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Étude de l’applicabilité de haut-parleurs paramétriques au développement de nouveaux concepts d’alarmes de recul

Résumé

L’utilisation d’alarmes de recul est obligatoire sur une majorité de véhicules lourds et reste un moyen largement utilisé pour prévenir et alerter les personnes œuvrant à proximité de ces véhicules. Des études antérieures, réalisées par l’IRSST, ont montré les limites d’efficacité des alarmes utilisées en milieu de travail pour minimiser le risque à la sécurité des travailleurs. De plus, les alarmes de recul, par le son de niveau élevé et très typé qu’elles produisent, sont régulièrement une source de nuisance importante pour les travailleurs, et aussi pour les riverains. Ces problèmes de gêne et de perception sonore pour les travailleurs sont amplifiés lorsque ceux-ci œuvrent dans des milieux semi-ouverts ou complètement fermés (entrepôts, etc.). Dans ces environnements, de nombreuses réflexions sonores sur les murs, les planchers et les plafonds font augmenter le niveau de bruit de façon conséquente, et créent des réflexions parasites gênant la perception. Or, il n’existe pas de solutions éprouvées permettant de s’attaquer à tous ces problèmes.

L’étude proposée vise à explorer l’utilisation de la technologie du haut-parleur paramétrique pour la conception d’une alarme de recul directionnelle. Cette technologie existe depuis de nombreuses années pour des applications audio. Elle est récemment devenue plus accessible par sa miniaturisation et une baisse des coûts. Ce type de haut-parleur a la particularité de produire un champ sonore focalisé, pouvant être dirigé et concentré dans des directions ou des zones spécifiques. En dehors de ces zones, le son produit n’est pas ou peu perceptible, ce qui pourrait constituer une solution aux problèmes évoqués précédemment. Le travail présenté ici vise une preuve de concept pour laquelle le cas du chariot élévateur est considéré. L’utilisation de ces engins est courante dans des zones de chantier, et est très répandue dans des zones closes et réverbérantes (chargement de remorques, hangars).

En parallèle de l’étude de l’applicabilité de cette nouvelle technologie aux alarmes de recul, une comparaison étendue des deux types d’alarmes de recul commerciales, actuellement disponibles, est effectuée. En effet, l’alarme tonale, bien décrite par l’onomatopée « bip-bip », est source d’une gêne environnementale importante et souffre de plusieurs limitations comme des variations importantes de niveaux acoustiques en fonction de la distance. Un modèle d’alarme de type large bande, maintenant disponible sur le marché, peut être décrit par l’onomatopée « pschit-pschit ». Ce nouveau type d’alarme montre a priori des caractéristiques intéressantes en termes de directivité, d’homogénéité du champ de pression généré et de réduction de la gêne environnementale. Néanmoins, très peu d’études ont comparé les performances de ces deux types d’alarmes sur le terrain, et aucune étude comparative de laboratoire n’a été réalisée à ce jour.

Dans cette étude, les deux types d’alarmes commerciales et deux modèles de haut-parleurs paramétriques commerciaux de dimensions différentes sont d’abord testés de manière approfondie en laboratoire (mesure de directivité et d’atténuation en fonction de la distance). Des mesures tridimensionnelles du champ de pression acoustique rayonnée sont effectuées en fonction du type de signal de l’alarme (tonale ou large bande) et de l’environnement (semi-anéchoïque ou réverbérant). Les effets des conditions au sol et du montage sur une surface rigide sont également étudiés.

À la fin du projet, un prototype simplifié utilisant un haut-parleur paramétrique ainsi que les deux alarmes commerciales sont testés sur un chariot élévateur effectuant une manœuvre de recul dans un couloir industriel (milieu réfléchissant).

L’ensemble des résultats obtenus montrent que l’utilisation de haut-parleurs paramétriques est une voie prometteuse pour développer des alarmes de recul avec des avantages notables. Un premier avantage concerne la directivité très marquée qui n’est pas atteignable avec les alarmes commerciales actuelles et qui permet de circonscrire la diffusion d’un signal sonore à une zone précise. D’autres avantages découlent naturellement de cette directivité très importante, comme la limitation de l’exposition au bruit pour les conducteurs d’engins et les travailleurs environnants, ainsi qu’une gêne environnementale réduite.

Néanmoins, plusieurs limitations subsistent quant à une application immédiate. Une première limitation est le niveau acoustique peu élevé qui peut être atteint comparativement aux alarmes commerciales, qui est lié au fait que les haut-parleurs paramétriques utilisés ont été développés pour des applications audio et des signaux d’alimentation de faible tension (de l’ordre du volt). Ce point est facilement contournable par le développement d’un haut-parleur paramétrique dédié à l’application des alarmes de recul avec une alimentation de 5 à 10 volts. Une seconde limitation est la possible apparition d’une source sonore fictive par réflexion du faisceau directionnel sur une surface proche. L’étude a permis de suggérer une solution simple à ce problème, par la mise en place d’une grille perforée face au haut-parleur, qui résulte en une diffusion du signal émis et une réduction importante de cet effet adverse. La grille a de plus pour avantage de procurer une protection mécanique utile dans un contexte industriel.

Dans le cas des deux alarmes commerciales, l’étude permet également de mettre en lumière les performances généralement supérieures de l’alarme large bande par rapport à l’alarme tonale. En effet, l’ensemble des résultats collectés démontre que, comparativement à l’alarme tonale, l’alarme large bande est globalement moins sensible aux effets de sol, aux effets liés au local ou aux effets liés à la diffraction acoustique. Cette conclusion s’applique aussi bien au cas de mesures en laboratoire que lors des tests réalisés en conditions réalistes.

Informations complémentaires

Catégorie : Rapport de recherche
Auteur(s) :
Projet de recherche : 2017-0010
Mis en ligne le : 30 mars 2021
Format : Texte