Brevet FR2526985A1 — publié le 19831118

ELEMENT ANTISONIQUE AVEC RESONATEURS La présente invention concerne un élément antisonique avec résonateurs en une plaque mince et continue qui est reliée de force à un cadre en forme de grille et/ou est pourvue de renforcements réticulés ou bien de réductions de rigidité de façon à obtenir un grand nombre de résonateurs indépendants pouvant osciller. Un moyen d'absorption du son avec résonateurs à plaques, en général ainsi qu'un moyen d'absorption corres- pondant en feuilles en matière synthétique en particulier sont décrits par F Mechel et N Kiesewetter dans "ACUSTIC Aw, volume 47 ( 1981), pages 83-88 Dans de tels moyens d'absorption du son, le champ sonore excite une plaque en flexions ondulées, qui sont amorties par le frottement interne et ont ainsi pour effet une absorption du son Dans les essais indiqués ci- dessus et décrits dans ACUSTICA, une feuille en matière synthétique est déformée de façon à obtenir des pièces à angle droit ayant quelques centimètres de long et de large, qui sont limitées, en bordure, par un coude Le coude en bordure de ces plaques sert de fixation et gêne la feuille, en cet emplacement, dans son libre mouve- ment Par conséquent, la plaque est excitée en auto- oscillations par les ondes sonores Les longueurs d'onde de ces formes d'auto-oscillations sont, dans une plage de fréquences jusqu'à 5000 Hz, considérablement plus faibles que la longueur d'onde de l'onde des bruits transmis par l'air qui se présentent L'amplitude des oscillations de la plaque et ainsi l'effet d'absorption du son est particulièrement importante aux fréquences fondamentales. Afin qu'une telle plaque soit mise en auto- oscillations par les bruits transmis par l'air, une sollica- tion de pression incohérente est nécessaire des deux côtés de la plaque Dans ce but, la plaque est tendue solidement, par son bord, dans un cadre Le cadre est pourvu d'une paroi rigide de fermeture afin d'obtenir un espace creux rempli d'air entre la plaque et cette paroi de fermeture L'air renfermé agit alors comme un simple ressort au dos de la plaque. 2 2526985 Comme chaque résonateur, comme on l'a indiqué, n'a qu'un effet d'absorption du son qui est dans une plage de fréquences relativement petite (fréquence de résonance), il faudrait pour amortir des ondes sonores dans une large plage de fréquences, un grand nombre de plaques différentes Comme alors des plaques ayant la même fréquence de résonance seraient relativement loin les unes des autres, l'effet sur la surface totale et la plage totale des fréquences serait relativement minime. La présente invention a par conséquent pour tâche de créer un élément antisonique de la sorte ci-dessus, ayant une action plus efficace que jusqu'à maintenant sur une plus large plage de fréquences Cette tâche est atteinte par un élément antisonique dans lequel le cadre et/ou les raidisse- ments ou bien réductions de rigidité présentent des rigidités différentes dans une ou plusieurs structures de grille ou réticulées prioritaires; ainsi, on obtient un ensemble résona- teur ayant une fréquence de résonance plus faible qu'un résonateur unique. Par les structures de grille ou réticulées priori- taires prévues selon l'invention, on arrive à ce que non seulement chaque plaque oscille à sa fréquence de résonance, mais également à ce que plusieurs plaques oscillent également ensemble à une fréquence de résonance plus faible de façon correspondante Les plaques sont ainsi utilisées à plusieurs fréquences par rapport à leur effet d'absorption du son, donc le nombre total des plaques pour amortir une plage pré- déterminée de fréquences peut être considérablement plus faible que précédemment Comme la fréquence de résonance d'un ensemble résonateur est plus faible que celle d'un simple résonateur ou d'un résonateur unique, on obtient de plus un découplage efficace des deux systèmes oscillants. Dans le cas d'une structure de grille ou réticulée prioritaire simple, la surface effective de tout l'élément est utilisée en double; dans une autre structure en grille ou réticulée prioritaire, il y a une utilisation de la surface qui est multipliée par trois Les dimensions d'un ensemble résonateur peuvent être plus petites que la moitié a 3 2526985 de la plus petite longueur d'onde à amortir k min des bruits transmis par l'air et de plus chaque résonateur d'un ensemble résonateur doit présenter une fréquence de résonance diffé- rente Il s'en suit que la distance de résonateurs ayant la même fréquence de résonance est plus petite que X min/2 En dessous de cette limite de distance, les résonateurs à la même fréquence agissent conjointement et forment un moyen d'absorption de surface Par contre, dans le cas d'une plus grande distance, les résonateurs fonctionneraient comme un moyen d'absorption ponctuel simple De même qu'un émetteur de surface, vis-à-vis d'un émetteur ponctuel, présente un rayon- nement effectif qui est beaucoup plus élevé, un moyen d'absorption de surface est plus efficace, d'un ordre de grandeur, qu'un moyen d'absorption ponctuel Pour éviter, dans la pratique, des petites dimensions d'ensembles, dans la plage des fréquences supérieures, on peut prévoir des résona- teurs doubles ou en un plus grand nombre, à la même fréquence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un ensemble résonateur formé de quatre résonateurs; la figure 2 montre un sur-ensemble résonateur formé de quatre ensembles résonateurs ayant chacun quatre résona- teurs; la figure 3 montre une vue en coupe transversale à travers une plaque mince avec résonateurs produits par sablage; la figure 4 est une vue en coupe transversale à travers une plaque mince avec résonateurs séparés les uns des autres par des réductions de rigidité; la figure 5 montre une vue en coupe transversale à travers une plaque mince avec raidissements de forme réticulée; et les figures 6 a et 6 b montrent une plaque formée de deux plaques partielles avec renfoncements en forme de calotte les figures 7 à 9 montrent diverses dispositions de plaques dans un courant d'air pour la production d'une solli- citation incohérente de pression; la figure 10 montre une disposition des plaques à la façon d'un échangeur de chaleur à plaques; et la figure 11 montre l'utilisation d'éléments anti- soniques sur des surfaces portantes. La figure 1 montre, en vue de dessus, une coupe d'une plaque 10 avec des résonateurs 11, 12, 13 et 14, qui forment un ensemble résonateur 17 Les résonateurs 11 à 14 sont séparés acoustiquement les uns des autres par des raidisse- ments 16 et entourés de raidissements 15 Les parties de cadre 1-6 en forme de grille présentent une plus faible raideur que les parties de cadre 15 qui sont prioritaires. Les fréquences fondamentales des résonateurs 11 à 14 sont ainsi accordées sur la plage des fréquences supérieures des ondes sonores à amortir, donc la fréquence fondamentale de l'ensemble résonateur 17 se trouve comparativement basse Par cet accord, les résonateurs et l'ensemble résonateur sont découplés les uns des autres et peuvent osciller indépendam- ment les uns des autres Par la hiérarchie à deux degrés des cadres 15 et 16, la surface de l'ensemble de la plaque est doublement utilisée pour l'amortissement du son. La figure 2 montre également, en vue de dessus, une coupe d'une plaque antisonique 20 o un ensemble résonateur 21 est divisé hiérarchiquement trois fois Dans ce but, l'ensemble résonateur 21 encadré des parties 22 prioritaires de cadre est divisé par une première structure de cadre 23 d'importance secondaire en ensembles résonateurs 24 d'impor- tance secondaire Chaque ensemble résonateur d'importance secondaire 24 est divisé, par une autre structure de cadre 25 d'importance secondaire, en résonateurs simple 26 La fréquence fondamentale de l'ensemble résonateur 21 doit être plus faible que celle des ensembles résonateurs 24 et celle- ci de nouveau plus faible que celle de chaque résonateur 26. Cette condition peut être atteinte par un choix correspondant de la rigidité de chaque partie de cadre ainsi que par une interruption de chaque cadre. Les structures de cadre de forme rectangulaire qui sont représentées sur les figures 1 et 2 peuvent bien entendu être remplacées par d'autres structures, comme des structures hexagonales. La figure 3 montre une coupe transversale à travers une plaque, o sont produits des résonateurs circulaires 31 par sablage de la plaque 30 des deux côtés Par le sablage, les parties de surface travaillées deviennent plus molles et ainsi à une plus basse fréquence Les parties 32 de la plaque qui ne sont pas travaillées forment par conséquent les parties plus raides de cadre comme dans le cas des figures 1 et 2 Par dimensionnement correspondant des parties de plaque qui sont travaillées et qui ne sont pas travaillées, on peut de nouveau produire les structures de cadre en forme de grille qui sont prioritaires et qui ont précédemment été décrites Les résonateurs et ensembles résonateurs que l'on obtient sont répartis, en fréquence, sur le domaine de bruit à amortir. La figure 4 montre en coupe transversale à travers une plaque 40, o des résonateurs individuels 41 sont séparés les uns des autres par des ondulations 42 Avec une rigidité suffisante des résonateurs, ceux-ci peuvent osciller en phase et ont donc une meilleure utilisation de surface. Dans le cas de l'exemple de réalisation montré sur la figure 5, la plaque 50 se compose de deux parties 50 1 et 50.2 entre lesquelles sont coincées des barrettes 52 formant une grille Les parties de plaque 50 1 et 50 2 sont pressées ensemble et collées ensemble, afin que les zones entre les barrettes 52 puissent former des résonateurs individuels 51 capables d'osciller Par la dimension des barrettes 52, on peut de nouveau produire les structures de cadre prioritaires qui sont représentées sur les figure 1 et 2. La figure 6 b montre un exemple de réalisation particu- lièrement efficace d'une plaque antisonique 60 qui est fabri- quée à partir de deux parties de plaque 60 1 et 60 2 Chaque partie de plaque 60 1 et 60 2 présente, à des distances régu- lières, des empreintes 61 en forme de calotte Pour une épaisseur de paroi d des plaques 60 1 à 60 2, la hauteur h d'une empreinte 61 a à peu près 0, 5 à 5 fois l'épaisseur de paroi d tandis que le diamètre D d'un renforcement est tout à fait au choix Les parties de plaque 60 1 et 60 2 sont collées ensemble de façon que les renforcements 61 se trouvent face à face soit par les côtés concaves ou, comme sur la figure 6 a par les côtés convexes Les parties de plaque 60 1 et 60 2 sont collées ensemble sous pression, afin de former une plaque plane 60 La couche de colle 62 a ainsi en même temps des propriétés d'amortissement Les renfonce- ments 61 d'origine présentent, lors d'une charge de la plaque , une caractéristique de ressort non linéaire, comparable à celle d'une rondelle-ressort Dans le cas d'une hauteur de bombement h = d / ils ont au minimum une constante de ressort de 0 Pour h > d \f T on obtient un domaine instable avec caractéristique négative; de façon correspon- dante, dans le cas de h Z d V/2, on peut établir toute caractéristique positive de ressort Avec la masse du maté- riau de deux renfoncements d'origine 61 qui sont collés ensemble, on obtient une fréquence fondamentale caractéris- tique Si une pression sonore est appliquée d'un côté de la plaque 60, les parties D des renfoncements d'origine 61 oscillent à leur fréquence fondamentale et absorbent l'énergie du champ sonore Par la dimension de la partie de plaque 63 qui reste entre les bombements 61 on peut de nouveau, comme dans le cas des figures 1 et 2, produire des structures de cadre prioritaires, afin de pouvoir rassembler des résonateurs simples en un ensemble résonateur. Les figures 7 à 9 montrent diverses dispositions de plaques de la sorte décrite dans des canalisations d'aéra- tion Avec de telles dispositions il faut configurer l'entrée ou respectivement la sortie de la canalisation d'aération de façon que de deux côtés de chaque plaque soit appliquée une pression sonore différente (sollicitation de pression incohérente) Dans le cas d'une sollicitation de pression cohérente, les résonateurs et l'ensemble résonateur ne peuvent être excités. 7 2526985 Sur la figure 7, les plaques 71, 72, 73 sont dispo- sées, parallèles les unes aux autres et à diverses longueurs. Dans le cas de l'entrée d'air signalée par les flèches montrées, dans chaque canalisation 70 ainsi formée, les cana- lisations partielles formées par chaque plaque ont une impé- dance différente, donc les champs sonores qui pénètrent sont également différents. Sur la figure 8, l'entrée d'air 80 entre les plaques 81 est formée de façon que chaque paire d'unités de résona- teur forme un amortisseur du son à coulisse 82 Ces amor- tisseurs du son à coulisse agissent sur les ondes sonores de façon qu'après un parcours déterminé d'écoulement, les plaques monocouches avec résonateurs et ensembles résona- teurs trouvent un champ sonore différent. Sur la figure 9, l'entrée d'air 90 est formée de plaques 91 et 92 mises en place de façon différente Ainsi, on obtient une pression sonore différente sur chaque résona- teur et ensemble résonateur. Sur la figure 10, les plaques 101 et 102 garnies de résonateurs et ensembles résonateurs d'un amortisseur du son dans une canalisation d'air sont disposées les unes sur les autres à la façon d'un échangeur de chaleur à plaques Les différentes sollicitations de pression de chaque plaque 101 et 102 sont atteintes par des ouvertures d'entrée d'air loca- lement décalées et représentées par des flèches De plus, sont disposés des obturateurs 103 et 104 à chaque fois décalés entre deux plaque 101 et 102. Sur la figure 11 est représenté un exemple d'utilisa- tion des éléments antisoniques selon l'invention, formés de résonateurs et ensembles résonateurs Dans ce cas, le côté supérieur d'une surface portante 10 est fabriqué au moins à la partie du bord arrière de l'aile, d'une plaque avec réso- nateurs et ensembles résonateurs La forte admittance des résonateurs 111 combat les instabilités de pression dans le cas de solénation Ainsi, l'écoulement peut être maintenu plus longtemps stable, on peut donc atteindre une moindre résistance et une plus forte poussée. 8 2526985 REVENDICATIONS 1 Elément antisonique avec résonateurs en une plaque mince et continue qui est reliée de force à un cadre en forme de grille et/ou qui est pourvue de raidissements de forme réticulée ou bien de réductions de rigidité de façon à produire un grand nombre de résonateurs pouvant osciller indépendamment les uns des autres, caractérisé en ce que le cadre ( 15, 16; 22, 23, 25) et/ou les raidissements ( 32; 63) ou bien réductions de rigidité ( 42) présentent des rigidités différentes dans une ou plusieurs structures de grille ou réticulées prioritaires, créant des ensembles résonateurs ( 17; 21, 24) ayant une fréquence de résonance plus faible que chaque résonateur unique ( 11; 26) - 2 Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre d'un ensemble résonateur ( 17, 21, 24) est plus petit que la moitié de la plus petite longueur d'onde des bruits transmis par l'air à amortir. 3 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les résonateurs uniques ( 11, 14) d'un ensemble résonateur ( 17) ont des fréquences de résonance différentes. 4 Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les résonateurs sont solli- cités d'un côté par des ondes sonores et agissent, de l'autre côté, sur un volume de gaz fermé. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les résonateurs sont sollicités des deux côtés par des ondes sonores à une phase différente. 6 Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la plaque ( 60) formant les résonateurs se compose de deux parties de plaque ( 60 1, 60 2) dont chacune présente des empreintes ( 61) en forme de calotte, et les empreintes'd'une partie de plaque recouvrent celles de l'autre partie de plaque avec les côtés convexes ou concaves dirigés en vis-à-vis et elles sont collées ensemble sous pression dans le domaine de la déformabilité élastique en une plaque sans espaces intermédiaires. 7 Elément selon l'une quelconque des revendications 9 2526985 précédentes caractérisé en ce que les résonateurs ( 11; 26) présentent un amortissement interne propre élevé grâce à un choix approprié du matériau ou bien par jonction avec une masse d'amortissement. 8 Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les plaques ( 101, 102) sont disposées, à la façon d'un échangeur de chaleur à plaques, avec des entrées d'air décalées de 900. 9 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les plaques ( 111) sont disposées sur le côté extérieur d'une surface portante ( 110).