.2 Haut-parleurs électrostatiques. ...................'." " ' l0
2.2.3 Haut-parleurs piézo-électriques. ............. ...."" " ' I I
3. Le bouchon d'oreille actifréalisé....................... .. ...-" "" " 13
3. I Présentation de Iâ maquette. " " " 13
3.2 Rayonnement acoustique du dispositif. .........'........ ..'...."" " " " " " 14
Chapitre 2Comportement vibratoire de la céramique
piézo-électrique cylindrique
l. Présentation du système étudié. ....... ....... I /
2. Déplacements de la céramique " "" " "20
2.1 Hypothèses retenues............... .." '2O
2.2 Les équations du système......'... ......... ......" " " " ". 20
2.3 Résolution du problème Pose..................... """ "" " " 22
2.3.1 Expression du champ électrique radial E, .. ." " "22
7.3.2 Equation régissant le déplacement longitudinal \,(z) .............'..'............... ............. .. - 23
2.3.3 Equation régissant le déplacement radial Ç(r)................ ... " " " "" 24
2.3-4 Càlcul des déplacements...... ................. .. .... . ."" 25
2.4 Résultats expérimentaux. ... -...... .... " 27
2.4.1 Déplacement radial Ç(Ro)......... ...... ............ ... ... ' 28
2.4.2 Déplacement longitudlnal \"(lt2). . ... ............. .. ' 28
2.5 Comparaison avec un modèle "isotrope". ........... " " " 2q
3. Conclusion. ............. " 30

Chapitre 3Comportement du microphone inséré dans le haut'
parleur piézo-électrique
L Sensibilité du microphone aux vibrations..... ...... """ " " 32
|.| Etude théorique simplifiée. ........... """" " "" " " 33
|.2 Etude expérimentale........'....... ....... "" """" " "37
2. Sensibilité de la face arrière du microphone.... " " . 39
2.1 Description du dispositif de mesure.............. .......... " " " " " 39
2.2 Interprétation des résultats. ....... " '. 40
3. Conclusion. """ " "41
Chapitre 4Champ acoustique généré par le haut'parleur dans le
canal auditif
l. Présentation du système étudié. " "" " " 43
2. Modèle analytique........... """"""" """ ' 44
2.1 Equations générales linéarisées............'.......... " """"" 44
2.2 Equations simplifiées dans I'entrefer. ... '... ...." " " - 46
2.2.1 Equations simplifiées pour les variables décrivant l'état du fluide......... ....... " " " " 46
2.2.2 Equations régissant pression et vitesse acoustiques dans I'entrefer..... ............ "" " " 47
2.3 Equations simplifiées régissant pression et vitesse acoustiques dans le canal auditif..........-- -51
2.4 Solutions pour la pression dans l'entrefer et le canal auditif..... ....... "" ' -51
3. Modèle à constantes localisées.....'....... """""""" " " 54
3.| Pression acoustique dans le canal auditif........... ..... .." "" "" " " -54
3.2 Pression acoustique dans le volume intérieur à la céramique.... .. " " -56
4. Etude expérimenta1e............... .............. ' -58
4.1 Système de rnesure................. ........ -- -59
4.2 Comparaison des résultats théoriques et ext'rimentaux. .....'......... ..................... ...... .... .....60
-5. Conclusion. -..-..-........... .62
Chapitre 5Fonction de transfert électroacoustique et optimisation du
bouchon d'oreille
L Fonction de transfert électroacoustique du bouchon d'orei11e............ ................ 64
I.l Prise en compte de la sensibilité du microphone aux vibrations. ... .......64
1.2 Expression de la fonction de transfert électroacoustique du bouchon d'oreille......... ... ........ 66
2. Etude expérimentale............... .......... .....67
2.1 Mesure de la fonction de transfert électroacoustique......... . ... .. .. ..... ......67
2.2 Résultats théoriques et expérirnentaux............... .... ....... 68
3. Optimisation du bouchon......... ................ 69