Brevet FR2322983A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne un amortisseur de sons à utiliser en particulier dans les locaux insonores, et constitué par plusieurs éléments amortissant les bruits. Des locaux dits 'insonores" sont nécessaires pour des mesures acoustiques, pour des prises de son, mais aussi comme chambres d'expériences pour des recherches zoologiques. Ils sont destinés à réaliser un environnement acoustique exempt de perturbations ou à simuler un espace acoustiquement illimité (dénommé 'espace indéfini"). Ce résultat est obtenu du fait que les ondes acoustiques qui rencontrent les parois du local sont absorbées aussi complètement que possible par celles-ci, grâce à la mise en place d'un amortisseur de sons approprié. Parmi les conditions imposées à ces amortisseurs de sons, il convient de citer une absorption d'au moins 99 % de l'énergie acoustique incidente dans une plage de fréquences aussi étendue que possible et pour tous les angles d'incidence. Ces conditions rigoureuses ne peuvent entre satisfaites que si les conditions partielles ci-après sont satisfaitesen même temps Très faibles réflexions lors de la pénétration des ondes acoustiques dans l'amortisseur de sons ; amortissement suffisant de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur dudit amortisseur, pour éviter une nouvelle sortie des composantes des sons réfléchies sur la paroi arrière, et absence de toute surface absorbante plane et lisse du côté du local, dans le but d'empocher toute réflexion associée à une concentration dans le cas d'une incidence rasante des sons. La solution des deux premiers problèmes partiels est particulièrement difficile au voisinage des fréquences les plus basses de la plage d'utilisation et, en fait, d'une part parce qu'aux basses fréquences, les grandeurs caractéristiques acoustiques de toutes les matières absorbantes connues diffèrent très fortement des grandeurs caractéristiques acoustiques de l'air et tendent ainsi facilement à provoquer de fortes réflexions sur la surface frontale de l'amortisseur de sons et, d'autre part, parce que des amortissements suffisants de la propagation à l'intérieur du matériau amortisseur de sons aux basses fréquences conduisent facilement à des encombrements en épaisseur peu économiques de ce matériau.Pour ce motif, on peut caractériser la qualité d'un Ibsor)eur de sons à utiliser dans les locaux insonores par la combinaison des caractéristiques ci-aprbs : fréquence limite inférieure basse pour un très faible encombrement en épaisseur. Dans ces conditions, il est courant de définir comme fréquence limite inférieure la fréquence pour laquelle le degré d'amortissement des sons dépasse 99 'j'O, c'est-à-dire que le facteur de réflexion est inférieur à 0,1. On connaft, pour résoudre le problème posé, des absorbeurs de sons qui sont constitués par des éléments en forme de coin dont la matière absorbe les sons et qui sont disposés cote à côte tout près les uns des autres, avec les pointes des coins orientées vers l'intérieur du local. L'adaptation continue du matériau absorbant aux caractéristiques acoustiques de l'air est réalisée dans le cas présent par une croissance progressive de la fraction de la surface de la section droite occupée par le matériau absorbant lorsque la pénétration dans ce matériau oroft. Les inconvénients de cette solution connue sont les suivants : Frais de fabrication élevés des organes absorbants en forme de coin, fragilité mécanique des pointes de ces coins tournées vers le local et quantité de matière nécessaire pour l'absorption des sons relativement élevée. Une autre forme de réalisation connue comporte un dispositif d'absorption des sons constitué par des éléments très poreux, a' pores de petites dimensions, absorbant les sons et qui sont disposés sur la paroi du local de telle façon que les aires de leurs sections transversales augmentent en direction de cette paroi, ces éléments absorbant les sons ayant des dimensions différentes qui sont réparties de telle manière que les éléments les plus gros sont toujours plus près de la paroi du local que les plus petits. Les éléments absorbant les sons décrits à propos de la solution proposée sont constitués par des pièces compactes d'une matière absorbant les sons, enfilées sur des fils métalliques et qui ont sensiblement la forme de cubes ou de pyramides à gradins. Les inconvénients de la dernière solution proposée sont les suivants : coût de fabrication élevé du grand nombre d'éléments absorbant les sons nécessaires, prix de revient élevé de la mise en place des é1Cments absorbant les sons ei.filés sur les fils, sensibilité du dispositif vi.-â-vis des contacts, car des fils entortillés les uns dans les autres ne peuvent plus, en pratique, entre démêlés sans perturber le comportement du dispositif absorbant les sons, fraction importante de l'aire de la section transversale occupée par la matière absorbant les sons avec - par conséquent - formation importante de poussière due à la matière absorbante désagrégée dans les diverses sections transversales et enfin, à nouveau, quantité importante de matière nécessaire.De plus la densité admissible de la matière des éléments absorbant les sons est si faible que ces éléments pris isolément constituent des structures Enfin, on a également proposé de recouvrir les parois des locaux par des couches parallèles aux parois de matière absorbant les sons de telle façon que la densité de la matière des diverses couches diminue constamment à mesure qu'on s'éloigne de la paroi et en réalisant ainsi une adaptation croissante aux caractéristiques acoustiques de l'air. Cette suggestion n'a pu s'imposer, car elle conduit à des encombrements en épaisseur de la matière absorbant? qui sont peu économiques et, de plus, on observe de fortes réflexions pour les petits angles de Bragg. Les inconvénients susmentionnés sont éliminés selonl'invention du fait que les éléments absorbant les sons placés devant la paroi du local sont des tubes réalisés en une matière connue absorbant les sons. Leur avantage particulier par rapport aux éléments absorbants en coin connus consiste en la suppression des flancs plans des éléments absorbants, ce qui supprime les réflexions orientées. Des recherches concernant le comportement de dispersion de ces tubes en une matière absorbant les sons par rapport aux ondes acoustiques incidentes ont montré que la section transversale de rétrodiffusion de ces tubes, qui constitue une mesure de la proportion d'énergie réfléchie, diminue fortement aux basses fréquences, si l'impédance acoustique de surface de ces tubes est supérieure à l'impédance caractéristique de l'air, ce qui est une propriété commune à toutes les matières absorbantes cornues.La section transversale de rétrodiffusion diminue également fortement aux fréquences élevées, si l'impédance d'entree des tubes se rapproche de l'imp dance caractéristiques de l'air. Ceci est aussi une propriété cornue de nombreuses matières absorbant les sons. n choisissant convenablement la forme géométrique des tubes pour les ol8ments absorbants selan l'invention, on utilise mieux ainsi la variation connue, en fonction de la fréquence, de l'impédance caractéristique des matières absorbant les sons. De plus, on peut mettre en place plusieurs couches de tubes en matériau absorbant les sons, et cela de façon que la fraction de l'aire des diverses couches occupée par les tubes diminue en direction de l'intérieur du local. On peut obtenir ce résultat en diminuant le nombre de ces tubes et/ou en réduisant leur diamètre et/ou par une diminution de l'épaisseur de la paroi de ces tubes.Alors qu'on ne réalise l'adaptation de la couche qui se trouve le plus en avant aux caractéristiques acoustiques de l'air pour les matériaux absorbants connus qu'en choisissant des matières très peu compactes ou des coins à pointes très aigus, ce qui conduit à leur délicatesse mécanique bien connue, on peut réaliser, selon l'invention, l'adaptation par le choix du nombre de couches, du diamètre et de l'épaisseur des parois des tubes - ces paramètres permettant d'obtenir une bonne adaptation. On peut - dans ces conditions utiliser aussi des matériaux absorbants plus compacts car les sons pénétrant par une paroi mince à l'intérieur des tubes permettent de réaliser une bonne adaptation d'impédance. Les tubes du dispositif absorbant les sons doivent être fixés de préférence sur au moins une couche d'une matière connue amortissant les sons. Grâce à cette couche, les tubes des diverses rangées peuvent déjà store réunis entre eux lors de la fabrication. Ces tubes peuvent avoir une section transversale circulaire, elliptique ou polygonale ou même - suivant les besoins - mixte, c'est à dire circulaire du côté du local et, pour réaliser une meilleure application sur la surface de la para importer une face plane du cbté de celle-ci. Pour supprimer les réflexions parallèles à une direction donnée, on prévoit en outre - de préférence les mesures ci-après Les tubes peuvent être empilés de façon à former une pile trapézoTdale Les axes des tubes peuvent entre parallèles entre eux Les axes des couches successives de tubes peuvent former un angle entre eux i les tubes peuvent être disposés de façon irrégulière es uns par rapport aux autres dans les diverses couches. Un autre avantage du dispositif selon l'invention consiste en ce que, par un rétréoissement de l'intervalle entre les tubes, en particulier dans les dernières couches en avant de la paroi, et de l'espace vide entre les tubes ou entre les tubes et la paroi, on peut réaliser un résonateur de Helmholtz qui, comme on le sait, a une influence favorable sur la caractéristique d'absorption aux basses fréquences. On a par conséquent prévu que le. rétréeissemenX des intervalles entre, à chaque fois, les tubes voisins ainsi que ceux entre les tubes et/ou ceux entre les tubes et la paroi arrière, sont mis en harmonie de façon à réaliser des résonateurs de Helmholtz. Il est pr8vu, dans un autre mode d'exécution préféré, de mettre en place des couches d'une matière amortissant les sons entre les diverses couches d'un dispositif à plusieurs couches absorbant les sons et en particulier entre la dernière couche et la paroi. Ces couches de matière absorbante, qui peuvent Autre associées aux tubes selon l'invention, présentent d'une part l'avantage que le résonateur de Helmholtz formé entre la paroi et la dernière couche de tubes est amorti et par conséquent à large bande et, d'autre part, une telle combinaison permet des économies de matière. La mise en place de couches absorbantes entre les diverses couches de tubes présente l'avantage de permettre de déplacer fortement vers le bas la fréquence d'absorption limite.Il se forme dans ce cas des circuits résonnants additionnels entre les diverses couches de matière absorbante ; en réglant ces circuits, on peut déplacer vers le bas la fréquence limite inférieure. Les tubes intercalés entre deux couches absorbantes jouent alors le rôle de pièces d'écartement et d'amortisseurs pour les circuits résonnants. Il est prévu, dans une autre forme de réalisation, de ménager dans les parois d'au moins une partie des tubes, des ouvertures - en particulier en forme de fentes - qui réunissent l'espace intérieur des tubes à l'espace extérieur à ceux-ci. Ces ouvertures doivent autre réalisées de manière que les masses d'air vibrant dans l'espace intérieur es tubes forment des résonateurs de Helmholtz. On peut ainsi agir également dans le sens désiré, de manière très simple, en particulier sur l'allure aux fréquences basses de la courbe représentant le facteur de réflexion en fonction de la fréquence. Selon une autre variante, la densité de la matière à l'intérieur de la paroi des tubes doit, de préférence, croître de l'extérieur vers l'intérieur. On parvient ainsi à réaliser l'adaptation des caractéristiques acoustiques du matériau absorbant aux caractéristiques acoustiques de l'air, et à influer de façon favorable sur la réfraction des ondes acoustiques dans l'espace intérieur des tubes. Cette caractéristique avantageuse des tubes peut être obtenue sans la moindre difficulté par des procddés de fabrication connus des tubes.On peut aussi réaliser de cette manière une adaptation à l'intérieur des éléments isolés de l'ensemble qui, dans l'étant actuel de le technique, c'est-à-dire avec les absorbeurs en forme de coin et les absorbeurs comportant des cubes, n'eut réalisable que difficilement et à grands frais. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - les figures l à 4 sont des vues en perspective de l'amortisseur de sons selon l'invention. - la figure 5 est un graphique représentant le facteur R de réflexion en fonction de la fréquence pour un dispositif amortisseur ayant fait l'objet d'essais. Le dispositif absorbeur de sons selon l'invention est constitué essentiellement par des éléments tubulaires amortissant les sons 3 qui peuvent être disposés les uns par rapport aux autres soit parallèlement - comme l'indiquent les figures 1, 2 et 4 - soit en faisant un angle, comme cela est indiqué sur la figure 3. On peut placer dans ces conditions des enveloppes tubulaires connues depuis longtemps dans la thermotechnique de façon qu'elles forment également des angles dans les diverses rangées. On peut prévoir une rangée, mais aussi - le cas échéant - plusieurs rangées 3a, 3b et 3c, suivant les besoins. On peut intercaler entre les diverses couches de tubes des couches 2 d'une matière connue absorbant les sons qui peut servir entre autres à la fixation des tubes 3 des diverses rangées. Une couche 2 doit être prévue tout au moins entre la première couche 3a de tubes et la paroi 1 du local. Les tubes peuvent avoir des diamètres D et des épaisseurs S de parois différents. Comme on le voit sur la figure 1, les tubes des diverses couches peuvent outre empilés de façon à former une structure trapézoTdale. Ils peuvent être directement en contact le long des resserrements 5 entre les tubes, mais aussi être à des distances Â variables les uns des autres.On peut ménager dans la paroi des tubes des ouvertures tournées en particulier en direction du local, les parois de ces tubes pouvant être percées de trous ou - comme l'indique la- figure 4 fendues. Toutes ces mesures présentent l'avantage, par rapport aux dispositifbabsorbants connus, de supprimer les réflexions donnant naissance à des faisceaux de rayons orientés parallèlement et, en particulier, d'absorber davantage et avec une bande d'absorption plus large, les ondes acoustiques à basse fréquence. Le diagramme de la figure 5 sert d'exemple pour indiquer l'efficacité du dispositif amortisseur de sons selon l'invention. Il représente le facteur de réflexion R mesuré en fonction de la fréquence dans la gamme inférieure critique des fréquences pour un dispositif amortisseur constitué par trois couches de tubes formant un ensemble trapézoidal, associé à une couche absorbante placée immédiatement devant la paroi et de 12 cm d'épaisseur. Les tubes utilisés sont en fibres de verre avec des parois d'épaisseur voisine de 3 cm. L'encombrement en épaisseur de cette structure tubulaire est d'environ 55 cm. La fréquence limite inférieure a été fixée à 100 Hz. On peut encore signaler, pour terminer qu'aux avantages purement techniques résultant de l'emploi de tubes utilisés dans la thermotechnique, staåoutent des avantages économiques. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REV13D.DICATIONS 1.- Dispositif amortisseur de sons, destiné en particulier aux locaux insonores, constitué par plusieurs éléments amortissant les sons, caractérisé en ce que ces éléments amortissant les sons sont des tubes placés devant la paroi de ce local. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes 3 sont disposés en plusieurs couches (3a, 3b, 3c. ..),de préférence de telle manière que la fraction de chaque plan médian des diverses couches occupée par les tubes 3 diminue en direction de l'intérieur du local. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes 3 sont fixés sur au moins une couche plane 2 d'une matière connue amortissant les sons. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 3; caractérisé en ce que la section transversale des tubes 3 est circulaire, elliptique ou polygonale. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes 3 sont empilés de façon à former un ensemble en forme de coin, c'est à dire se rétrécissant en s'éloignant de la paroi. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 5, caractérisé en ce que les axes des tubes sont parallèles entre eux. 7.- Dispositif selon la revendication 1, ventuellement associée à d'autres, caractérisé en ce que les axes des couches successives (3a, 3b, éventuellement 3û..) de tubes 3 forment des angles les uns par rapport aux autres. 8.- Dispositif selon la revendication 1, éventuellement associée à d'autres, caractérisé en ce que les tubes 3 des diverses couches (3a, 3b, 3c ) sont disposés irrégulièrement les uns par rapport aux autres. 9.- Dispositif amortisseur de sons selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les retrécissement, ou intervalles, entre chaque groupe de deux tubes voisins 3, ainsi que les intervalles (A) entre les tubes et/ou les intervalles entre les tubes et la paroi sont réglés de façon à former des résonateurs de Helmholtz. 10.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les couches 2 d'une matière amortissant les sons sont intercalées entre les diverses couchers (3a, 3b, 3c d'un dispositif amortisseur à plusieurs couches et, en particulier, entre la dernière couche 3a et la paroi. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,éventuellement associée à d'autres, caractérisé ence que l'on a ménagé, dans les parois d'au moins une partie des tubes 3, des ouvertures, de préférence en forme de fentes 6, qui font communiquer l'intérieur des tubes 3 avec l'extérieur. 12. - Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 11, éventuellement associée à d'autres, caractérisé en ce que a densité de la matière constituant la paroi des tubes 3 croît de l'extérieur vere l'intérieur.